CN107765618A - 基于物联网的污水监控系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的污水监控系统及其监控方法。该系统包括受控对象、太阳能厕所设备、监控终端、网络层与报警模块、监控中心与报警模块，所述受控对象包括水泵、电极和阀门，太阳能厕所设备包括太阳能厕所设备单元，监控终端包括监控终端单元，网络层与报警模块包括Internet、GPRS/GSM网络、第一手机移动终端，监控中心与报警模块包括监控中心、第二手机移动终端。所述太阳能厕所设备单元根据液位信息，判断是否将水泵、电极和阀门打开以调节液位；同时监控终端单元读取系统运行时的参数数据并上传至GPRS/GSM网络；若出现异常情况，向手机移动终端发送报警信号，同时参数数据上传至Internet。本发明能够实时准确地监控污水处理中的异常和警报，具有广泛的应用价值和前景。

Description

基于物联网的污水监控系统及其监控方法

技术领域

本发明属于污水监控技术领域，特别是一种独立的太阳能厕所设备的监控系统及其监控方法。

背景技术

最近几年来，计算机技术，互联网技术和控制技术等多种技术的高速发展大大推动了远程监控技术的进步。从1956年美国首次开发了用于军事测试项目的计算机监控系统后，远程监控技术至今已有近60年的历史。这种技术可以让工作人员不必亲临现场就能及时获得现场设备参数及状态，了解整个现场甚至整个行业或更大范围的情况并能迅速做出反应，这些优点不仅使其在各行各业得到了广泛的应用，也获得了国内外研究学者的青睐。

在国外，Linkoping大学的Eriksson利用JAVA技术构建了基于B/S结构的核电站远程诊断演示系统。瑞士ABB公司研发了一套用于电力设备远程监控系统。加拿大的Granby公司采用Web浏览器技术，经过以太网进行机床诊断。除此之外，许多大公司也开始利用Internet技术，使他们的产品智能化，比如Bentley的计算机在线设备运行监测系统DataManager200就是以网络动态数据交换方式向远程设备传递设备的状态数据。NationalInstruments公司通过在Lab Windows/CVI以及LabView产品中运用网络通信处理模块，从而可以在网络范围内进行信息的传输。欧美等发达国家和地区的远程监控技术也得到了广泛的应用，他们已将制造装备故障诊断与状态监测技术应用于航天、军事以及汽车等多种行业，并取得了极大的经济效益和社会效益。

在国内，远程监控系统的研究也在热火朝天的开展中。许多大学和研究所对远程监控系统的研究也在积极的进行中。最近，西安交通大学、华中科技大学、哈尔滨工业大学等大学已经取得了比较显著的研究成果。例如：西安交通大学研究的“大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统RMMD”，华中科技大学研发的“汽车机工况监测和诊断系统KBGMD”、哈尔滨工业大学的“微计算机化机组状态监视与故障诊断专家系统MMMDES”等都是其中比较显著的代表，但是在这个过程中暴露出来的问题是监控系统获得现场设备参数及状态的实时性不高，系统的稳定性能不高，监控系统和现场设备的数据传输量不大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时性高、稳定性强、成本低、精度高的基于物联网的污水监控系统及其监控方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于物联网的污水监控系统，包括顺次连接的受控对象、太阳能厕所设备、监控终端、网络层与报警模块、监控中心与报警模块，所述受控对象包括多个重复单元，其中每个单元包括水泵、电极和阀门，太阳能厕所设备中包括多个太阳能厕所设备单元，监控终端中包括多个监控终端单元，网络层与报警模块包括Internet、GPRS/GSM网络、第一手机移动终端，监控中心与报警模块包括监控中心、第二手机移动终端；

所述太阳能厕所设备单元根据检测到的液位信息，判断是否将水泵、电极和阀门打开以调节水位，使受控对象和太阳能厕所设备组成的系统正常运转；同时监控终端单元读取太阳能厕所设备单元运行时的参数数据并上传至GPRS/GSM网络；若出现异常情况，GPRS/GSM网络向第一手机移动终端发送一次第一报警信号，同时参数数据通过GPRS/GSM网络上传至Internet，监控中心联网实时观测太阳能厕所设备的运行情况，若出现异常情况，监控中心向第二手机移动终端发送一次第二报警信号。

进一步地，所述太阳能厕所设备单元包括电源、微处理器、液位传感器、LED灯、RS232串口、输出继电器，所述液位传感器接入微处理器，微处理器的输出端分别与LED灯、RS232串口、输出继电器连接，输出继电器的输出端接入受控对象，受控对象的输出端接入液位传感器，RS232串口接入监控终端单元，电源接入微处理器；

所述液位传感器读取液位数据并传输给微处理器，微处理器对接收到的数据进行处理后输出至输出继电器，输出继电器通过对阀门开关的控制对液位进行调整；如此循环检测液位信号，微处理器根据接收到的液位信号，实时控制输出继电器的动作，形成一个闭环控制系统。

进一步地，所述监控终端单元包括视频摄像头、视频存储器、视频服务器；所述视频摄像头拍摄现场视频并将视频存储在视频存储器当中作为一个实时的视频文件，视频文件被放置在视频服务器的站点时，视频文件即可通过GPRS/GSM网络和Internet被监控中心访问，达到实时监控的作用。

进一步地，所述监控中心采用计算机，用户联网之后通过输入用户名和密码即可登录监控中心进行监控，若发生异常情况，监控中心向第二手机移动终端发送第二报警信号。

进一步地，所述微处理器采用美国德州仪器公司的MSP430F5438型号芯片，液位传感器采用KEYENCE公司的PQ-01型号的液位传感器，输出继电器采用JQC-3FF型号的继电器。

进一步地，所述监控终端单元的视频摄像头、视频存储器、视频服务器采用海康威视DS-2CD3T35D-I5型号的视频设备，自带1T的存储空间，自带IP实现无线传输。

一种基于所述的基于物联网的污水监控系统的监控方法，包括以下步骤：

步骤1，将太阳能厕所设备上电，使整个系统开始运行；

步骤2，太阳能厕所设备单元中的液位传感器采集当前的液位数据，并发送至太阳能厕所设备单元中的微处理器；

步骤3，微处理器对液位传感器采集到的液位数据进行处理，得到控制受控对象的开关信号；

步骤4，太阳能厕所设备单元中的微处理器将受控对象的状态信息通过RS232串口发送给监控中心；

步骤5，监控终端单元读取太阳能厕所设备单元运行时的参数数据并上传至GPRS/GSM网络；同时监控终端单元记录下此前步骤中太阳能厕所设备单元的LED灯的红色报警情况；

步骤6，若出现异常情况，GPRS/GSM网络向第一手机移动终端发送第一报警信号，同时参数数据通过GPRS/GSM网络上传至Internet；

步骤7，监控中心联网实时观测太阳能厕所设备的运行情况，监控中心显示出受控对象的情况以及太阳能厕所设备单元的LED灯的红色报警情况；

步骤8，若监控中心显示正常，则不操作使系统继续正常运行；若监控中心显示异常，监控中心向第二手机移动终端发送第二报警信号。

进一步地，步骤3所述微处理器对液位传感器采集到的液位数据进行处理，具体包括：将采集到的液位模拟量数据与标准液位模拟量进行比较：如果过高，则输出数字量0控制水泵和阀门关闭；如果过低，则输出数字量1控制水泵和阀门开启。

进一步地，步骤4中所述太阳能厕所设备单元中的微处理器将受控对象的状态信息通过RS232串口发送给监控中心，具体过程为：受控对象的状态信息实时地通过RS232串口发送到监控中心的mysql数据库中，监控中心实时地显示或者调取任意时刻的受控对象的状态信息。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)系统监控范围和监控形式更完整更系统，既包含视频监控又包含受控对象的数据信息监控，使得整个监控的环节更加全面高效；(2)采用了MSP430单片机作为处理器，该型号单片机功耗低，同时满足系统数据处理的需要，大大提高了系统的续航能力，可以长时间对系统的环境进行实时监控；(3)采用了由Web服务器和客户端组成的监控中心采用了B/S结构，实现了通过Web页面浏览现场信息，实现远程监控的功能，使远程监控变得更加方便；(4)采用了AJAX技术实现了无刷新信息显示，提高了系统的监控实时性；采用了数据库技术，使得监控的历史信息可以在数据库中访问和查询；(5)微处理器采用MSP430F5438型号，液位传感器采用PQ-01，输出继电器JQC-3FF，以上器件的价格都较低，因此该系统具有低成本的特点。

附图说明

图1是本发明基于物联网的污水监控系统的结构框图。

图2是本发明基于物联网的污水监控系统中的太阳能厕所设备的硬件组成结构图。

图3是本发明基于物联网的污水监控系统监控方法的监控流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步详细描述。

本发明基于物联网的污水监控系统共有5层结构：底层为控制对象，受控于第二层的太阳能厕所设备，太阳能厕所设备内部的液位传感器采集到当前的液位数据并将液位数据传输到微处理器，微处理器对液位数据进行处理从而通过控制输出达到对输出继电器的控制，最终通过继电器对阀门和水泵的开关控制来控制液位。第三层的视频监控终端可以对第二层的太阳厕所设备的运行、报警信号进行监控，从而通过第四层的GPRS/GSM网络上传至第五层的监控中心以达到监控的效果。

结合图1，本发明基于物联网的污水监控系统，包括顺次连接的受控对象1、太阳能厕所设备2、监控终端3、网络层与报警模块4、监控中心与报警模块5，所述受控对象1包括多个重复单元，其中每个单元包括水泵13、电极14和阀门15，太阳能厕所设备2中包括多个太阳能厕所设备单元12，监控终端3中包括多个监控终端单元11，网络层与报警模块4包括Internet8、GPRS/GSM网络9、第一手机移动终端10，监控中心与报警模块5包括监控中心6、第二手机移动终端7；

所述太阳能厕所设备单元12根据检测到的液位信息，判断是否将水泵13、电极14和阀门15打开以调节水位，使受控对象1和太阳能厕所设备2组成的系统正常运转；同时监控终端单元11读取太阳能厕所设备单元12运行时的参数数据并上传至GPRS/GSM网络9；若出现异常情况，GPRS/GSM网络9向第一手机移动终端10发送一次第一报警信号，同时参数数据通过GPRS/GSM网络9上传至Internet8，监控中心6联网实时观测太阳能厕所设备2的运行情况，若出现异常情况，监控中心6向第二手机移动终端7发送一次第二报警信号。

结合图2，所述太阳能厕所设备单元12包括电源16、微处理器18、液位传感器17、LED灯19、RS232串口20、输出继电器21，所述液位传感器17接入微处理器18，微处理器18的输出端分别与LED灯19、RS232串口20、输出继电器21连接，输出继电器21的输出端接入受控对象1，受控对象1的输出端接入液位传感器17，RS232串口20接入监控终端单元11，电源16接入微处理器18；

所述液位传感器17读取液位数据并传输给微处理器18，微处理器18对接收到的数据进行处理后输出至输出继电器21，输出继电器21通过对阀门15开关的控制对液位进行调整；如此循环检测液位信号，微处理器18根据接收到的液位信号，实时控制输出继电器21的动作，形成一个闭环控制系统。

所述监控终端单元11包括视频摄像头、视频存储器、视频服务器；所述视频摄像头拍摄现场视频并将视频存储在视频存储器当中作为一个实时的视频文件，视频文件被放置在视频服务器的站点时，视频文件即可通过GPRS/GSM网络9和Internet8被监控中心6访问，达到实时监控的作用。

所述监控中心6采用计算机，用户联网之后通过输入用户名和密码即可登录监控中心6进行监控，若发生异常情况，监控中心6向第二手机移动终端7发送第二报警信号。

所述微处理器18采用美国德州仪器公司的MSP430F5438型号芯片，液位传感器17采用KEYENCE公司的PQ-01型号的液位传感器，输出继电器21采用JQC-3FF型号的继电器。

所述监控终端单元11的视频摄像头、视频存储器、视频服务器采用海康威视DS-2CD3T35D-I5型号的视频设备，自带1T的存储空间，自带IP实现无线传输。

结合图3，本发明基于所述的基于物联网的污水监控系统的监控方法，包括以下步骤：

步骤1，将太阳能厕所设备2上电，使整个系统开始运行；

步骤2，太阳能厕所设备单元12中的液位传感器17采集当前的液位数据，并发送至太阳能厕所设备单元12中的微处理器18；

步骤3，微处理器18对液位传感器17采集到的液位数据进行处理，得到控制受控对象1的开关信号；

所述微处理器18对液位传感器17采集到的液位数据进行处理，具体包括：将采集到的液位模拟量数据与标准液位模拟量进行比较：如果过高，则输出数字量0控制水泵13和阀门15关闭；如果过低，则输出数字量1控制水泵13和阀门15开启。

步骤4，太阳能厕所设备单元12中的微处理器18将受控对象1的状态信息通过RS232串口20发送给监控中心6；

所述太阳能厕所设备单元12中的微处理器18将受控对象1的状态信息通过RS232串口20发送给监控中心6，具体过程为：受控对象1的状态信息实时地通过RS232串口20发送到监控中心6的mysql数据库中，监控中心6实时地显示或者调取任意时刻的受控对象1的状态信息。

步骤5，监控终端单元11读取太阳能厕所设备单元12运行时的参数数据并上传至GPRS/GSM网络9；同时监控终端单元11记录下此前步骤中太阳能厕所设备单元12的LED灯19的红色报警情况；

步骤6，若出现异常情况，GPRS/GSM网络9向第一手机移动终端10发送第一报警信号，同时参数数据通过GPRS/GSM网络9上传至Internet8；

步骤7，监控中心6联网实时观测太阳能厕所设备2的运行情况，监控中心6显示出受控对象1的情况以及太阳能厕所设备单元12的LED灯19的红色报警情况；

步骤8，若监控中心6显示正常，则不操作使系统继续正常运行；若监控中心6显示异常，监控中心6向第二手机移动终端7发送第二报警信号。

实施例1

结合图1，本发明基于物联网的污水监控系统，其监控系统包括受控对象1、太阳能厕所设备2、监控终端3、网络层与报警模块4、监控中心与报警模块5。由于受控对象1、太阳能厕所设备2和监控终端3中各自都有很多重复单元，所以在此取受控对象1、太阳能厕所设备2和监控终端3中的各一个单元做详细说明。太阳能厕所设备单元12通过将检测到的液位信息进行处理来做出是否将水泵13、电极14和阀门15打开的判断，以此来稳定液位，使受控对象1和太阳能厕所设备2组成的系统能够正常地工作，同时监控终端单元11能够读取太阳能厕所设备单元12运行时的参数和数据并将这些参数和数据上传至GPRS/GSM网络9，当监控中心6需要获得相关数据和信息的时候，经过一系列请求和响应，将这些信息在浏览器上面显示出来，若出现异常情况，GPRS/GSM网络9端将会给第一手机移动终端10发送一次报警信号，在这个过程中，参数和数据也会通过GPRS/GSM网络9上传至Internet 8，监控中心6联网后就可以实时地看到太阳能厕所设备2的运行情况，若出现异常情况，监控中心6将会给第二手机移动终端7发送二次报警信号。

进一步地，监控终端单元11采用海康威视DS-2CD3T35D-I5型号的视频设备，自带1T的存储空间，自带IP也可实现无线传输。

进一步地，所述当监控中心6需要获得相关数据和信息的时候，经过一系列请求和响应，一系列的请求和响应具体工作过程如下：

①监控中心客户端通过浏览器向服务器发送请求。

②服务器收到请求后，根据请求提取出相关PHP文件，然后传给PHP嵌入式程序。

③PHP解释器接收到PHP文件后，对该文件进行解析。

④PHP解释器根据解析结果产生网页，并把该网页交给服务器。

⑤Web服务器将该页面传给监控中心客户端。

⑥客户端接收到该页面后将其显示出来供用户浏览查看。

结合图2，太阳能厕所设备单元12包括电源16、微处理器18、液位传感器17、LED灯19、RS232串口20、输出继电器21。液位传感器17读取液位的数据并将数据传输给微处理器18，微处理器18对接收到的数据进行处理后将输出信号传输到输出继电器21，输出继电器21通过对阀门15开关的控制来对液位的稳定进行控制，如此循环检测液位，微处理器18接收到液位信号后实时输出信号控制输出继电器21的动作，形成一个闭环控制系统。

进一步地，微处理器18采用美国德州仪器公司的MSP430F5438型号芯片，是一款具有超低功耗、高性能的微处理器芯片。液位传感器17是KEYENCE公司的PQ-01型号的液位传感器，具有高精度、抗干扰等特点。输出继电器21是JQC-3FF型号的继电器。

结合图3，本发明基于物联网的污水监控系统的监控方法，包括以下步骤：

步骤1，将太阳能厕所设备2上电，使整个系统开始运行；

步骤2，太阳能厕所设备单元12中的液位传感器17采集当前的液位数据，采集到液位数据后将其发送至太阳能厕所设备单元12中的微处理器18；

步骤3，微处理器18对液位传感器17采集到的液位数据进行一系列的处理，处理之后由输出继电器21控制受控对象1的开关信号；

步骤4，太阳能厕所设备单元12中的微处理器18可以将受控对象1的状态信息通过RS232串口20发送给监控中心6；

步骤5，监控终端单元11的视频摄像头记录下此前步骤中太阳能厕所设备单元12的LED灯19的红色报警情况；

步骤6，监控中心6显示出受控对象1的情况以及太阳能厕所设备单元12的LED灯19的红色报警情况。

步骤7，若监控中心6显示正常，则不操作，使系统继续正常运行；若监控中心6显示异常，则向手机移动终端发发送一次报警信号和二次报警信号提示工作人员去现场查看情况。

基于物联网的污水监控系统与监控方法采用了基于B/S的远程监控系统，使得那些远离现场、距离较远的相关人员，可以不必亲临现场就可以查看系统的各种参数，掌握现场的动态生产情况，极大地提高了企业的监管系统的水平，同时运用AJAX技术满足了监控中心需要不断刷新界面的要求以达到实时监控的目的。

综上，本发明是一种高效的污水监控系统，本系统超低功耗，精度高，响应速度快，实时性和稳定性能较好，能够实时准确地监控到异常和警报，降低污水处理中出现异常情况给现实生产带来的损失，在未来会有广泛的应用价值和前景。

Claims (8)

1.一种基于物联网的污水监控系统，其特征在于，包括顺次连接的受控对象(1)、太阳能厕所设备(2)、监控终端(3)、网络层与报警模块(4)、监控中心与报警模块(5)，所述受控对象(1)包括多个重复单元，其中每个单元包括水泵(13)、电极(14)和阀门(15)，太阳能厕所设备(2)中包括多个太阳能厕所设备单元(12)，监控终端(3)中包括多个监控终端单元(11)，网络层与报警模块(4)包括Internet(8)、GPRS/GSM网络(9)、第一手机移动终端(10)，监控中心与报警模块(5)包括监控中心(6)、第二手机移动终端(7)；

所述太阳能厕所设备单元(12)根据检测到的液位信息，判断是否将水泵(13)、电极(14)和阀门(15)打开以调节液位，使受控对象(1)和太阳能厕所设备(2)组成的系统正常运转；同时监控终端单元(11)读取太阳能厕所设备单元(12)运行时的参数数据并上传至GPRS/GSM网络(9)；若出现异常情况，GPRS/GSM网络(9)向第一手机移动终端(10)发送一次第一报警信号，同时参数数据通过GPRS/GSM网络(9)上传至Internet(8)，监控中心(6)联网实时观测太阳能厕所设备(2)的运行情况，若出现异常情况，监控中心(6)向第二手机移动终端(7)发送一次第二报警信号。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的污水监控系统，其特征在于，所述太阳能厕所设备单元(12)包括电源(16)、微处理器(18)、液位传感器(17)、LED灯(19)、RS232串口(20)、输出继电器(21)，所述液位传感器(17)接入微处理器(18)，微处理器(18)的输出端分别与LED灯(19)、RS232串口(20)、输出继电器(21)连接，输出继电器(21)的输出端接入受控对象(1)，受控对象(1)的输出端接入液位传感器(17)，RS232串口(20)接入监控终端单元(11)，电源(16)接入微处理器(18)；

所述液位传感器(17)读取液位数据并传输给微处理器(18)，微处理器(18)对接收到的数据进行处理后输出至输出继电器(21)，输出继电器(21)通过对阀门(15)开关的控制对液位进行调整；如此循环检测液位信号，微处理器(18)根据接收到的液位信号，实时控制输出继电器(21)的动作，形成一个闭环控制系统。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的污水监控系统，其特征在于，所述监控终端单元(11)包括视频摄像头、视频存储器、视频服务器；所述视频摄像头拍摄现场视频并将视频存储在视频存储器当中作为一个实时的视频文件，视频文件被放置在视频服务器的站点时，视频文件即可通过GPRS/GSM网络(9)和Internet(8)被监控中心(6)访问，达到实时监控的作用；

进一步地，所述监控中心(6)采用计算机，用户联网之后通过输入用户名和密码即可登录监控中心(6)进行监控，若发生异常情况，监控中心(6)向第二手机移动终端(7)发送第二报警信号。

4.根据权利要求2所述的基于物联网的污水监控系统，其特征在于，所述微处理器(18)采用美国德州仪器公司的MSP430F5438型号芯片，液位传感器(17)采用KEYENCE公司的PQ-01型号的液位传感器，输出继电器(21)采用JQC-3FF型号的继电器。

5.根据权利要求3所述的基于物联网的污水监控系统，其特征在于，所述监控终端单元(11)的视频摄像头、视频存储器、视频服务器采用海康威视DS-2CD3T35D-I5型号的视频设备，自带1T的存储空间，自带IP实现无线传输。

6.一种基于权利要求1所述的基于物联网的污水监控系统的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将太阳能厕所设备(2)上电，使整个系统开始运行；

步骤2，太阳能厕所设备单元(12)中的液位传感器(17)采集当前的液位数据，并发送至太阳能厕所设备单元(12)中的微处理器(18)；

步骤3，微处理器(18)对液位传感器(17)采集到的液位数据进行处理，得到控制受控对象(1)的开关信号；

步骤4，太阳能厕所设备单元(12)中的微处理器(18)将受控对象(1)的状态信息通过RS232串口(20)发送给监控中心(6)；

步骤5，监控终端单元(11)读取太阳能厕所设备单元(12)运行时的参数数据并上传至GPRS/GSM网络(9)；同时监控终端单元(11)记录下此前步骤中太阳能厕所设备单元(12)的LED灯(19)的红色报警情况；

步骤6，若出现异常情况，GPRS/GSM网络(9)向第一手机移动终端(10)发送第一报警信号，同时参数数据通过GPRS/GSM网络(9)上传至Internet(8)；

步骤7，监控中心(6)联网实时观测太阳能厕所设备(2)的运行情况，监控中心(6)显示出受控对象(1)的情况以及太阳能厕所设备单元(12)的LED灯(19)的红色报警情况；

步骤8，若监控中心(6)显示正常，则不操作使系统继续正常运行；若监控中心(6)显示异常，监控中心(6)向第二手机移动终端(7)发送第二报警信号。

7.根据权利要求6所述基于物联网的污水监控系统的监控方法，其特征在于，步骤3所述微处理器(18)对液位传感器(17)采集到的液位数据进行处理，具体包括：将采集到的液位模拟量数据与标准液位模拟量进行比较：如果过高，则输出数字量0控制水泵(13)和阀门(15)关闭；如果过低，则输出数字量1控制水泵(13)和阀门(15)开启。

8.根据权利要求6所述基于物联网的污水监控系统的监控方法，其特征在于，步骤4中所述太阳能厕所设备单元(12)中的微处理器(18)将受控对象(1)的状态信息通过RS232串口(20)发送给监控中心(6)，具体过程为：受控对象(1)的状态信息实时地通过RS232串口(20)发送到监控中心(6)的mysql数据库中，监控中心(6)实时地显示或者调取任意时刻的受控对象(1)的状态信息。