CN107162109A - 一种基于app远程控制的水质净化系统 - Google Patents

一种基于app远程控制的水质净化系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于APP远程控制的水质净水系统，包括水质净水装置和远程控制系统；所述的水质净水装置包括超滤膜、第一反渗透膜和第二反渗透膜；所述的远程控制系统包括中央处理器、服务器、无线路由器和手机端，所述的手机端安装APP远程控制程序。本发明采了atmega128高性能单片机，和功耗低的USR‑WIFI232‑T WiFi模块，能有效的提高净水系统的通信性能。本发明采用基于Android的多线程技术，并在外网状态时采用水质净水装置、服务器、手机端三方“打洞”方案，极大的减少服务器的压力并能有效的解决当前市面净水系统不能远程控制的问题。

Description

一种基于APP远程控制的水质净化系统
技术领域
本发明涉及水的多级处理技术与远程监控，具体的说是一种基于手机端APP(全名Application，应用程序)的远程控制的水质净化系统，属智能控制技术领域。
背景技术
随着水资源污染的加重，以及人们对饮用水标准的提高，水资源的净化处理工艺越来越得到人们的重视。
当前的净水产品大多采用“臭氧/活性炭处理工艺”，极少的采用“超滤膜技术”进行水处理。
当前市面上的净水系统不能实现整个净水系统的自动反冲洗，每过一段时间就必须更换滤芯，导致净水成本增加。
当前市面上的净水系统不能实现远程的观测和控制，不能实时的了解当前净水系统的运行状态。
为了满足人们对饮用水水质的高标准要求以及实现饮用水处理工艺的自动化生产过程，我们必须对当前的系统进行技术革新。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能自动反冲洗和远程控制的基于手机端APP远程控制的水质净水系统。
本发明采用的技术方案是：
一种基于APP远程控制的水质净水系统，包括水质净水装置和远程控制系统；
所述的水质净水装置包括超滤膜、第一反渗透膜和第二反渗透膜，所述的超滤膜入口连接原水管、出口连接第一反渗透膜；所述的第一反渗透膜有两个出口，分别连接净水管和第二反渗透膜；所述的第二反渗透膜有两个出口，分别连接净水管和污水管，所述的净水管处安装有水质检测装置，所述的水质检测装置通过数据线与远程控制系统的中央处理器连接，将水质的信息传输到中央处理器；
所述的远程控制系统包括中央处理器、服务器、无线路由器和手机端，所述的中央处理器通过数据线分别连接无线路由器、水泵和气泵，所述的中央处理器通过无线通信模块、无线路由器和Internet网络连接服务器，所述的服务器通过Internet网络与手机端连接，所述的手机端安装APP远程控制程序。
进一步地，所述的第一反渗透膜和第二反渗透膜采用国产汇通膜，用于有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物和有机物。
进一步地，所述的中央处理器采用ATMEL公司的atmega128芯片。
进一步地，所述的无线通信模块选用济南有人科技有限公司的USR-WIFI232-T的WiFi模块，用于完成通信功能，将接收到的数据直接转发给中央处理器，使水质净水装置的远程控制功能得以实现。
进一步地，所述的无线路由器用于用户上网，带有无线覆盖功能；用于中央处理器与手机端连入Internet网络以及配合手机端完成对水质净水装置初期的配置功能。
进一步地，所述的服务器是采用VC++6.0软件搭建的服务器，用于当手机端与水质净水装置不处在同一个局域网时，服务器将水质净水装置和手机端的外网信息进行收集和分析，作为中转站，将水质净水装置的信息发送给手机端，将手机端的信息发送给水质净水装置，助两者建立连接。
进一步地，所述的手机端的应用程序基于Java语言，使用Eclipse开发平台设计Android手机端应用程序，通过WiFi与服务器进行连接，通过手机端控制水质净水装置；在操作界面，通过手机端应用程序操作完成对水质净水装置的开始运行、停止运行以及手动控制操作，同时实时观测当前水质净水装置的运行状况和运行参数。
本发明的优点和有益效果是：
1、本发明针对市面上一些净水系统使用成本较高、不能进行自动反冲洗和不能远程控制等问题，设计了一种完整的基于APP的远程水质净化控制系统，硬件方面：本发明采用的atmega128高性能单片机，设计了其电路板；在通信方面采用了功耗低的USR-WIFI232-T WiFi模块，能有效的提高净水系统的通信性能。软件方面：采用的是基于Android的多线程技术，并在外网状态时采用水质净水装置、服务器、手机端三方“打洞”方案，极大的减少服务器的压力并能有效的解决当前市面净水系统不能远程控制的问题。
2、本发明在水质安全性方面进行了考虑，在净水控制系统中增加了对控制信号是否正确执行的反馈信息，并对最终过滤后的水进行水质检测，实时对当前系统进行调整，能够对水质净水装置快速准确的进行控制并能实时反馈当前水质的状态、服务器的状态以及手机端的联网状态，一旦出现水质异常将会进行自动反冲洗，有效的减少了水质二次污染的可能。由于本发明每个WiFi模块有特定的信息，手机端可以对每一个模块具有识别功能如果将多个净水控制系统连在一起就可以组成一个大型的净水设备，更加节省空间。能极大的为人们饮用水提供安全保障，促进净水行业的向前发展。
3、本发明可以实现以下功能：
(1)作为一个净水器，拥有完整的水质净水装置结构，通过对进入到净水器的水源的过滤，过滤后水质可以达到国家饮用水标准，并能定期对过滤膜进行反冲洗，防止对水源的二次污染。
(2)用户可根据需要在手机端选择所要操作的水质净水装置，并且通过外网打洞技术，用户可以在局域网以及外网状态下对水质净水装置进行远程的运行、停止、反冲洗、数据保存等操作。
(3)作为一种完整的基于APP的远程水质控制系统，内部增加了反馈环节以及看门狗功能，外部还增加了水质检测系统，用户可以对系统的每个环节状态进行监控，当水质出现异常时会及时反馈给管理员，等待管理员处理，当出现重大问题时，系统会自动断电，保障用户的安全。
(4)作为一种产品，用户可以在手机端上观看当前水质净水装置的运行动画，实时了解运行状况。
附图说明
图1是本发明中水质净水装置对水质的净化过程图。
图2是本发明基于WiFi的远程电源控制系统的组成结构框图。
图3是本发明的工作流程图。
图中：11、原水管，12、超滤膜，13、第一反渗透膜，14、第二反渗透膜，15、净水管，16、污水管，21、水质净水装置，22、无线路由器，23、服务器，24、Internet网络，25、手机端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细地描述：
如图1-2所示，一种基于APP远程控制的水质净水系统，包括水质净水装置21和远程控制系统；
所述的水质净水装置21包括超滤膜12、第一反渗透膜13和第二反渗透膜14，所述的超滤膜12入口连接原水管11、出口连接第一反渗透膜13；所述的第一反渗透膜13有两个出口，分别连接净水管15和第二反渗透膜14；所述的第二反渗透膜14有两个出口，分别连接净水管15和污水管16，所述的净水管15处安装有水质检测装置，所述的水质检测装置通过数据线与远程控制系统的中央处理器连接，将水质的信息传输到中央处理器；
所述的远程控制系统包括中央处理器、服务器23、无线路由器22和手机端25，所述的中央处理器通过数据线分别连接无线路由器22、水泵和气泵，所述的中央处理器通过无线通信模块、无线路由器22和Internet网络24连接服务器23，所述的服务器23通过Internet网络24与手机端25连接，所述的手机端25安装APP远程控制程序。
进一步地，所述的第一反渗透膜13和第二反渗透膜14采用国产汇通膜，用于有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物和有机物。
进一步地，所述的中央处理器采用ATMEL公司的atmega128芯片。
进一步地，所述的无线通信模块选用济南有人科技有限公司的USR-WIFI232-T的WiFi模块，用于完成通信功能，将接收到的数据直接转发给中央处理器，使水质净水装置21的远程控制功能得以实现。
进一步地，所述的无线路由器22用于用户上网，带有无线覆盖功能；用于中央处理器与手机端25连入Internet网络24以及配合手机端25完成对水质净水装置21初期的配置功能。
进一步地，所述的服务器23是采用VC++6.0软件搭建的服务器23，用于当手机端25与水质净水装置21不处在同一个局域网时，服务器23将水质净水装置21和手机端25的外网信息进行收集和分析，作为中转站，将水质净水装置21的信息发送给手机端25，将手机端25的信息发送给水质净水装置21，助两者建立连接。
进一步地，所述的手机端25的应用程序基于Java语言，使用Eclipse开发平台设计Android手机端应用程序，通过WiFi与服务器23进行连接，通过手机端25控制水质净水装置21；在操作界面，通过手机端应用程序操作完成对水质净水装置21的开始运行、停止运行以及手动控制操作，同时实时观测当前水质净水装置21的运行状况和运行参数。
如图3所示，本发明的工作方法如下：
首先判断手机端25是否与水质净水装置21处在同一个局域网下，如果手机端25与水质净水装置21处在同一个局域网内，就进行局域网配置，通过对局域网进行配置，可以使手机端25与水质净水装置21进行连接；如果手机端25与水质净水装置21不在同一个局域网内，手机端25需要与服务器23连接并对服务器23进行配置，使服务器23与水质净水装置21进行连接，这样，通过服务器23为桥梁，手机端25就可以与水质净水装置21进行连接。最后都能达到手机端25对水质净水装置21进行控制的目的。
手机端25对水质净水装置21的控制主要是对水质净水装置21中的水泵、气泵、电磁阀和电动阀进行控制。当中央处理器收到控制信号时，会作出相应的反应，同时，会将控制结果反馈给手机端应用程序。
一、水质净水装置21
本发明主要包括两个方面的设计，第一是对水质净水装置21结构进行设计，先采用超滤膜12进行吸附过滤，然后采用反渗透膜进行精细过滤。第二是对主控电路板的设计，其具体执行的功能包括电源转换、继电器开关控制、时钟计时、WiFi通信等。硬件包括超滤膜12、反渗透膜、中央处理器、WiFi无线通信模块、继电器控制模块等。
变压器转换模块：使电源能够安全的将220V交流电压转换为24V向其它模块供电。
中央处理器：本发明选用的ATmega128单片机，与其他单片机相比有具有哈佛结构，具备高达16MIPS的运行处理能力；克服了采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象；同时，中央处理器有两个通信串口，可以满足与WiFi模块进行通信，并具有扩展冗余，使外围电路更加简单，系统更加稳定可靠。同时完成数据的收发和数据的处理。
继电器模块：为了能够控制水泵和气泵，由于单片机的输出电压为直流小电压，当水泵和气泵连接到水质净水装置21时，实际上是连接到了继电器模块，即完成了对水质净水装置21开关的控制。
WiFi模块：本发明选用的是USR-WIFI232-T的WiFi模块。此WiFi模块与中央处理器通过串口连接，在控制模式与透传模式之间自由转换，转换为控制模式时，中央处理器可向其发送数据与控制指令，使其完成既定功能，转换为透传模式时，中央处理器即可与远程设备完成数据的交换。
这些模块的完美配合，使水质净水装置21的远程功能得以实现。ATmega128单片机利用ICCV7for AVR软件进行编程。通过C语言进行编程，程序主要完成的功能包括：
(1)对WiFi模块的设置：当WiFi模块转换为控制模式时，单片机可通过串口对其进行设置，包括对其初始化，设定其SOCKET目的地址，通过AT指令集对其设置参数等。
(2)接收与处理数据：当WiFi模块转换为透传模式时，其就相当于一根无线长的传输线，远端设备发来数据时，可通过WiFi模块直达单片机，单片机接收到数据后，会根据协议判断数据类型，并对其进行处理，完成相应功能。此处以查询的方式完成了对数据的判断，以及对外部按钮的检测，并在定时器中加入了多个标志位，当符合条件时，即可执行，这样会使使单片机效率很高，而且也不用考虑优先级的干扰。
(3)发送数据：当单片机接收到外部发送来的数据时，需要向外发送反馈信息，并且会定时发送自己的状态信息，以确保外部设备与单片机持续连接。
(4)程序中加入了看门狗：由于受到供电电源、空间电磁等不可预知的干扰，程序会莫名的跑飞，这时就要用到看门狗程序，在适当的位置加入了看门狗，可及时的使程序“步入正轨”。
二、无线路由器22
无线路由器22用于提供网络，未做设计。
三、服务器23
服务器23是一种高性能计算机，服务器23担任着中转站的作用，可存储、处理网络上80％的数据、信息，因此也被称为网络的灵魂。本发明采用VC++6.0软件搭建了一个软件型服务器23，并将服务器23本身的外网信息储存于手机端APP中，在配置过程中由手机端25将外网信息传递到水质净水装置21的中央处理器，此时手机端25与中央处理器便可把它们外网信息传递到服务器23，服务器23会将其信息保存于MySQL数据库中(如若发来重复信息，不保存)。当手机端25处于外网状态时，水质净水装置21和手机端25无法建立，此时中央处理器和手机端25将向服务器23发送请求信息，此时服务器23会通过相应的协议以判断出此设备为手机端25还是水质净水装置21，并将双方的信息反馈给请求数据一方，这样中央处理器与手机端25就会完成打洞功能。当净水系统中央处理器与手机端25建立连接之后，为了防止这三者之间传输数据混乱，服务器23会与净水系统中央处理器和手机端25断开连接。
四、Internet网络24
用来搭建中央处理器、服务器23和手机端25三者之间数据交换的桥梁。本发明提到网络环境可以是传统的宽带网络也可以是3G/4G等移动网络，不需要进行设计。
五、手机端25
本发明采用Android多线程技术设计了相应的手机端应用程序。手机端应用程序是手机端25与中央处理器和服务器23的交互途径。通过本发明的“i净水”手机端软件完成对中央处理器的配置、开关和数据的存储等功能。
配置模块：当手机端25与中央处理器处于同一局域网时，进入“i净水”APP后可以通过UDP/IP协议向外界发送广播，同时检测是否有设备回复信息，当手机端25接受到回复信息后，再通过协议判断当前设备是否为水质净水装置21，如果是水质净水装置21就将其信息添加到服务器23的列表中。手机端25应用程序也会将接受到的数据保存到自己的数据库中，便可使用数据库中的信息通过手机端25对水质净水装置21进行控制。管理员与用户分离控制：在登录界面，通过按钮选择管理员登录和用户登录，登录后分别进入不同的界面，在管理员界面，可以对应用程序进行开关控制和反冲洗控制，并可以将相应用户提升为管理员，在用户界面，可以观看当前水质净水装置21的运行状态和对当前水质净水装置21的预测控制。控制开关模块：控制开关模块采用和配置模块相同UDP/IP协议并且启动了子线程用于接受状态反馈数据。手机端25能即时获取水质净水装置21的状态信息，并且通过服务器23反馈会得到水质净水装置21的当前状态信息，从而能准确的得知手机端25是否已经对中央处理器完成了控制。数据存储模块：本发明采用的是Android系统自带的SQLite数据库对设备信息进行存储。当水质净水装置21处于非本地WiFi状态下(3G网或者其他的WiFi网络下)手机端25向水质净水装置21发出相应的控制命令(通过外网IP发送，如果一定时间内收到设备反馈包，说明当前外网IP可用，当一定时间内未收到设备反馈，说明当前外网IP不可用，触发打洞流程程序。当打洞成功完成后，手机端25获取到设备外网IP，手机端25通过向获得的新的IP发送控制指令就可以控制水质净水装置21的开关。若打洞失败，则返回，控制失败，设备离线。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于APP远程控制的水质净水系统，包括水质净水装置(21)和远程控制系统；
其特征在于：所述的水质净水装置(21)包括超滤膜(12)、第一反渗透膜(13)和第二反渗透膜(14)，所述的超滤膜(12)入口连接原水管(11)、出口连接第一反渗透膜(13)；所述的第一反渗透膜(13)有两个出口，分别连接净水管(15)和第二反渗透膜(14)；所述的第二反渗透膜(14)有两个出口，分别连接净水管(15)和污水管(16)，所述的净水管(15)处安装有水质检测装置，所述的水质检测装置通过数据线与远程控制系统的中央处理器连接，将水质的信息传输到中央处理器；
所述的远程控制系统包括中央处理器、服务器(23)、无线路由器(22)和手机端(25)，所述的中央处理器通过数据线分别连接无线路由器(22)、水泵和气泵，所述的中央处理器通过无线通信模块、无线路由器(22)和Internet网络(24)连接服务器(23)，所述的服务器(23)通过Internet网络(24)与手机端(25)连接，所述的手机端(25)安装APP远程控制程序。
2.根据权利要求1所述的一种基于APP远程控制的水质净水系统，其特征在于：所述的第一反渗透膜(13)和第二反渗透膜(14)采用国产汇通膜，用于有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物和有机物。
3.根据权利要求1所述的一种基于APP远程控制的水质净水系统，其特征在于：所述的中央处理器采用ATMEL公司的atmega128芯片。
4.根据权利要求1所述的一种基于APP远程控制的水质净水系统，其特征在于：所述的无线通信模块选用济南有人科技有限公司的USR-WIFI232-T的WiFi模块，用于完成通信功能，将接收到的数据直接转发给中央处理器，使水质净水装置(21)的远程控制功能得以实现。
5.根据权利要求1所述的一种基于APP远程控制的水质净水系统，其特征在于：所述的无线路由器(22)用于用户上网，带有无线覆盖功能；用于中央处理器与手机端(25)连入Internet网络(24)以及配合手机端(25)完成对水质净水装置(21)初期的配置功能。
6.根据权利要求1所述的一种基于APP远程控制的水质净水系统，其特征在于：所述的服务器(23)是采用VC++6.0软件搭建的服务器(23)，用于当手机端(25)与水质净水装置(21)不处在同一个局域网时，服务器(23)将水质净水装置(21)和手机端(25)的外网信息进行收集和分析，作为中转站，将水质净水装置(21)的信息发送给手机端(25)，将手机端(25)的信息发送给水质净水装置(21)，助两者建立连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于APP远程控制的水质净水系统，其特征在于：所述的手机端(25)的应用程序基于Java语言，使用Eclipse开发平台设计Android手机端应用程序，通过WiFi与服务器(23)进行连接，通过手机端(25)控制水质净水装置(21)；在操作界面，通过手机端应用程序操作完成对水质净水装置(21)的开始运行、停止运行以及手动控制操作，同时实时观测当前水质净水装置(21)的运行状况和运行参数。
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