專利名稱：基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)的智能污水處理測(cè)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)的智能污水處理測(cè)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在污水處理廠內(nèi)，各種污水處理設(shè)備分布較分散。為監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，需要建立一套中央測(cè)控系統(tǒng)。這樣一個(gè)測(cè)控系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集和處理、數(shù)據(jù)通訊和中央測(cè)控等部分組成，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表檢測(cè)到的設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)經(jīng)過處理后通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上傳至中央監(jiān)控室，中央監(jiān)控室內(nèi)的運(yùn)行人員通過測(cè)控計(jì)算機(jī)監(jiān)視全廠設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行人員根據(jù)運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)發(fā)出各種測(cè)控指令，測(cè)控指令通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳到現(xiàn)場(chǎng)，控制設(shè)備的相應(yīng)動(dòng)作?，F(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)模擬量和開關(guān)量進(jìn)行測(cè)控，主要模擬量有流量信號(hào)、液位信號(hào)、壓力信號(hào)、閥門開度信號(hào)等，主要開關(guān)量信號(hào)有刮泥車和吸泥車的啟動(dòng)、停止、運(yùn)行、到位、故障及真空泵的工作狀態(tài)等等。這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與中央監(jiān)控室距離較遠(yuǎn)，目前大多數(shù)測(cè)控系統(tǒng)由分布式I/o完成檢測(cè)與控制，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與中央監(jiān)控室之間的數(shù)據(jù)交換大都采用網(wǎng)絡(luò)連接方式，在中央監(jiān)控室設(shè)置主站，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備作為從站掛在網(wǎng)上。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如附圖I所示。一個(gè)污水處理廠包括多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備作為I個(gè)從站連接到總線上。采用這樣連結(jié)方式，現(xiàn)場(chǎng)施工工程量很大，需要架設(shè)電纜和橋架，費(fèi)用較高，并且每個(gè)從站與主站之間采用有線連接，電纜容易損壞，維護(hù)起來比較麻煩。傳統(tǒng)的污水測(cè)控系統(tǒng)管理的主要工作之一就是鋪設(shè)電纜或是檢查電纜是否斷線這種耗時(shí)的工作，很容易令人煩躁，也不容易在短時(shí)間內(nèi)找出斷線所在。再者，由于配合企業(yè)及應(yīng)用環(huán)境不斷的更新與發(fā)展，原有的企業(yè)污水測(cè)控系統(tǒng)必須配合重新布局，需要重新安裝系統(tǒng)線路，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。雖然電纜本身并不貴，可是請(qǐng)技術(shù)人員來配線的人工成本不斷升高，尤其是老舊的系統(tǒng)升級(jí)，配線工程費(fèi)用就更高了。物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)采集需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體、過程及各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制。因此，針對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，架設(shè)我們提出的基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)智能污水處理測(cè)控解決方案就成為最佳解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提出一種新型的基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)的智能污水處理測(cè)控系統(tǒng)。具體如下基于ZIGBEE物聯(lián)網(wǎng)的智能污水處理測(cè)控系統(tǒng)，包括測(cè)控主站、多個(gè)測(cè)控從站；測(cè)控主站包括以下模塊無線通訊模塊、中央處理單元、監(jiān)視器；多個(gè)測(cè)控從站分別包括以下模塊無線通訊單元、數(shù)據(jù)采集和處理單元、控制單元、供電控制單元、設(shè)備測(cè)控單元、從站
管理器；、
數(shù)據(jù)采集和處理單元采集污水處理設(shè)備中多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，控制單元將上述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后通過兩個(gè)無線通訊模塊，輸出至中央處理單元，供電控制單元控制測(cè)控從站中各個(gè)部件的電源，設(shè)備測(cè)控單元檢測(cè)從站中各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的設(shè)備的工作狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，從站管理器根據(jù)上述工作狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)控制數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的設(shè)備的環(huán)境參數(shù)，如其工作溫度、濕度等；監(jiān)測(cè)器可實(shí)施觀察個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)；中央處理單元接收所述多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，作出判斷，并發(fā)出控制指令，控制污水處理設(shè)備的處理過程。進(jìn)一步地，還包括遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，所述測(cè)控主站還和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)連接，遠(yuǎn)程對(duì)污水處理過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和處理；進(jìn)一步地，多個(gè)測(cè)控從站測(cè)試每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的多個(gè)數(shù)據(jù)酸堿度、溶解氧、濁度、流量、溫度、液位、COD、pH值、泵閥狀態(tài)以及控制泵閥開關(guān)等。進(jìn)一步地，兩個(gè)所述無線通訊模塊分為CPU部分、射頻部分和外部信號(hào)接口三個(gè)部分；CPU部分由CC2430及其輔助電路組成；射頻部分主要由功率放大器和低噪聲放大器組成；外部信號(hào)接口，選擇可插拔、間距為I. 27mm的插針作為接插件。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明所構(gòu)建的ZigBee網(wǎng)絡(luò)線型為發(fā)散的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，可以根?jù)實(shí)際的組網(wǎng)需要，設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)采用多跳式路由通信，成本低，功耗低，網(wǎng)絡(luò)容量大，傳輸物理空間大。污水處理過程中，pH值、酸堿度、COD等參數(shù)反映了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，本系統(tǒng)與污水處理的控制模型與系統(tǒng)相結(jié)合，可實(shí)時(shí)監(jiān)控污水處理過程中的各項(xiàng)參數(shù)，及時(shí)對(duì)處理過程做出調(diào)整，達(dá)到節(jié)能、節(jié)水、清潔生產(chǎn)的效果，實(shí)現(xiàn)零排放與沼氣回收利用等環(huán)保新技術(shù)的可靠實(shí)施。與傳統(tǒng)通訊方案相比，該方案在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和中央監(jiān)控室間采用了無線通訊方式，具有傳輸距離長(zhǎng)、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、節(jié)省電纜、建造和維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)中的污水處理設(shè)備檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。圖2是本發(fā)明的基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)的智能污水處理測(cè)控系統(tǒng)。圖3是本發(fā)明的通訊模塊的電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。如圖2所示，本發(fā)明的測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由以下幾個(gè)部分組成，測(cè)控主站I、多個(gè)測(cè)控從站2、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)3。測(cè)控主站I包括以下模塊無線通訊模塊、中央處理單元、監(jiān)視器；多個(gè)測(cè)控從站2分別包括以下模塊無線通訊單元、數(shù)據(jù)采集和處理單元、控制單元、供電控制單元、設(shè)備測(cè)控單元、從站管理器。數(shù)據(jù)采集和處理單元采集污水處理設(shè)備中多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，控制單元將上述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后通過無線通訊模塊，輸出至中央處理單元，供電控制單元控制測(cè)控從站中各個(gè)部件的電源，設(shè)備測(cè)控單元檢測(cè)從站中各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的設(shè)備的工作狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，從站管理器根據(jù)上述工作狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)控制數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的設(shè)備的環(huán)境參數(shù)，如其工作溫度、濕度等；監(jiān)測(cè)器可實(shí)施觀察個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)。
中央處理單元接收所述多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，作出判斷，并發(fā)出控制指令，控制污水處理設(shè)備的處理過程。所述測(cè)控主站I還和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)3連接，遠(yuǎn)程對(duì)污水處理過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和處理。如圖2所示，本發(fā)明中有多個(gè)測(cè)控從站2，其可以測(cè)試多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的多個(gè)數(shù)據(jù)，如酸堿度、溶解氧、濁度、流量、溫度、液位、COD、pH值等參數(shù)。本發(fā)明中的測(cè)控主站I和測(cè)控從站2的無線通訊模塊電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示。該無線通訊模塊主要分為CPU部分、射頻部分和外部信號(hào)接口三個(gè)部分。圖3所示是CPU部分的主要電路，它由CC2430及其輔助電路組成；射頻部分主要由功率放大器(PA)和低噪聲放大器(LNA)組成；外部信號(hào)接口，在設(shè)計(jì)上為了通用，接插件的選擇也至關(guān)重要，為了方便模塊的替換，選擇可插拔、間距為I. 27_的插針作為接插件。它對(duì)下主要負(fù)責(zé)與傳感器等外部具體感知單元的接口處理；對(duì)上它負(fù)責(zé)發(fā)送上層命令(如查詢、分配ID 地址等)，接收節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求和數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)融合、請(qǐng)求仲裁和路由選擇功能，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最重要的一部分。在外部信號(hào)接口部分，我們針對(duì)各類傳感器及其儀表進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了 (T20mA，4 20mA，0 5V，-5疒+5V，I/O in, I/O out, RS232/RS485, TTL 等多種通用接口電路，以滿足各類傳感器及其儀表不同形式的接口要求，努力做到通用性。構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)就是解決廠區(qū)內(nèi)設(shè)備間的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)我們做了多種備選方案1.基于ZigBee方式；2.基于GPRS/CDMA方式；3.基于WLAN方式；4.基于電纜/光纖方式。在表I中我們做了比較說明；可以發(fā)現(xiàn)基于ZigBee方式構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互通是最優(yōu)的。表I :ZigBee物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)表
權(quán)利要求
1.基于ZIGBEE物聯(lián)網(wǎng)的智能污水處理測(cè)控系統(tǒng)，包括測(cè)控主站、多個(gè)測(cè)控從站；其特征在于測(cè)控主站包括以下模塊無線通訊模塊、中央處理單元、監(jiān)視器；多個(gè)測(cè)控從站分別包括以下模塊無線通訊單元、數(shù)據(jù)采集和處理單元、控制單元、供電控制單元、設(shè)備測(cè)控單元、從站管理器； 數(shù)據(jù)采集和處理單元采集污水處理設(shè)備中多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，控制單元將上述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后通過兩個(gè)無線通訊模塊，輸出至中央處理單元，供電控制單元控制測(cè)控從站中各個(gè)部件的電源，設(shè)備測(cè)控單元檢測(cè)從站中各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的設(shè)備的工作狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，從站管理器根據(jù)上述工作狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)控制數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的設(shè)備的環(huán)境參數(shù)，如其工作溫度、濕度等；監(jiān)測(cè)器可實(shí)施觀察個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)；中央處理單元接收所述多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，作出判斷，并發(fā)出控制指令，控制污水處理設(shè)備的處理過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于還包括遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，所述測(cè)控主站還和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)連接，遠(yuǎn)程對(duì)污水處理過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于多個(gè)測(cè)控從站測(cè)試每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的多個(gè)數(shù)據(jù)酸堿度、溶解氧、濁度、流量、溫度、液位、COD、pH值、泵閥狀態(tài)以及控制泵閥開關(guān)坐寸o
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于兩個(gè)所述無線通訊模塊分為CPU部分、射頻部分和外部信號(hào)接口三個(gè)部分；CPU部分由CC2430及其輔助電路組成；射頻部分主要由功率放大器和低噪聲放大器組成；外部信號(hào)接口，選擇可插拔、間距為I. 27mm的插針作為接插件。
全文摘要
基于ZIGBEE物聯(lián)網(wǎng)的智能污水處理測(cè)控系統(tǒng)，包括測(cè)控主站、多個(gè)測(cè)控從站；其特征在于測(cè)控主站包括以下模塊無線通訊模塊、中央處理單元、監(jiān)視器；多個(gè)測(cè)控從站分別包括以下模塊無線通訊單元、數(shù)據(jù)采集和處理單元、控制單元、供電控制單元、設(shè)備測(cè)控單元、從站管理器。本發(fā)明可以根據(jù)實(shí)際的組網(wǎng)需要，設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；成本低，功耗低，網(wǎng)絡(luò)容量大，傳輸物理空間大。可實(shí)時(shí)監(jiān)控污水處理過程中的各項(xiàng)參數(shù)，及時(shí)對(duì)處理過程做出調(diào)整，達(dá)到節(jié)能、節(jié)水、清潔生產(chǎn)的效果，實(shí)現(xiàn)零排放與沼氣回收利用等環(huán)保新技術(shù)的可靠實(shí)施。與傳統(tǒng)通訊方案相比，該方案在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和中央監(jiān)控室間采用了無線通訊方式，具有傳輸距離長(zhǎng)、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、節(jié)省電纜、建造和維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04W84/18GK102759914SQ20121024317
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者杜紅楓, 賀延齡, 郭俊杰 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)