申请日2010.10.22
公开(公告)日2016.08.10
IPC分类号G05B19/418; H04W84/18
摘要
本申请涉及一种基于无线传感器网络的水处理工程监控系统。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，限制了系统性能的进一步提高。本产品组成包括：中心控制系统(2)，所述的中心控制系统连接一组无线传感器网络节点(1)，所述的中心控制系统包括工控机(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系统监控。
摘要附图
权利要求书
1.一种基于无线传感器网络的水处理工程监控系统，其组成包括：中心控制系统，其特征是：所述的中心控制系统连接一组无线传感器网络节点，所述的中心控制系统包括工控机，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，经过系统软件分析处理后，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。
说明书
基于无线传感器网络的水处理工程监控系统
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系统。
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。传统的监控系统采用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“智能水处理系统自动控制装置”，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，对外围电路进行控制。
然而，PLC的数据处理能力有限，运行速度慢，限制了系统性能的进一步提高。而当前的许多监控系统采用单片机、ARM或者DSP作为系统的核心控制单元，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，增加了系统的维护成本。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，这都使系统的成本增加，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系统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系统，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系统，该系统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系统，其组成包括：中心控制系统，所述的中心控制系统连接一组无线传感器网络节点，所述的中心控制系统包括工控机，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系统，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系统的数据处理能力，降低了成本和开发周期，并大大提高了系统设计的灵活性，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，减少了整个系统的施工量，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系统发生故障的可能。整个系统具有自动化程度高、系统安全可靠、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。