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基于zigbee、wifi物联网废水污染物在线监测系统建设方案.pdf

发布时间：2022-04-13 发布人：admin 分类：互联网 资料大小：0.93M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    专业提供物联网实验室开发套件、实验室建设、项目集成 基于 zigbee、wifi 物联网 废水污染物在线监测系统建设方案 1. 系统简介 1.1 废水污染物在线监测系统概述 废水在线自动监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器 技术、自动测量技术，自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件 和通讯网络所组成的一个综合性的在线自动监测体系。 一套完整的废水自动监测系统能连续、及时、准确地监测目标的水质及其变 化状况；中心控制室可随时取得各子站的实时监测数据，统计、处理监测数据， 可打印输出日、周、月、季、年平均数据以及日、周、月、季、年最大值、最小 值等各种监测、统计报告及图表（棒状图、曲线图、多轨迹图、对比图等），并 可输入中心数据库或上网。收集并可长期存储指定的监测数据及各种运行资料以 备检索。系统具有监测项目超标及子站状态信号显示、报警功能；自动运行，停 电保护、来电自动恢复功能；维护检修状态测试，便于例行维修和应急故障处理 等功能。 实施废水水质自动监测，可以实现水质的实时连续监测和远程监控，达到及 时掌握重点排污企业监控排污口的水质状况、预警预报重大水质污染事故、解决 跨行政区域的水污染事故纠纷、监督总量控制制度落实情况、排放达标情况等目 的。 1.2 废水污染物在线监测组成 在废水自动监测系统网络中，信息监控中心站通过卫星或电话拨号等通讯方 式实现对各子站的实时监视、远程控制及数据传输功能，托管站也可以通过电话 拨号等方式实现对所托管子站的实时监视、远程控制及数据传输功能，其他经授 权的相关部门可通过电话拨号等方式实现对相关子站的实时监视和数据传输功 能。 每个子站是一个独立完整的废水自动监测系统，一般由 6 个子系统构成，包 括：采样系统、预处理系统、监测仪器系统、PLC 控制系统、数据采集、处理与 传输子系统及远程数据管理中心、监测站房或监测小屋。 深联致远（北京）科技有限公司 电话：010-62560901 网址：http://www.wsn.org.cn
    专业提供物联网实验室开发套件、实验室建设、项目集成 各单元通过水样输送管路系统、信号传输系统、压缩空气输送管路系统、纯 水输送管路系统实现相互联系。 一个可靠性很高的废水自动监测系统，必须同时具备 4 个要素，即：高质量 的系统设备；完备的系统设计；严格的施工管理；负责的运行管理。 废水在线自动在线监测系统示意图如下： 废水在线自动在线监测系统示意图 1.3 废水污染物在线监测设施的建设 （1）水质监测采样点的设置 为确定采样点位，必须全面掌握与排污企业污水排放有关的工艺流程、污水 类型、排放规律、污水管网走向等情况。采样点位应由地方环境监测站与排污单 位共同确定，并报地方环保行政主管部门认定。 在采样点位前，污水排放渠道不得有回流区、死水区，不应受下游水流倒灌 的影响。 在采样点位前，如有支渠汇入渠道，则采样点位与汇入点的距离应大于干渠 宽度的五倍。对于管道排放，如在采样点位（即设流量计处）前管道有转弯，则 采样点位与转弯处的距离应大于管道直径的二十倍。 （2）数据采集、使用、维护及安全管理 深联致远（北京）科技有限公司 电话：010-62560901 网址：http://www.wsn.org.cn 采样系统水泵管路供电配电系统水样预处理装置自动清洗装置辅助装置配电系统水样预处理装置自动清洗装置辅助装置分析系统COD监测仪NH3-N监测仪流量计PH监测仪数据采集与控制系统数据处理与远程通讯系统环保行政主管部门客户端采样口……重铬酸钾法纳氏比色法GPRS
    专业提供物联网实验室开发套件、实验室建设、项目集成 现场子系统数据采集、计算、汇总必须符合国家通用的技术标准和规范。现 场子系统上传数据为原始数据，必须保留一年以上，并有备份和恢复途径。现场 子系统实行密码保护，其数据不得人为修改。现场子系统密码及仪器参数不得告 知排污单位，并由维护单位送省环保信息监控中心备案。 管理子系统数据库数据为现场子系统原始数据按国家通用技术标准和规范 计算、汇总、上传，除包含现场子系统数据的一个备份外，还包含现场子系统的 运行状态参数，如停水记录、关机记录、采样时间、上传时间、传输系统状态、 试剂状况、远程控制记录等。 经验收合格并依法定期校验合格的现场子系统，其数据作为核定污染物排放 种类、数量的依据。该现场子系统上传到管理子系统的数据库的数据同样有效。 管理子系统的数据库的数据是原始监测数据的有效备份，是建立全省重点排 污企业动态数据库的重要原始依据。其数据由省环保信息监控中心定期维护，确 保数据安全。管理子系统客户端软件由省环保信息监控中心授权安装到各市县环 保局、环境监察支队使用，对其显示的数据不得随意公开、拷贝、剪接。 信息监控中心综合各级管理部门数据及故障维修、故障鉴定数据，对相关数 据进行校核后建立审核数据库，作为环保局日常监督管理的重要依据。 2. 废水污染物在线监测系统总体设计 解决方案立足水利行业信息化的发展。通过提供灌区信息化管理系统、水资 源管理系统、水利通信与自动化系统等，对水文、水质、闸门等实时信息的采集、 传输、处理加工和应用，切实提高水利行业管理的综合能力和管理水平，实现向 动态管理、精细管理、定量管理和科学管理的转变。 2.1 系统方案架构 废水污染物在线监测系统采用流量监测设备、水质检测设备和视频监测设备 等，对水流量、水质、视频信息等进行实时采集，以标准工业电信号上报综合信 息化采集器，接入到中国移动 TD-SCDMA 网络或者中国联通的 3G 网络。综合信 息采集器采用多路 A/D 复用传感器采集通道，可外接多路模拟量、数字量传感器 探头，提供水质检测仪协议转换和数据量转换，提供视频模拟信号转换数据信号 （H.264），最终将视频信号、水质监测信号和水量监测信号合并上传。为保证设 深联致远（北京）科技有限公司 电话：010-62560901 网址：http://www.wsn.org.cn
    专业提供物联网实验室开发套件、实验室建设、项目集成 备可靠运行，需要提供完善的室外环境适应设计，如摄像机及水质检测仪需安装 于野外环境中，其余设备均安装于室外设备箱体内。箱体设计应充分考虑防潮、 防雨、防雷击、高低温工作环境等因素。在供电系统成熟区域，电源采集可直接 从动力配电室引出，只需布设电源线缆进行接入；在不具备供电系统的区域，采 用太阳能板供电，这样使用寿命长、性能稳定、维护费用较低。 废水污染物在线监测系统方案架构 本系统由感知层、网络层、应用层组成。其中，感知层包括：水文传感器（水 温、流量、流速、PH 值等）、管道传感器（水压、流量等）、水利设备标识（RFID 标签、一维码标签等）、视频摄像头、采集节点等。网络层包括：节点间的 ZigBee 网络、wifi 网络、3G 网络、GPRS 网络等。应用层包括：设备管理系统、监控系 统、WEB 服务系统等。 2.2 感知层设计方案 感知层节点负责着信息采集，信息采集节点采用多路 A/D 复用传感器采集通 道，可外接多路模拟量、数字量传感器探头，提供水质检测仪协议转换和数据量 转换。将数据通过无线或者有线方式传输出去。视频模拟信号转换数据信号 （H.264），最终将视频信号、水质监测信号和水量监测信号合并上传。 深联致远（北京）科技有限公司 电话：010-62560901 网址：http://www.wsn.org.cn
    专业提供物联网实验室开发套件、实验室建设、项目集成 2.2.1. 信息采集节点 信息采集节点由三个主要模块组成：低功耗芯片组模块，传感器接口模块和 电源模块。 其中，低功耗芯片组模块包括了处理器、射频模块以及低功耗管理模块，低 功耗的一体化设计成可以对芯片进行修改以适应低功耗要求。通过设置低功耗管 理模块，可以对处理器和射频模块的功耗进行统一的管理，进而使得对功耗的管 理更具有灵活性。 通过设置传感器接口模块，增加了节点设备的灵活性。通过配置不同的传感 器接口模块，可以使节点设备匹配不同类型的传感器，从而以非常小的代价提供 非常高的灵活性。另外，通过设计接口模块，可以使节点连接多种类型的传感器。 电源模块为低功耗芯片组模块和传感器接口模块提供电能支持。电源模块由 电源采集模块、电源控制模块以及电源存储模块组成。由于设备工作在野外，无 法获得稳定的有线电源，因此考虑采用太阳能，而电源采集模块负责能量的采集。 由于太阳能受时间和天气等外界因素的影响比较大，因此设置电源存储模块，将 采集的能量存储起来，供无法获得太阳能的时候使用。电源控制模块负责整个电 源模块的管理。 信息采集节点设备组成 深联致远（北京）科技有限公司 电话：010-62560901 网址：http://www.wsn.org.cn 传感器接口模块电源模块低功耗芯片组处理器射频模块低功耗管理模块电源采集模块电源控制模块电源存储模块
    专业提供物联网实验室开发套件、实验室建设、项目集成 2.3 网络层设计方案 由于传感器网络节点的通信能力较弱，相隔一定距离的传感器节点之间不能 实现直接通信，而为了能够将传感的数据及时有效的发送出去，整个传感器网络 必须要能够连接成一个能互连互通的网络，因此，传感器网络网关必不可少。传 感器网络网关在传感器网络中的作用相当于桥梁，可以将彼此间相互独立的信息 区域连接起来。无线传感器网络必须面临复杂的环境，必须通过各种不同的高低 速率的无线协议的合作才能准确的获取监测地区的准确数据。因此，网关设备必 须能够处理各种不同协议之间的数据转发。 3. 水文信息采集 3.1.1 传感器 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息， 按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处 理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 在废水污染物在线监测系统中，传感器多种多样，可采集水文、水质等信息， 以及水利的其他物理信息，例如：水位、水压、流速、流量、PH 值等。  水温传感器 沉入式水温传感器是一个坚固耐用的水样温度测量器件。探头与 7.6 米船舶 级电缆塑压连接， 电缆最大定制长度为 152 米。WQ101 采用 2 线制，电子部件 全部由船舶级环氧树脂封装。 输出 4-20mA 测量范围 -50～+50℃ 精度 ±0.1℃ 最大压力 标准版: 200psi， 在线版: 50psi 工作电压 10-36VDC 输出电流 与传感器输出相同 深联致远（北京）科技有限公司 电话：010-62560901 网址：http://www.wsn.org.cn
    专业提供物联网实验室开发套件、实验室建设、项目集成 预热时间 5 秒 工作温度 -50～+100℃ 探头尺寸 标准版: 19×114 mm（直径×长度），在线版: 43×203 mm（直 径×长度） 重量 标准版: 227g，在线版: 272g  pH 传感器 配备 7.6 米的船舶级电缆，电缆长度可根据需要，最长可定制到 150 米。 pH 传感器输出是 3 线配置的 4-20mA，使用船舶级环氧树脂将电子部件完全封装 在不锈钢外壳里。pH 值传感器还使用了可拆卸的防护罩、可更换的 pH 电极，易 于维护。 输出 4-20mA 测量范围 0-14 pH 精度 2% 满量程 最大压力 40 psi 工作电压 10-36 VDC 拉电流 5.5mA +传感器输出 预热时间 3 秒 工作温度 探头尺寸 -5～+55℃ 标准版: 32×254mm（直径×长度），在线版: 50×305mm（直径×长度） 深联致远（北京）科技有限公司 电话：010-62560901 网址：http://www.wsn.org.cn
    专业提供物联网实验室开发套件、实验室建设、项目集成 重量 标准版: 454g，在线版: 454g 其他传感器如下： 传感器名称 传感器介绍 电导率传感器 电导率传感器使用 4 级电极测量技术，提供大量程的电导率和 温度的准确读数。由于离子溶液的电导率随温度升高而增加， 因此内置温度传感器，相对标准 25℃，提供 2%/℃的自动温度 补偿。内置接口模块把数字电导率和温度数据转为 2 股独立的 4-20mA 信号，分别连接数据记录器和可编程逻辑控制器（PLC） 设备。 溶解氧传感器 连接到7.6m的船舶级电缆，电缆最长可定制到152m。溶解氧传 感器输出为3线配置，4-20mA，使用船舶级环氧树脂将电子部件 完全封装。WQ401选用可拆卸的电极防护罩、可更换的溶解氧电 极，易于维护。 浊度传感器 浊度传感器是一款高精确度的入水式仪器，可用于现场环境或 过程监测。应用范围包括：水质检测及监管、河道监测、水流 测量、水库水质检测、地下水检测、废水处理及工业排污控制。 氨氮传感器 传感器采用高精度土壤，水质氨氮复合离子电极 离子传感器 离子数字传感器采用高精度离子电极，可采集氨离子、碘离子、 氟离子、钙离子、镉离子、钾离子等多种离子电极 深联致远（北京）科技有限公司 电话：010-62560901 网址：http://www.wsn.org.cn
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