申请日2016.08.02
公开(公告)日2018.02.09
IPC分类号G01N21/17; G01N29/02
摘要
本发明提供了一种基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统及方法，属于污水处理自动监测领域。该系统包括：前端数据检测系统、数据库处理系统、终端显示及报警系统;所述前端数据检测系统包括检测终端、控制和调试单元、数据发送单元;所述检测终端用于采集污水池中的数据，所述数据包括：光线强度和水中障碍物反射回来的距离值;所述控制和调试单元包括控制模块和调试模块;所述控制模块用于收集检测终端采集到的数据，并对数据进行整理，将多组数据合并起来形成待发送数据;所述调试模块用于显示调试信息和收集到的数据;所述数据发送单元用于将控制模块整理得到的待发送数据发送给数据库处理系统。
权利要求书
1.一种基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统，其特征在于：所述基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统包括：前端数据检测系统、数据库处理系统、终端显示及报警系统;
所述前端数据检测系统包括检测终端、控制和调试单元、数据发送单元;
所述检测终端用于采集污水池中的数据，所述数据包括：光线强度和水中障碍物反射回来的距离值;
所述控制和调试单元包括控制模块和调试模块;
所述控制模块用于收集检测终端采集到的数据，并对数据进行整理，将多组数据合并起来形成待发送数据;
所述调试模块用于显示调试信息和收集到的数据;
所述数据发送单元用于将控制模块整理得到的待发送数据发送给数据库处理系统;
所述数据库处理系统包括数据接收单元和数据处理单元;
所述数据接收单元与所述前端数据检测系统中的数据发送单元通过有线或无线连接，接收来自数据发送单元的数据;
所述数据处理单元对接收到的数据进行存储、分析和处理得到处理结果，将处理结果发送给终端显示及报警系统;并能够将数据上传到云端服务器进行大数据分析;
所述终端显示及报警系统通过有线或无线方式将处理结果发送给用户终端或者报警终端。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统，其特征在于：所述检测终端包括探测棒、光电传感器和超声波传感器;
在所述探测棒的外侧安装有至少一个光电传感盒，在光电传感盒内安装有一个光电传感器;
所述光电传感器的发射探头安装在所述光电传感盒内的一侧，光电传感器的接收探头安装在所述光电传感盒内的另一侧，发射探头发射出的光线被接收探头接收，用于获得污水池中的光线强度;
在所述探测棒的内侧的不同方向安装有至少一个超声波传感器，用于获得水中障碍物反射回来的距离值;
多个所述探测棒安装在污水 池中的不同位置处。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统，其特征在于：所述光电传感器的发射探头采用LED光源，所述接收探头采用光敏电阻。
4.根据权利要求3所述的基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统，其特征在于：所述光电传感盒包括：上部的封闭四棱锥体，中部的内收四棱锥以及底部的底板;
所述内收四棱锥上端面的面积大于其下端面的面积，其上端面与上部的封闭四棱椎体的下端面连接，下端面与底板连接;
在所述内收四棱锥的每个侧面上均设有多条缝隙，污泥涌起时通过各个缝隙进入光电传感盒内;
在所述底板上设有导流槽，污泥通过导流槽从光电传感盒中流出。
5.根据权利要求4所述的基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统，其特征在于：所述前端数据检测系统中的检测终端通过串口协议或者并口协议并配置可变波特率将采集到的数据发送给控制模块，所述数据发送单元通过有线或者无线方式将控制模块整理得到的待发送数据发送给数据库处理系统中的数据接收单元;
所述数据发送单元集成在所述控制模块的线路板上，通过控制模块的线路板上集成的有线端口或者扩展出来的无线端口发送数据。
6.根据权利要求5所述的基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统，其特征在于：所述调试模块采用LED模块直接显示如下信息：硬件连接是否正常、和数据库处理系统的连接是否正常、收集的数据是否合理。
7.根据权利要求6所述的基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统，其特征在于：所述用户终端包括计算机、笔记本电脑、PAD、手机;所述报警终端包括显示屏、LED屏、蜂鸣器、报警灯、状态指示灯。
8.一种利用权利要求1至7任一所述基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统实现的污泥状态实时监测和报警方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)对所述基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统进行上电自检;
(2)判断是否开始检测，如果是，则进入(3)，如果否，则继续等待，判断为自检结果异常，通过所述调试模块显示调试情况，进行检查并修复，然后返回(1);
(3)前端数据检测系统采集数据，并将数据发送到数据库处理系统;
(4)数据库处理系统接收数据，判断此数据是否有效，如果是，则进入(5)，如果否，则抛弃无用数据，然后返回(4);
(5)数据库处理系统对数据进行存储、分析和处理，并将处理结果通过终端显示及报警系统进行发布;
(6)结束。
9.根据权利要求8所述的污泥状态实时监测和报警方法，其特征在于：所述步骤(5)包括：
(51)利用压缩算法对接收到的数据进行存储;
(52)针对数据在污水涌泥发生时的不同特征进行自适应处理：根据预先设定的光电传感器的初始的清水阈值和浑浊阈值、超声波传感器的初始的清水阈值和浑浊阈值分别将光电传感器和超声波传感器采集到的数据分为清水时的连续数据和浑浊时的连续数据，然后分别对光电传感器采集到的数据和超声波传感器采集到的数据做如下处理：将清水时的连续数据和浑浊时的连续数据进行差值比较，得出中间值，然后通过二次线性插值的方法线性逼近得到新的清水阈值和浑浊阈值;
(53)将新接收的光电传感器的数据和超声波传感器的数据分别与光电传感器的新的清水阈值和浑浊阈值、超声波传感器的新的清水阈值和浑浊阈值进行比较，根据新接收的数据所处的范围判断污水状态，然后再将得到的污水状态整理成状态图，将原始数据、状态图以及所有历史曲线信息都统一存储到数据库中，并将状态图通过终端显示及报警系统进行发布。
10.根据权利要求9所述的污泥状态实时监测和报警方法，其特征在于：所述步骤(53)中的根据新接收的数据所处的范围判断污水状态是这样实现的：
如果新接收的数据位于清水阈值的偏差值范围之间，则判断污水状态为清水，如果新接收的数据位于浑浊阈值的偏差值范围之间，则判断污水状态为涌泥。
说明书
一种基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统及方法
技术领域
本发明属于污水处理自动监测领域，具体涉及一种基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统及方法。
背景技术
在污水处理厂中的污水池是通过有机泥来过滤污水中的杂质并净化，当有机泥失去活性无法吸收杂质，或者工艺处理不及时，或者遇到突发情况，例如上游进水带来大量污泥杂质等等情况时，污水池中会出现涌泥现象，即有机的污泥从水底翻腾起来，持续上升到水面，如果涌泥发生，就意味着未达标的清水从污水池中流出到自然环境内，会对自然环境造成污染。
目前污水处理厂中一般是通过人工监测沉淀池中的污泥的状态，但是由于蓄水池数量、水深和光线问题，很难做到实时和预见性的监测，比如晚上发生问题就很难被发现。国内也有采用进口超声波探头进行检测，每个大约150平方米的蓄水表面安装一个，定向、定点通过测试污泥的反馈得出污泥高度做出判定，但是此方法有以下不足：其一，可靠性不强，因为污泥情况变化完全可能不在一个具体探头所在的地方先发生;其二，成本很高，报价比较贵的原因是采用了进口的防水探头。
另外，目前污水处理厂中检测到的数据传输仅是有线数字显示，但是对收集的数据不存储、不处理、不统计。没有数据存储、处理和统计功能，就很难从中获取到经验数据和曲线，不能指导多个污水池、多厂联合监测的情况下如何提前采取行动以规避污泥翻起来。
综上所述，目前的检测系统和方法都无法实时、直观、有预测性、可靠地解决污水涌泥问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统及方法，能够实时且自适应地采集和处理各个污水池中的污泥状态的数据，并通过物联网进行准确预警和报警。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统，包括：前端数据检测系统、数据库处理系统、终端显示及报警系统;
所述前端数据检测系统包括检测终端、控制和调试单元、数据发送单元;
所述检测终端用于采集污水池中的数据，所述数据包括：光线强度和水中障碍物反射回来的距离值;
所述控制和调试单元包括控制模块和调试模块;
所述控制模块用于收集检测终端采集到的数据，并对数据进行整理，将多组数据合并起来形成待发送数据;
所述调试模块用于显示调试信息和收集到的数据;
所述数据发送单元用于将控制模块整理得到的待发送数据发送给数据库处理系统;
所述数据库处理系统包括数据接收单元和数据处理单元;
所述数据接收单元与所述前端数据检测系统中的数据发送单元通过有线或无线连接，接收来自数据发送单元的数据;
所述数据处理单元对接收到的数据进行存储、分析和处理得到处理结果，将处理结果发送给终端显示及报警系统;并能够将数据上传到云端服务器进行大数据分析;
所述终端显示及报警系统通过有线或无线方式将结果发送给用户终端或者报警终端。
所述检测终端包括探测棒、光电传感器和超声波传感器;
所述探测棒很长，方便插入较深的水中做检测。
在所述探测棒的外侧安装有至少一个光电传感盒，在光电传感盒内安装有一个光电传感器;
所述光电传感器的发射探头安装在所述光电传感盒内的一侧，光电传感器的接收探头安装在所述光电传感盒内的另一侧，发射探头发射出的光线被接收探头接收，用于获得污水池中的光线强度;
在所述探测棒的内侧不同方向安装有至少一个超声波传感器，用于获得水中障碍物反射回来的距离值;
多个所述探测棒安装在污水池中的不同位置处。
所述光电传感器的发射探头采用LED光源，所述接收探头采用光敏电阻。
所述光电传感盒包括：上部的封闭四棱锥体，中部的内收四棱锥以及底部的底板;
所述内收四棱锥上端面的面积大于其下端面的面积，其上端面与上部的封闭四棱椎体的下端面连接，下端面与底板连接;
在所述内收四棱锥的每个侧面上均设有多条缝隙，污泥涌起时通过各个缝隙进入光电传感盒内;
在所述底板上设有导流槽，污泥通过导流槽从光电传感盒中流出。
所述前端数据检测系统中的检测终端通过串口协议或者并口协议并配置可变波特率将采集到的数据发送给控制模块，所述数据发送单元通过有线或者无线方式将控制模块整理得到的待发送数据发送给数据库处理系统中的数据接收单元;
所述数据发送单元集成在所述控制模块的线路板上，通过控制模块的线路板上集成的有线端口或者扩展出来的无线端口发送数据。
所述调试模块采用LED模块直接显示如下信息：硬件连接是否正常、和数据库处理系统的连接是否正常、收集的数据是否合理。
所述用户终端包括计算机、笔记本电脑、PAD、手机;所述报警终端包括显示屏、LED屏、蜂鸣器、报警灯、状态指示灯。
一种利用所述基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统实现的污泥状态实时监测和报警方法包括：
(1)对所述基于物联网的污泥状态实时监测和报警系统进行上电自检;
(2)判断是否开始检测，如果是，则进入(3)，如果否，则继续等待，判断为自检结果异常，通过所述调试模块显示调试情况，进行检查并修复，然后返回(1);
(3)前端数据检测系统采集数据，并将数据发送到数据库处理系统;
(4)数据库处理系统接收数据，判断此数据是否有效，如果是，则进入(5)，如果否，则抛弃无用数据，然后返回(4);
(5)数据库处理系统对数据进行存储、分析和处理，并将处理结果通过终端显示及报警系统进行发布;
(6)结束。
所述步骤(5)包括：
(51)利用压缩算法对接收到的数据进行存储;
(52)针对数据在污水涌泥发生时的不同特征进行自适应处理：根据预先设定的光电传感器的初始的清水阈值和浑浊阈值、超声波传感器的初始的清水阈值和浑浊阈值分别将光电传感器和超声波传感器采集到的数据分为清水时的连续数据和浑浊时的连续数据，然后分别对光电传感器采集到的数据和超声波传感器采集到的数据做如下处理：将清水时的连续数据和浑浊时的连续数据进行差值比较，得出中间值，然后通过二次线性插值的方法线性逼近得到新的清水阈值和浑浊阈值;
(53)将新接收的光电传感器的数据和超声波传感器的数据分别与光电传感器的新的清水阈值和浑浊阈值、超声波传感器的新的清水阈值和浑浊阈值进行比较，根据新接收的数据所处的范围判断污水状态，然后再将得到的污水状态整理成状态图，将原始数据、状态图以及所有历史曲线信息都统一存储到数据库中，并将状态图通过终端显示及报警系统进行发布。
所述步骤(53)中的根据新接收的数据所处的范围判断污水状态是这样实现的：
如果新接收的数据位于清水阈值的偏差值范围之间，则判断污水状态为清水，如果新接收的数据位于浑浊阈值的偏差值范围之间，则判断污水状态为涌泥。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用本发明能够可靠实时地监测污水池中的涌泥情况，依照污水实际情况自适应采集整理数据，达到实时准确预警和报警的功能，具体如下：
1，相比于传统的人工监测和采用单个国外进口超声波系统，本发明为多方位(多组检测设备，每组设备数据通路相互独立)、多模式监测(数据组合处理)，采用的传感器均为国产部件和自制的传感器装置，具备检查维修方便、可靠性高、准确性高、成本低的优点。组合式采集数据设备可以根据客户具体情况，在不同深度，配置不同个数的组合，达到早期及时探测到污泥状态的效果;
2，本发明是智能物联网系统，即软硬件结合，实现网络数据连接通路:有线、无线或者短信通知的监测方式，可以通过PC，平板，手机等移动终端app或者软件实现实时监测;
3，收集的数据通过数据通路传送到服务器统一处理，运用自适应模式算法统计出来污水不同情况下的数据，根据设定模式进行不同方式的报警，比如灯闪、蜂鸣、显示端、或者短信息报警。另外收集的数据可以根据算法进行压缩处理，减少存储成本和方便历史数据查询，并且根据大数据信息统计、预测未来污水情况趋势;
4，所有数据由服务器端统一处理，可以实现多地、多厂的数据分析。