专利名称：基于无线传感网络技术的污水处理监控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于无线传感技术领域，涉及一种基于无线传感网络技术的污水处理 监控装置，和现有的PLC技术相结合，用于污水处理的监测与控制。
技术背景我国淡水资源总量居世界第六位，但人均占有量仅为世界人均占有量的1/4。淡水 资源非常缺乏，随着我国经济的进一步发展、人口数量的继续增加，淡水资源短缺加重。因 此，污水的再处理与应用成为可持续发展的必要手段。《城市污水处理及污染防治技术政策》规定，2010年全国城镇的污水平均处理率 不低于50%，重点城市的污水处理率不低于70%，要达到此目标，每年用于水污染防治投 资须达400亿元以上。要达到这一目标，我国须新增污水处理厂近1000余座，总投资高达 2000至3000亿元。此外，相应的管理网络建设投资也非常巨大。由此可见，我国的污水处 理事业存在较大的资金缺口，环境形势严峻。因此，污水处理系统从大规模集中式向中小规 模分散式转变，形成“以大型为主，中小型互补”的布局是符合我国国情和发展形势的。污水处理过程是一个复杂生物过程反应过程复杂，许多影响系统特性的参数难 以控制，多数信息非数字化和量化，系统高度动态化。由于它的机理具有复杂、高度非线性 等特点，为保证污水处理过程的良好运行和提高出水水质，控制策略的精心设计就显尤为 重要。而控制的基础就是对当前状态的监测和预测，那么污水处理过程中的重要参数测量 就显得非常重要。据有关资料和对部分地方污水处理厂的考察，我国目前已建成投入生产运行的污 水处理厂，自动控制监测技术大致有三种情况一种情况是建立中央控制室，中控室双机热 备系统通过通信介质(如双绞线、光纤等)连接厂内各PLC控制子站，各PLC控制子站控 制现场的仪器仪表执行机构，从而达到监测控制的目的；第二种情况是在各污水处理厂直 接通过各PLC子站控制各现场的仪器仪表；第三种情况是由于建厂时间较早或经费投入不 足，厂内没有自动控制系统。无论何种情况，由于采用的设备和技术参差不齐，给污水处理 厂的生产运行、管理受到不同程度的影响，影响出水水质，有待于采用新的自动控制技术对 污水处理厂自动控制系统进行改造、改建、甚至重建，以满足污水处理厂生产运行的需要； 其次便于国家职能部门对重点污染源_污水处理厂是否正常生产、是否稳定达标生产进行 有效监控；同时国家宏观经济建设政策明确提出，要广泛推广科学技术在各行各业的应用， 用计算机信息技术、通信技术等高科技技术，提升改造传统产业，朝着生产过程自动化、管 理信息化、高质量、高效率、节能的方向发展。总的来说，目前工厂污水处理由于布局分散，监测系统昂贵，经常处于无监督状 态，使污水处理效果不理想，各项指标不能达到要求。即使使用了昂贵的监测系统，传统的 有线监测，需要专业人员布线安装，更改非常麻烦。另外，有关部门的远程监测不方便，需要 到现场勘查监督，管理困难。发明内容本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于无线传感网络技术的 污水处理监控装置，结合现有的PLC和平板电脑，提供便捷的方式对污水处理进行检测与
管理本实用新型包括多个传感器终端节点、多个路由节点和一个中心节点。多个传感 器终端节点分布在污水处理厂内污水处理过程的各个污水处理池中，多个路由节点分布在 多个传感器终端节点之间，传感器终端节点与路由节点信号连接，路由节点与中心节点信 号连接，嵌入式平板电脑通过可编程控制器与中心节点连接。传感器终端节点包括在线检测仪表、信号采集M16单片机和无线收发模块。在线 检测仪表与信号调理电路的输入端连接，信号调理电路的输出端通过模数转换电路与信号 采集M16单片机连接，信号采集M16单片机与无线收发模块通过串口连接，无线收发模块上 连接有终端天线。路由节点包括串口连接的信号中继M16单片机和路由通信模块，路由通信模块上 连接有中继天线。中心节点包括与STM32单片机通过串口连接的无线通信模块、与STM32单片机通 过IO 口连接的按键模块和显示模块，STM32单片机连接有RS485总线接口，无线通信模块 上连接有中心节点天线。本实用新型能为污水处理管理提供实时处理状态、处理结果等参数，为掌握污水 处理流程是否合理，处理结果是否合格提供了方便。无线传感器的应用，使得网络的安装更为方便，省去了布线的麻烦。在使用过程中 节点的实效、故障只需要更换相应模块即可。如果污水处理系统需要增加或减少一些处理 设备，由于采用无线网络的方式，可以随意增减传感器终端节点。如此，在后期维护也很方 便。监控中心的集中管理，可以宏观了解整个污水处理过程，以及各个环节的处理细节，从 而调整当前的处理步骤、时间等污水处理策略，有利于提高污水处理的效率和效果。PLC(可编程控制器)在工业应用很多，稳定性比较好，适用于污水处理的控制。把 无线监测的便捷性和PLC在控制领域的稳定性结合，可以更好的优化污水处理系统。对于 用户来说，不需要达到现场，用嵌入式平板电脑就可对整个污水处理流程了解并控制。此 夕卜，平板电脑和PLC用PR0FIBUS总线相连，扩展方便。本实用新型可以获得处理流程参数，处理结果，且可以长期记录，可以对建立更好 的污水处理模型，提高污水处理效果，以及加强政府监督力度有很大的帮助。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为图1中传感器终端节点的结构示意图；图3为图1中路由节点的结构示意图；图4为图1中中心节点的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于无线传感网络技术的污水处理监控装置包括多个传感器终端节点1、多个路由节点2和一个中心节点3。多个传感器终端节点1分布在污水处理厂内 污水处理过程的各个污水处理池中，多个路由节点2分布在多个传感器终端节点1之间，传 感器终端节点1与路由节点2信号连接，路由节点2与中心节点3信号连接，嵌入式平板电 脑5通过可编程控制器4与中心节点3连接。如图2所示，传感器终端节点1包括在线检测仪表1-1、信号采集M16单片机1_4 和无线收发模块1-5。在线检测仪表1-1与信号调理电路1-2的输入端连接，信号调理电 路1-3的输出端通过模数转换电路1-3与信号采集M16单片机1-4连接，信号采集M16单 片机1-4与无线收发模块1-5通过串口连接，无线收发模块1-5上连接有终端天线1-6。 如图3所示，路由节点2包括串口连接的信号中继M16单片机2_1和路由通信模 块2-2，路由通信模块2-上连接有中继天线2-3。如图4所示，中心节点3包括与STM32单片机3_1通过串口连接的无线通信模块 3-2、与STM32单片机3-1通过IO 口连接的按键模块3_5和显示模块3_4，STM32单片机3_1 连接有RS485总线接口 3-3，无线通信模块3-2上连接有中心节点天线3_6。工作中，传感器终端节点根据需要，将收集到的现场监测数据直接、或采用多跳方 式间接，经由路由节点汇集到中心节点。每个传感器终端节点都有各自的固定ID号，上传 的数据包含ID号，以识别数据的来源，在监测中心可通过识别ID号对所得数据进行分类分 析。传感器终端节点带有污水处理流程中所需的在线检测仪表，路由节点只负责数据的转 发。这两种节点构成的网络，允许节点可以自由加入和退出，实现整个无线监测网络的自组 织和自恢复，可以适合不同规模、分布的污水处理厂的需求。中心节点收集整个现场的数据，再通过RS485总线传递到PLC。PLC接收由无线传 感器网络收集到现场数据，以及和PLC连接的现场泵、阀、风机等现场执行机构工作状态， 根据已有的决策策略控制现场执行机构工作。同时，PLC将收到的数据，所作的决策告知由 PR0FIBUS总线相连的工业平板电脑，用户可以在工业平板电脑上观测到现场在线检测仪表 检测数据、现场执行机构工作工作状态，也可以修改PLC的决策策略，以便对污水处理厂处 理流程进行控制。
权利要求基于无线传感网络技术的污水处理监控装置，包括多个传感器终端节点、多个路由节点和一个中心节点，多个传感器终端节点分布在污水处理厂内污水处理过程的各个污水处理池中，多个路由节点分布在多个传感器终端节点之间，传感器终端节点与路由节点信号连接，路由节点与中心节点信号连接，嵌入式平板电脑通过可编程控制器与中心节点连接，其特征在于传感器终端节点包括在线检测仪表、信号采集M16单片机和无线收发模块；在线检测仪表与信号调理电路的输入端连接，信号调理电路的输出端通过模数转换电路与信号采集M16单片机连接，信号采集M16单片机与无线收发模块通过串口连接，无线收发模块上连接有终端天线；路由节点包括串口连接的信号中继M16单片机和路由通信模块，路由通信模块上连接有中继天线；中心节点包括与STM32单片机通过串口连接的无线通信模块、与STM32单片机通过IO口连接的按键模块和显示模块，STM32单片机连接有RS485总线接口，无线通信模块上连接有中心节点天线。
专利摘要本实用新型涉及一种基于无线传感网络技术的污水处理监控装置。目前污水处理通过有线方式进行监控，成本较高。本实用新型包括多个传感器终端节点、多个路由节点和一个中心节点。多个传感器终端节点分布在污水处理厂内污水处理过程的各个污水处理池中，多个路由节点分布在多个传感器终端节点之间，传感器终端节点与路由节点信号连接，路由节点与中心节点信号连接，嵌入式平板电脑通过可编程控制器与中心节点连接。本实用新型省去了布线的麻烦，可以随意更改网络规模、布局，后期维护也很方便，有利于提高污水处理的效率和效果。同时，可编程控制器可根据现场情况对污水处理进行集中控制，也可以通过平板电脑更改决策策略，优化控制。
文档编号H04W84/18GK201732089SQ20102020915
公开日2011年2月2日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者汤仲华, 高惠芳 申请人:杭州肯丘科技有限公司