專利名稱：基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的污水處理監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于無線傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的污水處理 監(jiān)控裝置，和現(xiàn)有的PLC技術(shù)相結(jié)合，用于污水處理的監(jiān)測與控制。
技術(shù)背景我國淡水資源總量居世界第六位，但人均占有量僅為世界人均占有量的1/4。淡水 資源非常缺乏，隨著我國經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展、人口數(shù)量的繼續(xù)增加，淡水資源短缺加重。因 此，污水的再處理與應(yīng)用成為可持續(xù)發(fā)展的必要手段?！冻鞘形鬯幚砑拔廴痉乐渭夹g(shù)政策》規(guī)定，2010年全國城鎮(zhèn)的污水平均處理率 不低于50%，重點(diǎn)城市的污水處理率不低于70%，要達(dá)到此目標(biāo)，每年用于水污染防治投 資須達(dá)400億元以上。要達(dá)到這一目標(biāo)，我國須新增污水處理廠近1000余座，總投資高達(dá) 2000至3000億元。此外，相應(yīng)的管理網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資也非常巨大。由此可見，我國的污水處 理事業(yè)存在較大的資金缺口，環(huán)境形勢嚴(yán)峻。因此，污水處理系統(tǒng)從大規(guī)模集中式向中小規(guī) 模分散式轉(zhuǎn)變，形成“以大型為主，中小型互補(bǔ)”的布局是符合我國國情和發(fā)展形勢的。污水處理過程是一個(gè)復(fù)雜生物過程反應(yīng)過程復(fù)雜，許多影響系統(tǒng)特性的參數(shù)難 以控制，多數(shù)信息非數(shù)字化和量化，系統(tǒng)高度動(dòng)態(tài)化。由于它的機(jī)理具有復(fù)雜、高度非線性 等特點(diǎn)，為保證污水處理過程的良好運(yùn)行和提高出水水質(zhì)，控制策略的精心設(shè)計(jì)就顯尤為 重要。而控制的基礎(chǔ)就是對(duì)當(dāng)前狀態(tài)的監(jiān)測和預(yù)測，那么污水處理過程中的重要參數(shù)測量 就顯得非常重要。據(jù)有關(guān)資料和對(duì)部分地方污水處理廠的考察，我國目前已建成投入生產(chǎn)運(yùn)行的污 水處理廠，自動(dòng)控制監(jiān)測技術(shù)大致有三種情況一種情況是建立中央控制室，中控室雙機(jī)熱 備系統(tǒng)通過通信介質(zhì)(如雙絞線、光纖等)連接廠內(nèi)各PLC控制子站，各PLC控制子站控 制現(xiàn)場的儀器儀表執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而達(dá)到監(jiān)測控制的目的；第二種情況是在各污水處理廠直 接通過各PLC子站控制各現(xiàn)場的儀器儀表；第三種情況是由于建廠時(shí)間較早或經(jīng)費(fèi)投入不 足，廠內(nèi)沒有自動(dòng)控制系統(tǒng)。無論何種情況，由于采用的設(shè)備和技術(shù)參差不齊，給污水處理 廠的生產(chǎn)運(yùn)行、管理受到不同程度的影響，影響出水水質(zhì)，有待于采用新的自動(dòng)控制技術(shù)對(duì) 污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造、改建、甚至重建，以滿足污水處理廠生產(chǎn)運(yùn)行的需要； 其次便于國家職能部門對(duì)重點(diǎn)污染源_污水處理廠是否正常生產(chǎn)、是否穩(wěn)定達(dá)標(biāo)生產(chǎn)進(jìn)行 有效監(jiān)控；同時(shí)國家宏觀經(jīng)濟(jì)建設(shè)政策明確提出，要廣泛推廣科學(xué)技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用， 用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、通信技術(shù)等高科技技術(shù)，提升改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，朝著生產(chǎn)過程自動(dòng)化、管 理信息化、高質(zhì)量、高效率、節(jié)能的方向發(fā)展?？偟膩碚f，目前工廠污水處理由于布局分散，監(jiān)測系統(tǒng)昂貴，經(jīng)常處于無監(jiān)督狀 態(tài)，使污水處理效果不理想，各項(xiàng)指標(biāo)不能達(dá)到要求。即使使用了昂貴的監(jiān)測系統(tǒng)，傳統(tǒng)的 有線監(jiān)測，需要專業(yè)人員布線安裝，更改非常麻煩。另外，有關(guān)部門的遠(yuǎn)程監(jiān)測不方便，需要 到現(xiàn)場勘查監(jiān)督，管理困難。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的 污水處理監(jiān)控裝置，結(jié)合現(xiàn)有的PLC和平板電腦，提供便捷的方式對(duì)污水處理進(jìn)行檢測與
管理本實(shí)用新型包括多個(gè)傳感器終端節(jié)點(diǎn)、多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)和一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)。多個(gè)傳感 器終端節(jié)點(diǎn)分布在污水處理廠內(nèi)污水處理過程的各個(gè)污水處理池中，多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)分布在 多個(gè)傳感器終端節(jié)點(diǎn)之間，傳感器終端節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)信號(hào)連接，路由節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)信 號(hào)連接，嵌入式平板電腦通過可編程控制器與中心節(jié)點(diǎn)連接。傳感器終端節(jié)點(diǎn)包括在線檢測儀表、信號(hào)采集M16單片機(jī)和無線收發(fā)模塊。在線 檢測儀表與信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接，信號(hào)調(diào)理電路的輸出端通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與信號(hào) 采集M16單片機(jī)連接，信號(hào)采集M16單片機(jī)與無線收發(fā)模塊通過串口連接，無線收發(fā)模塊上 連接有終端天線。路由節(jié)點(diǎn)包括串口連接的信號(hào)中繼M16單片機(jī)和路由通信模塊，路由通信模塊上 連接有中繼天線。中心節(jié)點(diǎn)包括與STM32單片機(jī)通過串口連接的無線通信模塊、與STM32單片機(jī)通 過IO 口連接的按鍵模塊和顯示模塊，STM32單片機(jī)連接有RS485總線接口，無線通信模塊 上連接有中心節(jié)點(diǎn)天線。本實(shí)用新型能為污水處理管理提供實(shí)時(shí)處理狀態(tài)、處理結(jié)果等參數(shù)，為掌握污水 處理流程是否合理，處理結(jié)果是否合格提供了方便。無線傳感器的應(yīng)用，使得網(wǎng)絡(luò)的安裝更為方便，省去了布線的麻煩。在使用過程中 節(jié)點(diǎn)的實(shí)效、故障只需要更換相應(yīng)模塊即可。如果污水處理系統(tǒng)需要增加或減少一些處理 設(shè)備，由于采用無線網(wǎng)絡(luò)的方式，可以隨意增減傳感器終端節(jié)點(diǎn)。如此，在后期維護(hù)也很方 便。監(jiān)控中心的集中管理，可以宏觀了解整個(gè)污水處理過程，以及各個(gè)環(huán)節(jié)的處理細(xì)節(jié)，從 而調(diào)整當(dāng)前的處理步驟、時(shí)間等污水處理策略，有利于提高污水處理的效率和效果。PLC(可編程控制器)在工業(yè)應(yīng)用很多，穩(wěn)定性比較好，適用于污水處理的控制。把 無線監(jiān)測的便捷性和PLC在控制領(lǐng)域的穩(wěn)定性結(jié)合，可以更好的優(yōu)化污水處理系統(tǒng)。對(duì)于 用戶來說，不需要達(dá)到現(xiàn)場，用嵌入式平板電腦就可對(duì)整個(gè)污水處理流程了解并控制。此 夕卜，平板電腦和PLC用PR0FIBUS總線相連，擴(kuò)展方便。本實(shí)用新型可以獲得處理流程參數(shù)，處理結(jié)果，且可以長期記錄，可以對(duì)建立更好 的污水處理模型，提高污水處理效果，以及加強(qiáng)政府監(jiān)督力度有很大的幫助。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中傳感器終端節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1中路由節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖1中中心節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的污水處理監(jiān)控裝置包括多個(gè)傳感器終端節(jié)點(diǎn)1、多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)2和一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)3。多個(gè)傳感器終端節(jié)點(diǎn)1分布在污水處理廠內(nèi) 污水處理過程的各個(gè)污水處理池中，多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)2分布在多個(gè)傳感器終端節(jié)點(diǎn)1之間，傳 感器終端節(jié)點(diǎn)1與路由節(jié)點(diǎn)2信號(hào)連接，路由節(jié)點(diǎn)2與中心節(jié)點(diǎn)3信號(hào)連接，嵌入式平板電 腦5通過可編程控制器4與中心節(jié)點(diǎn)3連接。如圖2所示，傳感器終端節(jié)點(diǎn)1包括在線檢測儀表1-1、信號(hào)采集M16單片機(jī)1_4 和無線收發(fā)模塊1-5。在線檢測儀表1-1與信號(hào)調(diào)理電路1-2的輸入端連接，信號(hào)調(diào)理電 路1-3的輸出端通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路1-3與信號(hào)采集M16單片機(jī)1-4連接，信號(hào)采集M16單 片機(jī)1-4與無線收發(fā)模塊1-5通過串口連接，無線收發(fā)模塊1-5上連接有終端天線1-6。 如圖3所示，路由節(jié)點(diǎn)2包括串口連接的信號(hào)中繼M16單片機(jī)2_1和路由通信模 塊2-2，路由通信模塊2-上連接有中繼天線2-3。如圖4所示，中心節(jié)點(diǎn)3包括與STM32單片機(jī)3_1通過串口連接的無線通信模塊 3-2、與STM32單片機(jī)3-1通過IO 口連接的按鍵模塊3_5和顯示模塊3_4，STM32單片機(jī)3_1 連接有RS485總線接口 3-3，無線通信模塊3-2上連接有中心節(jié)點(diǎn)天線3_6。工作中，傳感器終端節(jié)點(diǎn)根據(jù)需要，將收集到的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)直接、或采用多跳方 式間接，經(jīng)由路由節(jié)點(diǎn)匯集到中心節(jié)點(diǎn)。每個(gè)傳感器終端節(jié)點(diǎn)都有各自的固定ID號(hào)，上傳 的數(shù)據(jù)包含ID號(hào)，以識(shí)別數(shù)據(jù)的來源，在監(jiān)測中心可通過識(shí)別ID號(hào)對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分類分 析。傳感器終端節(jié)點(diǎn)帶有污水處理流程中所需的在線檢測儀表，路由節(jié)點(diǎn)只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn) 發(fā)。這兩種節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，允許節(jié)點(diǎn)可以自由加入和退出，實(shí)現(xiàn)整個(gè)無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的自組 織和自恢復(fù)，可以適合不同規(guī)模、分布的污水處理廠的需求。中心節(jié)點(diǎn)收集整個(gè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，再通過RS485總線傳遞到PLC。PLC接收由無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)收集到現(xiàn)場數(shù)據(jù)，以及和PLC連接的現(xiàn)場泵、閥、風(fēng)機(jī)等現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)， 根據(jù)已有的決策策略控制現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。同時(shí)，PLC將收到的數(shù)據(jù)，所作的決策告知由 PR0FIBUS總線相連的工業(yè)平板電腦，用戶可以在工業(yè)平板電腦上觀測到現(xiàn)場在線檢測儀表 檢測數(shù)據(jù)、現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作工作狀態(tài)，也可以修改PLC的決策策略，以便對(duì)污水處理廠處 理流程進(jìn)行控制。
權(quán)利要求基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的污水處理監(jiān)控裝置，包括多個(gè)傳感器終端節(jié)點(diǎn)、多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)和一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)，多個(gè)傳感器終端節(jié)點(diǎn)分布在污水處理廠內(nèi)污水處理過程的各個(gè)污水處理池中，多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)分布在多個(gè)傳感器終端節(jié)點(diǎn)之間，傳感器終端節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)信號(hào)連接，路由節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)信號(hào)連接，嵌入式平板電腦通過可編程控制器與中心節(jié)點(diǎn)連接，其特征在于傳感器終端節(jié)點(diǎn)包括在線檢測儀表、信號(hào)采集M16單片機(jī)和無線收發(fā)模塊；在線檢測儀表與信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接，信號(hào)調(diào)理電路的輸出端通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與信號(hào)采集M16單片機(jī)連接，信號(hào)采集M16單片機(jī)與無線收發(fā)模塊通過串口連接，無線收發(fā)模塊上連接有終端天線；路由節(jié)點(diǎn)包括串口連接的信號(hào)中繼M16單片機(jī)和路由通信模塊，路由通信模塊上連接有中繼天線；中心節(jié)點(diǎn)包括與STM32單片機(jī)通過串口連接的無線通信模塊、與STM32單片機(jī)通過IO口連接的按鍵模塊和顯示模塊，STM32單片機(jī)連接有RS485總線接口，無線通信模塊上連接有中心節(jié)點(diǎn)天線。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的污水處理監(jiān)控裝置。目前污水處理通過有線方式進(jìn)行監(jiān)控，成本較高。本實(shí)用新型包括多個(gè)傳感器終端節(jié)點(diǎn)、多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)和一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)。多個(gè)傳感器終端節(jié)點(diǎn)分布在污水處理廠內(nèi)污水處理過程的各個(gè)污水處理池中，多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)分布在多個(gè)傳感器終端節(jié)點(diǎn)之間，傳感器終端節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)信號(hào)連接，路由節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)信號(hào)連接，嵌入式平板電腦通過可編程控制器與中心節(jié)點(diǎn)連接。本實(shí)用新型省去了布線的麻煩，可以隨意更改網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、布局，后期維護(hù)也很方便，有利于提高污水處理的效率和效果。同時(shí)，可編程控制器可根據(jù)現(xiàn)場情況對(duì)污水處理進(jìn)行集中控制，也可以通過平板電腦更改決策策略，優(yōu)化控制。
文檔編號(hào)H04W84/18GK201732089SQ20102020915
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者湯仲華, 高惠芳 申請(qǐng)人:杭州肯丘科技有限公司