CN103529812A - 一种农村微动力远程水质监测与设备控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农村微动力远程水质监测与设备控制器，主要包括数据处理中心、数据采集终端及设备控制终端三部分。数据处理中心负责监测数据的预处理、计算、数据缓存及数据传输、控制逻辑及控制算法运算、控制指令生成与下达；数据采集终端分别通过相应的数据采集探头及监测器获取水质及设备运行状态的监测数据；设备控制终端负责设备控制指令的执行。本发明集成了3G网络通信、水质自动监测、设备智能控制功能，具有智能化程度高、集成度高、安装简单、成本低的特点，有效解决了现有水质监测和设备控制存在的设备安装复杂、成本高、集成度低的问题。

Description

一种农村微动力远程水质监测与设备控制器

技术领域

本发明涉及一种远程水质监测与设备控制器，尤其涉及一种农村微动力远程水质监测与设备控制器。

背景技术

微动力污水处理设施主要适用于农村生活污水的处理，多分布于交通不便的偏远农村，具有处理吨位小、建设成本低、量大且分散的特点。为实现对各分散式农村微动力污水处理站点的长效运营管理、降低运营成本、保证出水水质达标排放，需有专门的监测设备对出水水质和设备运行状态进行远程监测，专门的设备控制器对设备进行远程控制。

现有水质监测和设备控制方案多采用在微动力污水处理站点安装PLC和相应的水质监测仪器实现污水处理设备的自动控制和出水水质的自动监测，通过安装相应的数据处理和通信装置实现监测数据的远程传输。具有设备安装复杂、成本高、集成度低的特点，不适宜于大范围应用。

发明内容

鉴于上述原因，本发明提供一种农村微动力远程水质监测与设备控制器，以解决现有水质监测和设备控制方案存在的设备安装复杂、成本高、集成度低的问题。

为实现上述目的，提出的解决方案如下：

一种农村微动力远程水质监测与设备控制器，包括：

数据处理中心；

与数据处理中心相连的数据采集终端，用于采集出水水质和设备运行数据；

与数据处理中心相连的设备控制终端，用于执行控制指令对设备进行控制；

数据处理中心，用于对采集数据进行处理和传输，生成设备控制指令。

所述数据处理中心包括用于对采集数据进行预处理的数据预处理单元、用于设备控制指令生成的设备控制指令生成器、用于中央数据处理的嵌入式数据处理器、用于存储设备控制算法及数据缓存的数据存储器、用于远程无线数据通信的通信单元、用于数据显示和系统设置的液晶触摸屏；上述通信单元优选3G模式。

所述数据采集终端与数据处理中心通过RS485/RS232接口相连，用于采集出水水质和设备运行数据；包括用于采集水质数据的PH感知探头、DO感知探头、ORP感知探头、温度感知探头；用于采集设备运行状态的污水泵监测器、曝气机监测器、回流泵监测器；用于测量水位高低的浮球液位感应器。

所述设备控制终端与数据处理中心通过RS485/RS232接口相连，用于执行控制指令对设备

进行控制，包括污水泵控制响应器、曝气机控制响应器、回流泵控制响应器。

由上述方案可知，本发明公开的农村微动力远程水质监测与设备控制器将水质、设备运行监测以及设备控制功能集成在同一仪器中。水质和设备运行监测以及设备控制时，只需在出水口放置水质监测探头、浮球液位感应器，并在设备上安装监测器和控制响应器，接线到农村微动力远程水质监测与设备控制器，即可实现水质、设备运行状态的远程监测以及设备的远程控制，解决了现有方案存在的设备安装复杂、成本高、集成度低的问题。

附图说明

图1为本发明实施例公开的一种农村微动力远程水质监测与设备控制器的结构框图。

1：数据采集终端；11：PH感知探头；12：DO感知探头；13：ORP感知探头；14：温度传感器；15：浮球液位感应器；16：污水泵监测器；17：曝气机监测器；18：回流泵监测器。2：设备控制终端；21：污水泵控制响应器；22：曝气机控制响应器；23：回流泵控制响应器。3：数据处理中心；31：RS485/RS232接口；32：数据预处理单元；33：嵌入式数据处理器；34：设备控制指令生成器；35：数据存储器；36：通信单元；37：液晶触摸屏。

图2为本发明实施例公开的一种农村微动力远程监控系统的程序流程图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种农村微动力远程水质监测与设备控制器，以解决现有水质监测和设备控制存在的设备安装复杂、成本高、集成度低的问题。

如图1所示，本实施例公开的农村微动力远程水质监测与设备控制器，包括：

数据处理中心3；

包括与数据采集终端1和设备控制终端2连接的RS485/RS232接口31、对采集数据预处理的数据预处理单元32、对预处理后的采集数据做进一步综合运算的嵌入式数据处理器33、用于生成设备控制指令的设备控制指令生成器34、用于存储设备控制算法及数据缓存的数据存储器35、用于数据传输和通信的通信单元36、用于设备状态显示及系统设置的液晶触摸屏37。

与数据处理中心3通过RS485/RS232接口31连接的、用于控制污水处理设备运行的设备控制终端2；

包括执行污水泵控制指令的污水泵响应器21、执行曝气机控制指令的曝气机响应器22、执行回流泵控制指令的回流泵响应器23。

与数据处理中心3通过RS485/RS232接口31连接的、用于获取水质和设备运行状态数据的数据采集终端1；

包括探测出水PH值得PH感知探头11、探测出水溶氧量的DO感知探头12、探测出水ORP含量的ORP感知探头13、检测出水温度的温度传感器14、探测原水池水位高低的浮球液位感应器15、监测污水泵运行状态的污水泵监测器16、监测曝气机运行状态的曝气机监测器17、监测回流泵运行状态的回流泵监测器18。

具体的，采用本实施例公开的农村微动力远程水质监测与设备控制器进行微动力出水水质监测及污水处理设备控制时，在原水池中部署浮球液位感应器15，在出水口部署PH感知探头11、DO感知探头12、ORP感知探头13及温度传感器；分别在污水泵、曝气机、回流泵电源线接入处接入污水泵监测器16、曝气机监测器17、回流泵监测器18以及污水泵控制响应器21、曝气机控制响应器22、回流泵控制响应器23；并将数据采集终端和设备控制终端通过RS485/RS232接口31连线到数据处理中心3。

数据采集终端1通过部署的各类水质感知探头获取相应的水质感知信号、通过设备监测器获取通过的监测器的电流信号，并将获取的微弱监测信号传递给数据处理中心3的数据预处理单元32；数据预处理单元32对监测信号进行放大、去噪等预处理，并将处理后的数据传递给嵌入式数据处理器33进行进一步的计算；嵌入式数据处理器33计算、处理后的监测数据压缩经数据存储器35缓存后，通过3G网络将监测数据传送到后台服务器，供服务调用；同时，数据压缩前。嵌入式数据处理器33在收到预处理过的设备监测数据和液位监测数据后，从数据存储器35中读取设备控制算法及控制逻辑，根据读取的控制算法及控制逻辑计算控制程序；并将控制程序传递给设备控制指令生成器34；设备控制指令生成器34根据控制程序生成相应的控制指令，并分别下发至各设备的控制响应器调整设备运行状态。

如图2所示，本实施例公开的农村微动力远程水质监测与设备控制器的监测信号转换和设备控制程序流程如下所述：

数据采集终端获取的各路模拟监测信号，经数据预处理单元的去噪和放大处理后，经过信号拼接可获取一条完整的水质与设备监测信息。嵌入式数据处理器通过对监测信号的A/D转换，将监测信号转换成显示数据在显示屏上进行显示。显示的同时，嵌入式数据处理器对拼装后的监测信号进行封装、打包成一个可以通过通信单元发送的port文件，经通信单元无线发送到后台服务器。

嵌入式数据处理器在对监测信号进行处理和转换的同时，从数据存储器中读取预置的设备控制算法，并根据此算法对监测信号中有关设备状态的监测数据进行计算，生成各设备的控制指令，并将指令下发到设备控制响应器。设备控制响应器收到指令后对指令进行解析，并根据指令控制各设备的启停。

信号转换程序中，温度T、PH、ORP、溶氧DO的计算方法如下所述：

1)温度T的计算（NTC30K）

温度和阻值的对应关系：

$\begin{array}{c}{R}_t=R*\mathrm{EXP}(B*(1/T_1-1/T_2))\\ =\frac{(\mathrm{AD}/1023)*3.3*R_0}{2.5-(\mathrm{AD}/1023)*3.3}\end{array}$

对上面的公司解释如下：

1、R_t是热敏电阻在T₁温度下的阻值；

2、R是热敏电阻在T₂常温下的标称阻值；

3、B值是热敏电阻的重要参数，B=3950；

4、EXP是e的n次方；

5、式中T₁和T₂指的是K度即开尔文温度，K度=273.15（绝对温度）+摄氏温度。

2)PH值的计算

一个PH对应的电压值为59.16mv，0～14PH对应的电压范围为：-414.12mv～+414.12mv，经数据预处理器去噪放大（G=3.98）后，对应的电压范围为：-1.65v～1.65v，抬升1.65v后得对应的电压范围为：0～3.3v。

若不对PH使用校正液矫正，则：

T＝25；

V_PH0＝0v；

V_PH7＝1.65v；

V_PH14＝3.3v；

由此计算斜率K和V_PH0＝0v。

若使用PH矫正液进行PH矫正，则：

T＝25

第一点：输入PH矫正液PH值，读V₁（第一点PH=7.0）；

第二点：输入PH矫正液PH值，读V₂（第二点PH=4.01）；

由此计算斜率K和V_PH0。

PH值计算公式（无温度补偿）：

PH值＝7+（V-V_PH0）*K

式中，V为经数据预处理器放大后的测量值。

PH值计算公式（有温度补偿）：

PH值＝7+（V-V_PH0）*K-(T-25)*0.003

3)ORP值的计算

ORP与PH的计算类似，计算公式为：

$\mathrm{ORP}=\frac{\mathrm{AD}-511}{512}*1.65*1000/3.98$

式中，AD为监测值

4)溶氧DO的计算

A.单点标定（氯chlorinity=0，盐salinity=0）

V₀=0；（可能为-x.xxx伏）

单点：

step1、电极放入已知标定溶液的含氧值，或空气100%；

step2、读取稳定的V_Saturation电压值，即可得V_Saturation对应的溶氧百分度，记录保存V_Saturation。

B.二点标定

Step1、标定DO零点：

电极放入已知含氧量值为0的标定溶液，记录保存V₀;

Step2、单点：

电极放入已知标定溶液的含氧值，或空气100%。读取稳定的V_Saturation电压值，即可得到

V_Saturation对应的溶氧百分度，记录保存V_Saturation。

C.溶氧测量

Step1、测得当前溶氧电压V和当前温度T，则：

DO%＝(V-V₀)/(V_Saturation-V_o)

DO_mg＝DO_{mg,Saturation}*DO%

式中，DO_{mg,Saturation}为标准溶氧值。

对所公开的实施例的上述说明，使相关领域的专业技术人员能够实现或使用本发明，在本文中定义的一般原理可在不脱离本发明范围的情况下在其他实施例中实现。因此，本发明并不局限于本文所述实施例，而是与本文公开的原理和新颖特点相一致的最宽权利范围。

Claims (8)

1.一种农村微动力远程水质监测与设备控制器，其特征在于，包括：

数据处理中心；

与数据处理中心相连的数据采集终端，用于采集出水水质和设备运行数据；

与数据处理中心相连的设备控制终端，用于执行控制指令对设备进行控制；

所述所述数据处理中心用于对采集数据进行处理和传输，生成设备控制指令，包括数据预处理单元、嵌入式数据处理器、设备控制指令生成器、数据存储器及通信单元；

所述数据预处理单元，用于对采集到的感知数据进行放大、去噪等预处理；

所述嵌入式数据处理器，用于监测数据的进一步处理、压缩及控制逻辑和控制算法的运算，生成控制程序；

所述设备控制指令生成器，用于根据设备控制程序生成相应的设备控制指令，并将控制指令下发到设备控制响应器；

所述数据存储器，用于待传输监测数据的缓存以及设备控制逻辑和控制算法的存储。

所述通信单元，用于监测数据的远程无线传输。

2.权利要求书1所述的微动力远程水质监测与设备控制器，其特征在于所述通信单元采用3G通信模式。

3.根据权利要求1或2所述的微动力远程水质监测与设备控制器，其特征在于还包括一个显示装置，用于监测数据显示及系统设置。

4.根据权利要求3所述的微动力远程水质监测与设备控制器，其特征在于，所述数据采集终端包括用于监测水质的PH感知探头、DO感知探头、ORP感知探头、温度感知探头，用于采集设备运行状态的污水泵监测器、曝气机监测器、回流泵监测器，以及用于探测原水池中水位高低的浮球液位感应器。

5.根据权利要求1所述的微动力远程水质监测与设备控制器，其特征在于，所述设备控制终端还包括用于控制指令响应和执行的污水泵控制响应器、曝气机控制响应器以及回流泵控制响应器。

6.根据权利要求1所述的微动力远程水质监测与设备控制器，其特征在于所述数据采集终端与数据处理中心通过RS485/RS232接口相连。

7.根据权利要求1所述的微动力远程水质监测与设备控制器，其特征在于所述设备控制终端与数据处理中心通过RS485/RS232接口相连。

8.根据权利要求3所述的微动力远程水质监测与设备控制器，其特征在于集成了水质和设备运行状态监测、设备自动控制，以及远程无线通信功能。

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