一种基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统，包括安装在每个污水处理站的至少一个远程监控终端、通过GPRS网络与各个远程监控终端进行数据通讯的云平台、接入云平台并与该云平台进行数据通讯的系统服务器以及接入系统服务器并与该系统服务器进行数据通讯的多个Web客服端，其中，远程监控终端用于监控污水处理站的工作状态并将监控信息发送到云平台，系统服务器接入云平台获取数据信息并进行数据处理，Web客服端接入系统服务器获取监控信息从而能够远程监控污水处理站的工作状态。与现有技术相比较，本实用新型具有投入成本低、运行操作方便、数据传输可靠且快速、图像展示流畅快速、与现有设施兼容性强、环境适应性强等优点。
【专利说明】
一种基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及污水处理监控技术领域，尤其涉及一种基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统。【背景技术】
[0002]农村生活污水处理系统主要是将居民的生活污水，经污水收集管网收集到污水处理站，然后采用组合型生物滤池污水处理技术进行处理。然而农村污水处理站地点分布广泛，要了解成百上千处农村生活污水处理设施的运行状态，必须派人去现场观察，这不仅造成人员、时间上的浪费，还产生不必要的物资开销。而且各村安排的监管人员大多是本村村民兼职，专业知识欠缺，导致污水处理设施运营不到位，出水难以达标，有部分污水处理设施甚至瘫痪或荒废，根本无法做到有效监管。现有技术中，农村生活污水的运维方式主要有以下两种:一是各村和自然组安排村民兼职管理，监管人员一般缺乏专业知识，且到岗率低，容易导致设施导电、设备损坏、人为破坏等现象产生;二是在污水处理站点配备远程监控系统，通过查看电脑平台来获知污水处理设施的运行情况，一旦发生设备故障就需要供货单位前来维修，因此多半处于停运或半停运状态，而政府主管部门难以掌握相关信息，同时还引起污水外排，严重影响了周围居民的生活环境。
[0003]随着物联网的发展、社会信息化程度的提高，人们对于污水处理站监控系统的要求已经不再满足于简单、被动的监控控制，而需要一种节能、高效、操作灵活的智能监控系统，降低农村污水处理站的运行成本并提高运行效率。
[0004]故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案， 解决现有技术中存在的缺陷。【实用新型内容】
[0005]为了克服现有技术存在的缺陷，确有必要提供一种基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统，具有系统管理、部门管理、用户管理、权限管理、角色管理、流程管理等功能，克服了目前污水监控系统的单一功能或功能较少的缺陷。
[0006]为了解决现有技术存在的技术问题，本实用新型的技术方案为:
[0007]—种基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统，包括安装在每个污水处理站的至少一个远程监控终端、通过GPRS网络与各个远程监控终端进行数据通讯的云平台、 接入云平台并与该云平台进行数据通讯的系统服务器以及接入系统服务器并与该系统服务器进行数据通讯的多个Web客服端，其中，所述远程监控终端用于监控污水处理站的工作状态并将监控信息发送到所述云平台，所述系统服务器接入所述云平台获取数据信息并进行数据处理，所述Web客服端接入所述系统服务器获取监控信息从而能够远程监控污水处理站的工作状态，并根据污水处理站的工作状态向所述系统服务器发送控制命令，所述系统服务器对该控制命令进行解析并通过所述云平台发送给相应的远程监控终端，所述远程监控终端根据控制命令控制污水处理站的工作状态。
[0008]优选地，所述远程监控终端至少包括微控制器、污水处理设备控制器、传感监控设备、流量计和GPRS无线通信模块，其中，所述传感监控设备用于监控污水处理站的场景状态;所述污水处理设备控制器与多个污水处理设备相连接，用于控制污水处理设备的工作状态，所述污水处理设备为水栗、风机和或电解磷设备中的任一种;所述微控制器用于采集所述污水处理设备控制器、传感监控设备和流量计的传感状态信息并通过所述GPRS无线通信模块发送给所述云平台以及接收所述云平台发送的控制信息并根据该控制信息控制所述污水处理设备控制器的状态;所述流量计通过RS485接口与所述微控制器相连接，用于采集流量信息并发送给所述微控制器。
[0009]优选地，所述污水处理设备控制器为PLC控制器，所述PLC控制器通过RS485接口与所述微控制器相连接，所述微控制器通过RS485协议读写所述PLC控制器的输入数字量状态以及输出数字量状态。
[0010]优选地，所述远程监控终端还包括输入模块和输出模块，所述输入模块与所述微控制器和污水处理设备相连接，用于采用所述污水处理设备的输入状态;所述输出模块与所述微控制器和污水处理设备相连接，用于输出控制信号对所述污水处理设备进行控制。
[0011]优选地，所述输入模块采用6路光耦输入;所述输出模块采用6路继电器进行输出控制。
[0012]优选地，所述传感监控设备进一步包括门磁开关、红外探测器、读卡器以及摄像头模块，其中，所述门磁开关由常开型干簧管和永久磁铁组成，安装在污水处理站工作室门上，用于监控该工作室门的开闭情况;所述红外探测器采用热释电红外传感器，用于监控是否有生物闯入;所述读卡器采用非接触式1C卡，用于工作人员考勤监控;所述摄像头模块用于采集现场照片，当有非法生物闯入或者手动拍照时，所述微控制器发送拍照命令给摄像头模块并通过RS232接口读取摄像头所拍的JPEG格式照片。[〇〇13] 优选地，所述远程监控终端还包括多个电流互感器，每个污水处理设备接一个所述电流互感器，所述电流互感器用于监测水栗、风机或电解磷的工作电流，电流通过一电阻转换成电压信号，电压信号通过一个8选一模拟开关和绝对值电路放大后输入到微控制器内部ADC模块，经ADC模块采样得到污水处理设备工作的有效值电流。[〇〇14]优选地，所述远程监控终端还包括无线传输模块，当GPRS信号质量不佳，所述远程监控终端将采集的信息及远程控制信息通过所述无线传输模块传输至邻端且具有较佳 GPRS信号的污水处理站再上传至云平台。[〇〇15]优选地，所述无线传输模块为具有LoRa?功能的无线传输模块SX1278,所述微控制器通过SPI接口对SX1278模块进行控制及数据传输。
[0016]优选地，所述远程监控终端还包括电量计量芯片HT7038,所述电量计量芯片 HT7038与所述微控制器相连接，设置成用于三相四线制，采用三个电压互感器采集A相，B 相，C相的电压信号，以及采用三个电流互感器采集A相，B相，C相的电流信号，所述电压信号和电流信号输入至所述电量计量芯片并计量电能信息，所述微控制器通过SPI接口读取电量的瞬时功率以及总的用电度数信息。
[0017]与现有技术相比较，本实用新型具有投入成本低、运行操作方便、数据传输可靠且快速、图像展示流畅快速、与现有设施兼容性强、环境适应性强等优点。【附图说明】
[0018]图1为本实用新型基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统的系统结构框图。
[0019]图2为本实用新型基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统中远程监控终端的原理框图。
[0020]如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本实用新型。【具体实施方式】[0021 ]以下将结合附图对本实用新型提供的作进一步说明。[〇〇22] 参见图1，所示为本实用新型本实用新型基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统的系统结构框图，包括安装在每个污水处理站的至少一个远程监控终端、通过 GPRS网络与各个远程监控终端进行数据通讯的云平台、接入云平台并与该云平台进行数据通讯的系统服务器以及接入系统服务器并与该系统服务器进行数据通讯的多个Web客服端，其中，远程监控终端用于监控污水处理站的工作状态并将监控信息发送到云平台，系统服务器接入云平台获取数据信息并进行数据处理，Web客服端接入系统服务器获取监控信息从而能够远程监控污水处理站的工作状态，并根据污水处理站的工作状态向系统服务器发送控制命令，系统服务器对该控制命令进行解析并通过云平台发送给相应的远程监控终端，远程监控终端根据控制命令控制污水处理站的工作状态。
[0023]参见图1，本系统自下而上分4层结构，分别为设备硬件层、传输层、数据层和应用服务层。监控信息经由分布式处理设备上的传感器采集，通过GPRS传输给云数据中心，数据通过有效组织和筛选，实现高效存储管理。应用服务层实现对上层请求的解析，完成对数据库的访问操作，并将查询结果返回给上层请求用户。发现异常情况及时报警并存储报警信息。系统采用灵活的B/S模式，为客户端提供数据监控、查询统计、信息报警处理和地图化展示等服务。[〇〇24]系统服务器主要完成数据处理、存储，业务逻辑管理功能，包括:设备管理、设备远程控制、远端设备上传数据处理，存储、基于规则的事件(告警)设置及通知、系统平台管理功能、业务运行逻辑、摄像头操控功能、数据访问接口及管理接口。[〇〇25] Web客户端完成基于Web系统的应用，包括:设备远程控制、设备运行状态展示、流量信息展示、运行事件(告警)规则设置，告警信息查询、手动拍照以及手动自动拍照浏览、 运维人员实时位置显示及运维轨迹监测、系统管理、设备管理及报表输出。[〇〇26]本系统集成了传感器技术、无线通信技术、网络通信技术、数据库技术和WebGIS技术，构建了跨平台B/S系统，为用户提供可视化的监控展示系统。系统能过同时满足以下性能要求:[〇〇27]1、在网络正常情况下传感器信息从采集到传送到监控中心延时不超过5秒；[〇〇28]2、能够同时响应10000个以上查询请求；[〇〇29]3、能够同时对100个并发访问快速响应；
[0030]4、地图展现流畅快速，响应时间低于5秒；
[0031]5、数据库数据结构设计实现最小冗余。
[0032]参见图2,所示为本系统中远程监控终端的原理框图，远程监控终端至少包括微控制器、污水处理设备控制器、传感监控设备、流量计和GPRS无线通信模块，其中，传感监控设备用于监控污水处理站的场景状态;污水处理设备控制器与多个污水处理设备相连接，用于控制污水处理设备的工作状态，污水处理设备为水栗、风机和或电解磷设备中的任一种； 微控制器用于采集污水处理设备控制器、传感监控设备和流量计的传感状态信息并通过 GPRS无线通信模块发送给云平台以及接收云平台发送的控制信息并根据该控制信息控制污水处理设备控制器的状态;流量计通过RS485接口与微控制器相连接，用于采集流量信息并发送给微控制器。因此，云平台也可远程控制污水处理站的设备，包括开启或停止水栗，风机，电解磷设备，读取考勤数据。远程控制摄像头拍照并传输至云数据中心进行展示。 [〇〇33] 污水处理站主要监测和控制的设备包括提升水栗、气提栗、应急水栗、风机、电解磷。其中提升水栗和气提栗用于污水进口前以保证污水流速的稳定，风机通过曝气供给污水处理中微生物所需的氧气，电解磷装置通过电解法去除污水中的磷。远程监测的设备包括流量计、液位浮球以及其它辅助设施包括用于考勤系统的读卡器、门禁系统，用于防止非法闯入的红外感应器及摄像头。[〇〇34] 在一种优选实施方式中，所示微控制器采用STM32F103VCT6微控制器，包括256KB 闪存，48KB静态随机存储器，5个异步通信端口，2个SPI端口，2个12比特ADC，80个10接口。从而微控制器有足够资源对远端终端系统的传感状态信息进行采集、处理以及对云数据中心的发送的信息进行处理。[〇〇35] 在一种优选实施方式中，污水处理设备控制器为PLC控制器，PLC控制器通过RS485 接口与微控制器相连接，微控制器通过RS485协议读写PLC控制器的输入数字量状态以及输出数字量状态。PLC控制器中具有嵌入式程序，它根据输入数字量(主要来自液位浮球)来控制输出设备的开启，包括水栗、风机及电解磷设备。微控制器通过RS485接口读取输入PLC的输入数字量状态以及输出数字量状态。微处理器也有一输出口连接至PLC的输入口来控制 PLC的自动及手动工作状态。[〇〇36]为了能够同样应用于没有PLC控制的污水处理站，在一种优选实施方式中，远程监控终端进一步还包括输入模块和输出模块，输入模块与微控制器和污水处理设备相连接， 用于采用污水处理设备的输入状态;输出模块与微控制器和污水处理设备相连接，用于输出控制信号对污水处理设备进行控制。其中，输入模块采用6路光耦输入;输出模块采用6路继电器进行输出控制。采用光耦输入及继电器输入可有效防止外部对微处理器的干扰，有效提尚了系统的稳定性及可靠性。[〇〇37]传感监控设备进一步包括门磁开关、红外探测器、读卡器以及摄像头模块，其中， 门磁开关由常开型干簧管和永久磁铁组成，安装在污水处理站工作室门上，用于监控该工作室门的开闭情况；当永磁体和干簧管靠得很近时，门磁传感器处于工作守候状态，当永磁体离开干簧管一定距离后，处于常开状态。门磁开关的开关量信号连接微控制器的外部中断。当输入为高电平1时，产生外部中断，告知微控制器门被打开。
[0038]红外探测器采用热释电红外传感器，用于监控是否有生物闯入；当有生物闯入时， 红外探测器产生一高电平1信号输入至微控制的外部中断。告知微控制器有生物闯入。 [〇〇39]读卡器采用非接触式1C卡，用于工作人员考勤监控;读卡距离大于5厘米，可以读取1C卡的ID号以及数据。考勤系统采用读取1C的ID号作为考勤依据。读卡器电路具有实时时钟电路，当读取ID卡号的同时，也读取实时时钟电路内的日期及时间，通过RS485接口发送给微控制器。
[0040]摄像头模块用于采集现场照片，当有非法生物闯入或者手动拍照时，微控制器发送拍照命令给摄像头模块并通过RS232接口读取摄像头所拍的JPEG格式照片。摄像头采用具有拍照功能的摄像头模块，当有非法生物闯入或者手动拍照时，微控制器发送拍照命令给摄像头模块并通过RS232接口读取摄像头所拍的JPEG格式照片。
[0041]为了进一步监测水栗、风机、电解磷的工作状态，远程监控终端还包括多个电流互感器，每个污水处理设备接一个电流互感器，电流互感器用于监测水栗、风机或电解磷的工作电流，电流通过一电阻转换成电压信号，电压信号通过一个8选一模拟开关和绝对值电路放大后输入到微控制器内部ADC模块，经ADC模块采用得到污水处理设备工作的有效值电流。[〇〇42]当GPRS信号质量不佳，远程监控终端将采集的信息及远程控制信息通过无线传输模块传输至邻端且具有较佳GPRS信号的污水处理站再上传至云平台。其中，无线传输模块为具有L〇Ra?功能的无线传输模块SX1278,微控制器通过SPI接口对SX1278模块进行控制及数据传输。[〇〇43] 为了进一步监控污水处理站的用电情况，远程监控终端还包括电量计量芯片 HT7038,电量计量芯片HT7038与微控制器相连接，设置成用于三相四线制，采用三个电压互感器采集A相，B相，C相的电压信号，以及采用三个电流互感器采集A相，B相，C相的电流信号，电压信号和电流信号输入至电量计量芯片并计量电能信息，微控制器通过SPI接口读取电量的瞬时功率以及总的用电度数信息。
[0044]当然，远程监控终端还可以是为运维人员配置的专用手机，手机内具有专用APP软件，软件读取手机内的GPS定位信息，定位信息通过手机的4G网络功能传输至云数据中心， 云数据中心的地图能实时显示运维人员的位置信息。
[0045]采用上述技术方案，本系统可以实现以下技术效果:
[0046]1、达到远程点控开关，控制水栗、风机、除磷等设备运行。[〇〇47]2、达到远程读取设备运行状态，在Web客户端软件上显示设备运行状态，在地图上显示站点，且鼠标移至站点位置显示运行状态；监测液位高低情况，反馈给软件平台，并作为告警依据。[0〇48]3、远程读取流量计，包括瞬时流量、总流量;在软件平台显示:日流量、周流量、月流量、年流量，支持瞬时流量、累计流量值实时显示，根据采集数据计算平均值;支持按时间时、日、月、年查询每个站点流量信息;支持报表、曲线、柱形图等显示方式;支持超过流量设置阈值报警。[〇〇49]4、根据运行逻辑，设置故障告警反馈。
[0050]5、在污水站点围栏范围内装设红外线感应器，在机房门上装设门磁开关，并在机房内装设考勤卡;工作人员进入污水站围栏范围内，红外感应通过监测到生物闯入，延时30 秒，在延时期间内机房门被打开(门磁开关断开)并考卡签到成功，则系统默认维护人员正常巡检，若未在规定时间内考勤，则判别为非法闯入，反馈告警给软件平台，并驱动摄像头拍照保存后台。
[0051]6、装设摄像头(平台手动及其自动进行拍照)，在污水站值班点进行有线网络摄像头实时监控，反馈至平台；
[0052]7、维保人员专用APP(实时定位及其运维路线监测)；[〇〇53]8、支持远程站点打分功能，管理人员可以根据平台考勤记录、照片抓拍情况、实时数据对站点的维护情况等，可进行打分计入站点的绩效中。
[0054]9、系统支持远程查看水栗及风机运转情况，每天水栗风机运行时间段，开关情况等。管理平台支持报表查询格式，支持统计功能，可查看每个水栗风机总运行时间等;支持水栗风机运行状态直观易懂的显示方式。
[0055]10、平台支持预设报警机制，管理人员可自定义异常情况处理措施，当出现异常情况，系统自动将报警信息以电话、短信、邮件等多种方式发送到系统指定人员。
[0056]11、根据条件查询结果，输出特定报表;站点主要设备提供设备运行时间统计，流量统计，水质分析统计报表等;单个或多个仪表历史数据列表或历史曲线趋势显示，可以日、月、年显示。[〇〇57]12、平台具有系统管理、部门管理、用户管理、权限管理、角色管理、流程管理等功能。[〇〇58]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统，其特征在于，包括安装在每 个污水处理站的至少一个远程监控终端、通过GPRS网络与各个远程监控终端进行数据通讯 的云平台、接入云平台并与该云平台进行数据通讯的系统服务器以及接入系统服务器并与 该系统服务器进行数据通讯的多个Web客服端，其中，所述远程监控终端用于监控污水处理 站的工作状态并将监控信息发送到所述云平台，所述系统服务器接入所述云平台获取数据 信息并进行数据处理，所述Web客服端接入所述系统服务器获取监控信息从而能够远程监 控污水处理站的工作状态，并根据污水处理站的工作状态向所述系统服务器发送控制命 令，所述系统服务器对该控制命令进行解析并通过所述云平台发送给相应的远程监控终 端，所述远程监控终端根据控制命令控制污水处理站的工作状态。2.根据权利要求1所述的基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统，其特征在 于，所述远程监控终端至少包括微控制器、污水处理设备控制器、传感监控设备、流量计和 GPRS无线通信模块，其中，所述传感监控设备用于监控污水处理站的场景状态;所述污水处 理设备控制器与多个污水处理设备相连接，用于控制污水处理设备的工作状态，所述污水 处理设备为水栗、风机和或电解磷设备中的任一种;所述微控制器用于采集所述污水处理 设备控制器、传感监控设备和流量计的传感状态信息并通过所述GPRS无线通信模块发送给 所述云平台以及接收所述云平台发送的控制信息并根据该控制信息控制所述污水处理设 备控制器的状态;所述流量计通过RS485接口与所述微控制器相连接，用于采集流量信息并 发送给所述微控制器。3.根据权利要求2所述的基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统，其特征在 于，所述污水处理设备控制器为PLC控制器，所述PLC控制器通过RS485接口与所述微控制器 相连接，所述微控制器通过RS485协议读写所述PLC控制器的输入数字量状态以及输出数字量状态。4.根据权利要求2所述的基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统，其特征在 于，所述远程监控终端还包括输入模块和输出模块，所述输入模块与所述微控制器和污水 处理设备相连接，用于采用所述污水处理设备的输入状态;所述输出模块与所述微控制器 和污水处理设备相连接，用于输出控制信号对所述污水处理设备进行控制。5.根据权利要求4所述的基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统，其特征在 于，所述输入模块采用6路光耦输入;所述输出模块采用6路继电器进行输出控制。6.根据权利要求2所述的基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统，其特征在 于，所述传感监控设备进一步包括门磁开关、红外探测器、读卡器以及摄像头模块，其中，所 述门磁开关由常开型干簧管和永久磁铁组成，安装在污水处理站工作室门上，用于监控该 工作室门的开闭情况;所述红外探测器采用热释电红外传感器，用于监控是否有生物闯入； 所述读卡器采用非接触式1C卡，用于工作人员考勤监控;所述摄像头模块用于采集现场照 片，当有非法生物闯入或者手动拍照时，所述微控制器发送拍照命令给摄像头模块并通过 RS232接口读取摄像头所拍的JPEG格式照片。7.根据权利要求2所述的基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统，其特征在 于，所述远程监控终端还包括多个电流互感器，每个污水处理设备接一个所述电流互感器， 所述电流互感器用于监测水栗、风机或电解磷的工作电流，电流通过一电阻转换成电压信 号，电压信号通过一个8选一模拟开关和绝对值电路放大后输入到微控制器内部ADC模块，经ADC模块采样得到污水处理设备工作的有效值电流。8.根据权利要求2所述的基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统，其特征在 于，所述远程监控终端还包括无线传输模块，当GPRS信号质量不佳，所述远程监控终端将采 集的信息及远程控制信息通过所述无线传输模块传输至邻端且具有较佳GPRS信号的污水 处理站再上传至云平台。9.根据权利要求8所述的基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统，其特征在 于，所述无线传输模块为具有LoRa?功能的无线传输模块SX1278,所述微控制器通过SPI接 口对SX1278模块进行控制及数据传输。10.根据权利要求2所述的基于云平台的农村污水处理站远程管理监控系统，其特征在 于，所述远程监控终端还包括电量计量芯片HT7038,所述电量计量芯片HT7038与所述微控 制器相连接，设置成用于三相四线制，采用三个电压互感器采集A相，B相，C相的电压信号， 以及采用三个电流互感器采集A相，B相，C相的电流信号，所述电压信号和电流信号输入至 所述电量计量芯片并计量电能信息，所述微控制器通过SPI接口读取电量的瞬时功率以及 总的用电度数信息。
【文档编号】G05B19/042GK205594403SQ201620459046
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】沈小峰, 王杰
【申请人】浙江爱迪曼环保科技股份有限公司