基于物联网的污水处理监测系统的研究与设计

2018-02-02许志广庞维亮程丹丹

资源节约与环保 2018年4期

许志广庞维亮程丹丹

（1天津职业技术师范大学天津 300222 2天津市环境保护科学研究院天津 300191）

1 引言

我国在污水处理方面利用自动化控制发展的相对较晚，在20世纪的中期，污水处理行业才逐渐的把自动控制技术引进到设备设计中，其推广速度比较缓慢，一直到20世纪的后期，自动化控制技术在这一行业才受到广泛的关注。近几年来，由于信息技术的不断完善，自动控制技术在我国得到了快速的发展，提高了国家的经济效益。

2 污水物联网监测系统设计方案

在国家大力整治的污水治理项目中，所涉及的污水处理无线监测系统，较多必需无人值守设备或监测点，不适合搭建有线通讯网络，若采用光纤或电台的方式实现无线通讯，不仅设备投入耗资巨大，而且不适应移动的需要，新一代GPRS移动通讯业务的产生和全面投入，高速的数据传输和永远在线的特点，配合按流量收费的资费方式，使GPRS通讯在污水处理无线监控系统中的应用具有无可比拟的性价比优势。

本系统通过将数据无线传送远端固定IP的服务器，服务器程序进行数据的接收、分析、存储、转发处理，根据数据情况将输入点和输出点的状态传送到专业人员的手机上，通过无线远程智能诊断平台为现场运维提供可靠的技术支持，保障污水处理系统的稳定性，有效降低运维成本。

3 污水物联网监测系统应用技术

3.1 硬件选择与设计

（1）S7-200PLC控制系统

在本系统设计中采用的是西门子公司的S7-200系列的PLC作为设备的核心控制器，其外部I/O口比较充足，能够满足各种工业控制的需求。在通讯方面，S7-200PLC可以通过自身的485接口与其它的微处理器进行通讯。

（2）STC12C5A60S2单片机

S7-200PLC控制器与STC12C5A60S2单片机进行通讯，此单片机是基于51内核的8位宽微处理器，在单片机的内部包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时器、计数器、以及多种I/O接口电路。在芯片制造上用的是COMS工艺，这种制造工艺使得生产的处理芯片功耗非常低，仅有120mW的能量损耗，非常适合本系统的通讯要求。

（3）RS485串口通讯模块

PLC与单片机通讯是采用的工业当中常用的RS485串口通讯方式。数据传输网络采用主从通讯方式。

（4）GSM无线通讯模块

无线通讯端采用的是GSM900A无线通讯模块，此模块具有短信收发、GPRS数据通讯、语音通话等功能，在传统的工业控制领域应用非常广泛，其功耗低、体积小、使用方便等特点，得到了人们的肯定。在本课题的设计中，利用的TCP通讯协议来进行数据的传输，通过STC80C51单片机把接收到的PLC的数据进行计算处理以后，由单片机的UART串口将处理后的数据发送给GSM900A模块，再通过模块上的天线发送给服务器，这样就能做到数据实时的监控。

3.2 软件系统设计

（1）PLC软件程序设计

PLC程序的设计是根据现场设备的具体要求而设计的，通过程序的设定而控制实际的运行设备，其主要是控制电机或是水泵的工作状态。在本课题的设计中主要是对以下几个方面的进行控制，包括出水提升泵控制、机械格栅控制、搅拌器控制、除臭系统控制、废水提升泵控制、加药泵控制、搅拌泵控制、次氯酸钠卸料泵控制、鼓风机控制、数据传输控制等。

（2）单片机软件设计

单片机软件设计部分主要是数据之间的通讯处理，即PLC自动控制的实时数据由单片机的串口传送给单片机，经过单片机计算处理之后再由另外一个串口发送出去。在数据接收端为了保证数据的完整性，程序中设计了CRC校验，这样接收到的数据信息与传送的数据一一对应，确保了数据不被丢失。程序设计时主要包括：程序的系统模块的初始化、开启中断、数据接收、CRC校验、数据处理、数据发送等。

（3）GSM通讯模块程序设计

GSM通讯模块的程序设计是整个软件设计的核心，主要是通过无线通讯模块把现场实时的数据信息发送到服务器端。其软件设计包括：系统的初始化、开启GSM、打开串口中断、读取数据信息、检测数据数据是否完整、发送AT指令、发送监控数据等。