CN101995865B - 基于无线传感器网络的水处理工程监控*** - Google Patents
基于无线传感器网络的水处理工程监控*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN101995865B CN101995865B CN201010515846.0A CN201010515846A CN101995865B CN 101995865 B CN101995865 B CN 101995865B CN 201010515846 A CN201010515846 A CN 201010515846A CN 101995865 B CN101995865 B CN 101995865B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- data
- control
- data acquisition
- sensor network
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]
Landscapes
- Selective Calling Equipment (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
本申请涉及一种基于无线传感器网络的水处理工程监控***。目前的污水处理设备利用PLC的数据处理能力有限,运行速度慢,限制了***性能的进一步提高。本产品组成包括:中心控制***(2),所述的中心控制***连接一组无线传感器网络节点(1),所述的中心控制***包括工控机(6),所述的工控机连接无线传感器主站(7),所述的无线传感器网络节点包括数据采集模块(3),所述的数据采集模块连接数据处理和控制模块(4),所述的数据处理和控制模块连接通信模块(5)。本产品用于污水处理设备的***监控。
Description
技术领域:
本发明涉及一种基于无线传感器网络的水处理工程监控***。
背景技术:
污水处理具有处理工艺复杂、连续生产、多采集变量、干扰多等特点。传统的监控***采用PLC或嵌入式处理器作为控制单元,对各设备进行数据采集与控制。例如专利公开号为200951966的实用新型“智能水处理***自动控制装置”,以PLC作为控制核心,在各个设备上安装信号传输控制阀,PLC负责将控制信号送至各个设备。而专利公开号为2511977的实用新型“水厂水质多参数在线测量监控装置”,以单片微机作为控制核心,对***电路进行控制。
然而,PLC的数据处理能力有限,运行速度慢,限制了***性能的进一步提高。而当前的许多监控***采用单片机、ARM或者DSP作为***的核心控制单元,虽说应用广泛,技术比较成熟,但也存在着开发周期长、成本高、设计灵活性不强等弊端,且I/O资源有限,不利于升级换代。
目前我国的大型水厂凭借着雄厚的资金基础,可以引进国外的先进设备,已基本实现水处理的自动化控制。但对于中小型水厂而言,资金有限,无法承受引进国外设备的高成本和高维修费用,这就造成中小型水厂的自动化程度不高,生产效率低,维护困难的现状,因此急需新技术来降低成本,提高效率,以满足中小型水厂的需求。
水厂各设备车间相距较远,因此如何实现远程通信是另一个值得关注的问题。传统的数据传输采用各种现场总线,需要对现场走线进行施工,安装不便。由于化学药品的腐蚀,造成总线老化短路,给工作人员的检修带来了很大的不便,增加了***的维护成本。并且在偏僻地区布线困难,易被雷击,容易受到人为偷盗等因素的破坏,这都使***的成本增加,可靠性下降。
发明内容:
本发明的目的是针对上述现有污水处理监控***所存在的问题提供一种基于无线传感器网络的水处理工程监控***,实时性、智能化、灵活性强、可靠性高、性价比高的污水处理监控***,该***可以实时监控水厂各设备的工作状态,并在中控室计算机上显示出来,经软件分析处理,发送控制命令实现远程控制。
上述的目的通过以下的技术方案实现:
基于无线传感器网络的水处理工程监控***,其组成包括:中心控制***,所述的中心控制***连接一组无线传感器网络节点,所述的中心控制***包括工控机,所述的工控机连接无线传感器主站,所述的无线传感器网络节点包括数据采集模块,所述的数据采集模块连接数据处理和控制模块,所述的数据处理和控制模块连接通信模块。
所述的基于无线传感器网络的水处理工程监控***,所述的数据采集模块包括以FPGA9作为控制核心,并在其中定制Nios II软核处理器,所述的FPGA9控制核心分别连接数字输入模块、数字输出模块、模拟输入模块、模拟输出模块。
有益效果:
本发明实现了对水厂各设备的实时监测和控制功能,FPGA在数据采集模块以及数据处理和控制模块中的使用增强了***的数据处理能力,降低了成本和开发周期,并大大提高了***设计的灵活性,有利于今后的扩展升级。而采用无线传感器网络进行远程数据传输,则避免采用大量总线和电气配管,减少了整个***的施工量,也减少了总线由于腐蚀、雷击、人为偷盗等因素受到破坏而导致***发生故障的可能。整个***具有自动化程度高、***安全可靠、性价比高、灵活性和扩展性强、易于维护的优点,便于在中小型水厂和偏远地区进行推广和使用。
其他记载在说明书实施例部分的优点和特点这里不再重复。
附图说明:
附图1为本发明的结构示意图。
附图2为数据采集模块的结构框图。
附图3为Nios II***的整体结构框图。
附图4为数据处理和控制模块4的结构框图。
附图5为数据采集模块的程序流程图。
具体实施方式:
实施例1:
如图1所示,本发明的监控***由无线传感器网络节点1和中心控制***2组成。所述无线传感器网络节点1作为无线传感器从站,由数据采集模块3、数据处理和控制模块4、通信模块5组成。其中数据采集模块3以FPGA作为核心处理器,有数字输入、数字输出、模拟输入、模拟输出四种子模块,可实现对数字量和模拟量的采集和输出,通过CAN总线与数据处理和控制模块4通信;数据处理和控制模块4为每个节点的主控制单元,采用内部定制Nios II软核处理器的FPGA作为控制核心,负责控制各个数据采集子板,采集水厂设备8的实时状态信息,并向无线传感器主站7发送;通信模块5通过TCP/IP与数据处理和控制模块4相连,采用无线网桥进行数据通信。中心控制***2主要由工控机6和加强型无线传感器主站7组成。工控机6根据接收到的信号,经过***软件分析处理后,发送控制命令,由无线传感器网络节点1控制设备8的启动停止,实现整个水厂的自动化控制。
实施例2:
数据采集模块的结构框图如图2所示,以FPGA9作为控制核心,并在其中定制Nios II软核处理器,控制各个数据采集子模块。在一块数据采集板上同时包括数字输入模块10、数字输出模块11、模拟输入模块12、模拟输出模块13四种数据采集子模块。其中,数字输入模块10和数字输出模块11相对比较简单,都仅由光耦14组成,光耦14的加入可以实现高压设备和低压设备的隔离,防止高压击穿损坏低压设备及相互干扰。模拟输入模块12主要用来采集代表设备状态的各种模拟量,如原水流量、PH值、温度、浊度等。为了实现利用单一的A/D转换器对多路模拟量进行采集,这里选用模拟多路开关15来解决这一问题。在经过模拟低通滤波器16的滤波后,将所得信号送入到ADC芯片17中进行AD转换,这里ADC芯片17采用采样精度为14位的LTC1418,采样速率为200ksps,输出可配置成串行或并行输出,输入电压范围为±2.048V,可满足对水厂信号的采集与转换。模拟输出模块13用来输出相应的模拟量,来对设备进行控制,如控制计量泵的频率、控制加氯机调开/调关的角度等。参考电压生成电路19用来生成DAC芯片18所需的参考电压,DAC输出电压范围为±10V。FPGA9的***电路包括用于存储程序和数据的SDRAM存储器20和FLASH存储器21,以及用于供电的电源模块22和用于下载程序的USB BLASTER电路23。
实施例3:
Nios II***的整体结构框图如图3所示,Nios II处理器24选用快速型NiosII处理器,以达到更快的速度,JTAG调试模块25用于与软件调试器之间的JTAG连接,片上存储器26可以配置成RAM或ROM,体积比较小,运行速度比较快,用于调试较小的程序。SDRAM控制器27为FPGA片外SDRAM提供一个Avalon接口,处理SDRAM的协议请求。与片外存储器相连的三态桥28提供片外存储器与FPGA之间连接的渠道,定时器29用作***时钟定时器,提供时钟中断。***采用两个SPI核30,一个用来采集AD转换后的数据,一个用来控制CAN控制器,实现CAN通信。UART31作为常用的串行通信方式,用于程序调试和数据输出,另外采用一些GPIO32作为数据端口和控制端口。最后,***中还加入了一些用户自定义逻辑33。
实施例4:
数据处理和控制模块4的结构框图如图4所示,处理器采用FPGA,内部定制Nios II处理器,外接存储设备包括SDRAM存储器20和Flash存储器21,用于存储程序和数据。此外,电源模块22用于向FPGA提供电源,无线以太网通信模块34则提供了FPGA与无线网桥的通信接口。FPGA通过CAN总线与各个数据采集模块3通信,数据处理和控制模块4与数据采集模块3均引出三条线连到CAN总线的CANH、CANL和CGND上,对于每一个连到数据处理和控制模块4上的数据采集模块3,均引出一条线作为中断返回,用以返回应答信号,申请中断。数据处理和控制模块4负责收集各个数据采集模块3的信息,作出相应处理,以减少无线通信模块的负荷。
实施例5:
数据采集模块3的程序流程图如图5所示,通过在Nios II***中移植μC/OS II操作***,使***具备实时多任务的处理能力。程序首先进行操作***初始化,然后进行CAN初始化,创建邮箱和任务,并开始多任务调度。***通过中断相应主机命令,这里主机是指数据处理和控制模块4。如果命令是数字输入,先读取采集的通道号,确定采集哪一路数字信号,然后读取相应管脚的值并发送到主机。如果命令是数字输出,先从主机获取需要输出的新数据,在这里加入了一个比较判断,比较新数据是否与当前设备的数据相同,只有不同时才更新输出引脚的值。如果命令是模拟输入,首先从主机获取通道信息,并设置可编程增益放大器的增益,然后开启AD转换,等待转换结束读取数据并发回主机。如果命令是模拟输出,先读取主机发送的数据长度,即主机要发送几个通道的数据,然后选择通道并获取数据,开始DA转换,待发送完全部通道数据后结束此次命令。如果命令不是上述四种命令的任何一种,则认为是错误命令,输出警报信息,程序结束。待确定主机发送完全部命令后,程序结束。
监控软件是安装在中控室工业控制计算机上24小时运行的核心部分,通过软件可对采集的数据进行分析处理,直观的看到总的生产流程,并产生相应的控制命令。***软件主要由工艺流程状态监测、主站巡检模块、本地配置模块、监控日志/维修日志/报表、历史数据查询等五个模块组成。
Claims (1)
1.一种基于无线传感器网络的水处理工程监控***,其组成包括:中心控制***,其特征是:所述的中心控制***连接一组无线传感器网络节点,所述的中心控制***包括工控机,所述的工控机连接无线传感器主站,所述的无线传感器网络节点包括数据采集模块,所述的数据采集模块连接数据处理和控制模块,所述的数据处理和控制模块连接通信模块;
所述的数据采集模块包括以
FPGA
作为控制核心,并在其中定制
Nios II
软核处理器,所述的
FPGA
控制核心分别连接数字输入模块、数字输出模块、模拟输入模块、模拟输出模块,实现对数字量和模拟量的采集和输出,通过
CAN
总线与数据处理和控制模块通信;
数据处理和控制模块为每个节点的主控制单元,采用内部定制
Nios II
软核处理器的
FPGA
作为控制核心,负责控制各个数据采集子板,采集水厂设备的实时状态信息,并向无线传感器主站发送;
通信模块通过
TCP/IP
与数据处理和控制模块相连,采用无线网桥进行数据通信;工控机根据接收到的信号,经过***软件分析处理后,发送控制命令,由无线传感器网络节点控制设备的启动停止,实现整个水厂的自动化控制;
数据采集模块以
FPGA
作为控制核心,并在其中定制
Nios II
软核处理器,控制各个数据采集子模块,在一块数据采集板上同时包括数字输入模块、数字输出模块、模拟输入模块、模拟输出模块四种数据采集子模块,其中,数字输入模块和数字输出模块由光耦组成,光耦的加入实现高压设备和低压设备的隔离,防止高压击穿损坏低压设备及相互干扰;
所述的数据处理和控制模块还包括:
外接存储设备包括
SDRAM
存储器和
Flash
存储器,用于存储程序和数据;此外,电源模块用于向
FPGA
提供电源,无线以太网通信模块则提供了
FPGA
与无线网桥的通信接口;
FPGA
通过
CAN
总线与各个数据采集模块通信,数据处理和控制模块与数据采集模块均引出三条线连到
CAN
总线的
CANH
、
CANL
和
CGND
上,对于每一个连到数据处理和控制模块上的数据采集模块,均引出一条线作为中断返回,用以返回应答信号,申请中断,数据处理和控制模块负责收集各个数据采集模块的信息,作出相应处理,以减少无线通信模块的负荷。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201010515846.0A CN101995865B (zh) | 2010-10-22 | 2010-10-22 | 基于无线传感器网络的水处理工程监控*** |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201010515846.0A CN101995865B (zh) | 2010-10-22 | 2010-10-22 | 基于无线传感器网络的水处理工程监控*** |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101995865A CN101995865A (zh) | 2011-03-30 |
CN101995865B true CN101995865B (zh) | 2016-08-10 |
Family
ID=43786125
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201010515846.0A Expired - Fee Related CN101995865B (zh) | 2010-10-22 | 2010-10-22 | 基于无线传感器网络的水处理工程监控*** |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101995865B (zh) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102193547A (zh) * | 2011-04-09 | 2011-09-21 | 太原罗克佳华工业有限公司 | 脱硫排污总量实时物料衡算***的控制电路 |
CN102202096A (zh) * | 2011-05-23 | 2011-09-28 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于3g的无线远程监控*** |
CN102568105A (zh) * | 2011-12-28 | 2012-07-11 | 中国计量学院 | 基于ic卡管理的污水排放总量控制器 |
CN102591284B (zh) * | 2012-02-20 | 2013-12-04 | 哈尔滨工业大学 | 基于无线传感网络的污水处理工程监控*** |
CN102629127A (zh) * | 2012-03-31 | 2012-08-08 | 东莞市汇赋市政工程有限公司 | 城市供水远程监控*** |
CN105629824A (zh) * | 2014-11-28 | 2016-06-01 | 上海航空电器有限公司 | 双can通信式多路告警处理模块 |
CN104601730B (zh) * | 2015-02-11 | 2017-09-12 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种嵌入式远程实时记录*** |
CN104601599B (zh) * | 2015-02-11 | 2017-10-20 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种基于tcp/ip的嵌入式高速实时数据并发*** |
CN104820408A (zh) * | 2015-03-18 | 2015-08-05 | 成都吉普斯能源科技有限公司 | 多输入端模拟量采集控制*** |
CN104896486A (zh) * | 2015-04-08 | 2015-09-09 | 国家电网公司 | 煤矸石回烧炉装置的控制电路 |
CN104786347B (zh) * | 2015-04-29 | 2017-03-08 | 贵州省建筑材料科学研究设计院有限责任公司 | 一种紧凑型真空挤砖机的控制*** |
CN104950711A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-09-30 | 滁州市西控电子有限公司 | 一种污水处理控制*** |
CN107162174A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-09-15 | 哈尔滨工程大学 | 基于stm32单片机的新型智能化船舶生活污水处理控制*** |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1625110A (zh) * | 2004-09-08 | 2005-06-08 | 袁忠浩 | 环保水质远程监控报警*** |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101051183B1 (ko) * | 2011-03-08 | 2011-07-21 | (주)대청시스템스 | 스포트를 이용한 수처리장 여과지 감시제어 시스템 |
-
2010
- 2010-10-22 CN CN201010515846.0A patent/CN101995865B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1625110A (zh) * | 2004-09-08 | 2005-06-08 | 袁忠浩 | 环保水质远程监控报警*** |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101995865A (zh) | 2011-03-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101995865B (zh) | 基于无线传感器网络的水处理工程监控*** | |
CN202794979U (zh) | 一种智能增压供水远程监控*** | |
CN204215218U (zh) | 一种基于智能监控的污水处理*** | |
CN110825013A (zh) | 智能远程监测预警与控制终端 | |
CN201765497U (zh) | 煤矿污废水处理综合监控信息*** | |
CN109582636B (zh) | 一种基于dsp的配电装置的数据采集处理方法 | |
CN201163782Y (zh) | 用于epa/hart互连的智能网关 | |
CN101908029A (zh) | 用于处理来自多个断路器的并行数字输入信号的装置和方法 | |
CN203178820U (zh) | 基于arm的嵌入式液位监控装置 | |
CN107608278A (zh) | 供水管道控制设备及带有该设备的供水管网互联控制*** | |
CN103595690A (zh) | 基于arm的多串口通信协议转换器 | |
CN203149352U (zh) | 轻质碳酸钙生产的集散控制*** | |
CN202120103U (zh) | 用于生产过程自动化的集散控制*** | |
CN103730960A (zh) | 一种电力电源***的通信***及通信方法 | |
CN207020660U (zh) | 一种***通讯模块 | |
CN204203718U (zh) | 基于Arduino的PLC无线控制*** | |
CN214372621U (zh) | 一种基于物联网的工业过滤器控制*** | |
CN213585813U (zh) | 一种园区企业端多能数据采集网关 | |
CN110505133A (zh) | 传感器信号采集器 | |
CN210402694U (zh) | 一种光伏智能数据采集器 | |
CN207408776U (zh) | 供水管道控制设备及带有该设备的供水管网互联控制*** | |
CN208110362U (zh) | 一种智能仪表采集子站 | |
CN203012472U (zh) | 用在医疗废弃物处理设备运行参数的远程监控及维护装置 | |
CN208038453U (zh) | 一种牦牛奶的乳酸菌发酵装置 | |
CN208156496U (zh) | 一种发电厂现场总线控制*** |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160810 Termination date: 20191022 |