專利名稱：基于無線傳感網絡技術的污水處理監(jiān)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(jiān)控裝置，和現有的PLC技術相結合，用于污水處理的監(jiān)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(fā)展、人口數量的繼續(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(yè)存在較大的資金缺口，環(huán)境形勢嚴峻。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(fā)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(tǒng)特性的參數難 以控制，多數信息非數字化和量化，系統(tǒng)高度動態(tài)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(tài)的監(jiān)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(jiān)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(tǒng)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(zhí)行機構，從而達到監(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(tǒng)。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(tǒng)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(wěn)定達標生產進行 有效監(jiān)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(yè)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(tǒng)產業(yè)，朝著生產過程自動化、管 理信息化、高質量、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，經常處于無監(jiān)督狀 態(tài)，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(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，有關部門的遠程監(jiān)測不方便，需要 到現場勘查監(jiān)督，管理困難。發(fā)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(jiān)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(jié)點、多個路由節(jié)點和一個中心節(jié)點。多個傳感 器終端節(jié)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(jié)點分布在 多個傳感器終端節(jié)點之間，傳感器終端節(jié)點與路由節(jié)點信號連接，路由節(jié)點與中心節(jié)點信 號連接，嵌入式平板電腦通過可編程控制器與中心節(jié)點連接。傳感器終端節(jié)點包括在線檢測儀表、信號采集M16單片機和無線收發(fā)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(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(jié)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(jié)點天線。本實用新型能為污水處理管理提供實時處理狀態(tài)、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(jié)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(tǒng)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(jié)點。如此，在后期維護也很方 便。監(jiān)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(huán)節(jié)的處理細節(jié)，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(yè)應用很多，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在控制領域的穩(wěn)定性結合，可以更好的優(yōu)化污水處理系統(tǒng)。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(jiān)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(jié)點的結構示意圖；圖3為圖1中路由節(jié)點的結構示意圖；圖4為圖1中中心節(jié)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(jiān)控裝置包括多個傳感器終端節(jié)點1、多個路由節(jié)點2和一個中心節(jié)點3。多個傳感器終端節(jié)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(jié)點2分布在多個傳感器終端節(jié)點1之間，傳 感器終端節(jié)點1與路由節(jié)點2信號連接，路由節(jié)點2與中心節(jié)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(jié)點3連接。如圖2所示，傳感器終端節(jié)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(fā)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(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(jié)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(jié)點天線3_6。工作中，傳感器終端節(jié)點根據需要，將收集到的現場監(jiān)測數據直接、或采用多跳方 式間接，經由路由節(jié)點匯集到中心節(jié)點。每個傳感器終端節(jié)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(jiān)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(jié)點帶有污水處理流程中所需的在線檢測儀表，路由節(jié)點只負責數據的轉 發(fā)。這兩種節(jié)點構成的網絡，允許節(jié)點可以自由加入和退出，實現整個無線監(jiān)測網絡的自組 織和自恢復，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(zhí)行機構工作狀態(tài)， 根據已有的決策策略控制現場執(zhí)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(yè)平板電腦，用戶可以在工業(yè)平板電腦上觀測到現場在線檢測儀表 檢測數據、現場執(zhí)行機構工作工作狀態(tài)，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(jiān)控裝置，包括多個傳感器終端節(jié)點、多個路由節(jié)點和一個中心節(jié)點，多個傳感器終端節(jié)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(jié)點分布在多個傳感器終端節(jié)點之間，傳感器終端節(jié)點與路由節(jié)點信號連接，路由節(jié)點與中心節(jié)點信號連接，嵌入式平板電腦通過可編程控制器與中心節(jié)點連接，其特征在于傳感器終端節(jié)點包括在線檢測儀表、信號采集M16單片機和無線收發(fā)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(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(jié)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(jié)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(jiān)控裝置。目前污水處理通過有線方式進行監(jiān)控，成本較高。本實用新型包括多個傳感器終端節(jié)點、多個路由節(jié)點和一個中心節(jié)點。多個傳感器終端節(jié)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(jié)點分布在多個傳感器終端節(jié)點之間，傳感器終端節(jié)點與路由節(jié)點信號連接，路由節(jié)點與中心節(jié)點信號連接，嵌入式平板電腦通過可編程控制器與中心節(jié)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(guī)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(yōu)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(yōu)先權日2010年5月31日
發(fā)明者湯仲華, 高惠芳 申請人:杭州肯丘科技有限公司