專利名稱：基于無線傳感網絡技術的污水處理監控裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于無線傳感技術領域，涉及一種基于無線傳感網絡技術的污水處理 監控裝置，和現有的PLC技術相結合，用于污水處理的監測與控制。
技術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，隨著我國經濟的進一步發展、人口數量的繼續增加，淡水資源短缺加重。因 此，污水的再處理與應用成為可持續發展的必要手段。《城市污水處理及污染防治技術政策》規定，2010年全國城鎮的污水平均處理率 不低于50%，重點城市的污水處理率不低于70%，要達到此目標，每年用于水污染防治投 資須達400億元以上。要達到這一目標，我國須新增污水處理廠近1000余座，總投資高達 2000至3000億元。此外，相應的管理網絡建設投資也非常巨大。由此可見，我國的污水處 理事業存在較大的資金缺口，環境形勢嚴峻。因此，污水處理系統從大規模集中式向中小規 模分散式轉變，形成“以大型為主，中小型互補”的布局是符合我國國情和發展形勢的。污水處理過程是一個復雜生物過程反應過程復雜，許多影響系統特性的參數難 以控制，多數信息非數字化和量化，系統高度動態化。由于它的機理具有復雜、高度非線性 等特點，為保證污水處理過程的良好運行和提高出水水質，控制策略的精心設計就顯尤為 重要。而控制的基礎就是對當前狀態的監測和預測，那么污水處理過程中的重要參數測量 就顯得非常重要。據有關資料和對部分地方污水處理廠的考察，我國目前已建成投入生產運行的污 水處理廠，自動控制監測技術大致有三種情況一種情況是建立中央控制室，中控室雙機熱 備系統通過通信介質(如雙絞線、光纖等)連接廠內各PLC控制子站，各PLC控制子站控 制現場的儀器儀表執行機構，從而達到監測控制的目的；第二種情況是在各污水處理廠直 接通過各PLC子站控制各現場的儀器儀表；第三種情況是由于建廠時間較早或經費投入不 足，廠內沒有自動控制系統。無論何種情況，由于采用的設備和技術參差不齊，給污水處理 廠的生產運行、管理受到不同程度的影響，影響出水水質，有待于采用新的自動控制技術對 污水處理廠自動控制系統進行改造、改建、甚至重建，以滿足污水處理廠生產運行的需要； 其次便于國家職能部門對重點污染源_污水處理廠是否正常生產、是否穩定達標生產進行 有效監控；同時國家宏觀經濟建設政策明確提出，要廣泛推廣科學技術在各行各業的應用， 用計算機信息技術、通信技術等高科技技術，提升改造傳統產業，朝著生產過程自動化、管 理信息化、高質量、高效率、節能的方向發展。總的來說，目前工廠污水處理由于布局分散，監測系統昂貴，經常處于無監督狀 態，使污水處理效果不理想，各項指標不能達到要求。即使使用了昂貴的監測系統，傳統的 有線監測，需要專業人員布線安裝，更改非常麻煩。另外，有關部門的遠程監測不方便，需要 到現場勘查監督，管理困難。發明內容本實用新型的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于無線傳感網絡技術的 污水處理監控裝置，結合現有的PLC和平板電腦，提供便捷的方式對污水處理進行檢測與
管理本實用新型包括多個傳感器終端節點、多個路由節點和一個中心節點。多個傳感 器終端節點分布在污水處理廠內污水處理過程的各個污水處理池中，多個路由節點分布在 多個傳感器終端節點之間，傳感器終端節點與路由節點信號連接，路由節點與中心節點信 號連接，嵌入式平板電腦通過可編程控制器與中心節點連接。傳感器終端節點包括在線檢測儀表、信號采集M16單片機和無線收發模塊。在線 檢測儀表與信號調理電路的輸入端連接，信號調理電路的輸出端通過模數轉換電路與信號 采集M16單片機連接，信號采集M16單片機與無線收發模塊通過串口連接，無線收發模塊上 連接有終端天線。路由節點包括串口連接的信號中繼M16單片機和路由通信模塊，路由通信模塊上 連接有中繼天線。中心節點包括與STM32單片機通過串口連接的無線通信模塊、與STM32單片機通 過IO 口連接的按鍵模塊和顯示模塊，STM32單片機連接有RS485總線接口，無線通信模塊 上連接有中心節點天線。本實用新型能為污水處理管理提供實時處理狀態、處理結果等參數，為掌握污水 處理流程是否合理，處理結果是否合格提供了方便。無線傳感器的應用，使得網絡的安裝更為方便，省去了布線的麻煩。在使用過程中 節點的實效、故障只需要更換相應模塊即可。如果污水處理系統需要增加或減少一些處理 設備，由于采用無線網絡的方式，可以隨意增減傳感器終端節點。如此，在后期維護也很方 便。監控中心的集中管理，可以宏觀了解整個污水處理過程，以及各個環節的處理細節，從 而調整當前的處理步驟、時間等污水處理策略，有利于提高污水處理的效率和效果。PLC(可編程控制器)在工業應用很多，穩定性比較好，適用于污水處理的控制。把 無線監測的便捷性和PLC在控制領域的穩定性結合，可以更好的優化污水處理系統。對于 用戶來說，不需要達到現場，用嵌入式平板電腦就可對整個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，擴展方便。本實用新型可以獲得處理流程參數，處理結果，且可以長期記錄，可以對建立更好 的污水處理模型，提高污水處理效果，以及加強政府監督力度有很大的幫助。
圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為圖1中傳感器終端節點的結構示意圖；圖3為圖1中路由節點的結構示意圖；圖4為圖1中中心節點的結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，一種基于無線傳感網絡技術的污水處理監控裝置包括多個傳感器終端節點1、多個路由節點2和一個中心節點3。多個傳感器終端節點1分布在污水處理廠內 污水處理過程的各個污水處理池中，多個路由節點2分布在多個傳感器終端節點1之間，傳 感器終端節點1與路由節點2信號連接，路由節點2與中心節點3信號連接，嵌入式平板電 腦5通過可編程控制器4與中心節點3連接。如圖2所示，傳感器終端節點1包括在線檢測儀表1-1、信號采集M16單片機1_4 和無線收發模塊1-5。在線檢測儀表1-1與信號調理電路1-2的輸入端連接，信號調理電 路1-3的輸出端通過模數轉換電路1-3與信號采集M16單片機1-4連接，信號采集M16單 片機1-4與無線收發模塊1-5通過串口連接，無線收發模塊1-5上連接有終端天線1-6。 如圖3所示，路由節點2包括串口連接的信號中繼M16單片機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，中心節點3包括與STM32單片機3_1通過串口連接的無線通信模塊 3-2、與STM32單片機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上連接有中心節點天線3_6。工作中，傳感器終端節點根據需要，將收集到的現場監測數據直接、或采用多跳方 式間接，經由路由節點匯集到中心節點。每個傳感器終端節點都有各自的固定ID號，上傳 的數據包含ID號，以識別數據的來源，在監測中心可通過識別ID號對所得數據進行分類分 析。傳感器終端節點帶有污水處理流程中所需的在線檢測儀表，路由節點只負責數據的轉 發。這兩種節點構成的網絡，允許節點可以自由加入和退出，實現整個無線監測網絡的自組 織和自恢復，可以適合不同規模、分布的污水處理廠的需求。中心節點收集整個現場的數據，再通過RS485總線傳遞到PLC。PLC接收由無線傳 感器網絡收集到現場數據，以及和PLC連接的現場泵、閥、風機等現場執行機構工作狀態， 根據已有的決策策略控制現場執行機構工作。同時，PLC將收到的數據，所作的決策告知由 PR0FIBUS總線相連的工業平板電腦，用戶可以在工業平板電腦上觀測到現場在線檢測儀表 檢測數據、現場執行機構工作工作狀態，也可以修改PLC的決策策略，以便對污水處理廠處 理流程進行控制。
權利要求基于無線傳感網絡技術的污水處理監控裝置，包括多個傳感器終端節點、多個路由節點和一個中心節點，多個傳感器終端節點分布在污水處理廠內污水處理過程的各個污水處理池中，多個路由節點分布在多個傳感器終端節點之間，傳感器終端節點與路由節點信號連接，路由節點與中心節點信號連接，嵌入式平板電腦通過可編程控制器與中心節點連接，其特征在于傳感器終端節點包括在線檢測儀表、信號采集M16單片機和無線收發模塊；在線檢測儀表與信號調理電路的輸入端連接，信號調理電路的輸出端通過模數轉換電路與信號采集M16單片機連接，信號采集M16單片機與無線收發模塊通過串口連接，無線收發模塊上連接有終端天線；路由節點包括串口連接的信號中繼M16單片機和路由通信模塊，路由通信模塊上連接有中繼天線；中心節點包括與STM32單片機通過串口連接的無線通信模塊、與STM32單片機通過IO口連接的按鍵模塊和顯示模塊，STM32單片機連接有RS485總線接口，無線通信模塊上連接有中心節點天線。
專利摘要本實用新型涉及一種基于無線傳感網絡技術的污水處理監控裝置。目前污水處理通過有線方式進行監控，成本較高。本實用新型包括多個傳感器終端節點、多個路由節點和一個中心節點。多個傳感器終端節點分布在污水處理廠內污水處理過程的各個污水處理池中，多個路由節點分布在多個傳感器終端節點之間，傳感器終端節點與路由節點信號連接，路由節點與中心節點信號連接，嵌入式平板電腦通過可編程控制器與中心節點連接。本實用新型省去了布線的麻煩，可以隨意更改網絡規模、布局，后期維護也很方便，有利于提高污水處理的效率和效果。同時，可編程控制器可根據現場情況對污水處理進行集中控制，也可以通過平板電腦更改決策策略，優化控制。
文檔編號H04W84/18GK201732089SQ20102020915
公開日2011年2月2日 申請日期2010年5月31日 優先權日2010年5月31日
發明者湯仲華, 高惠芳 申請人:杭州肯丘科技有限公司