小型污水廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)污水廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的需求，文中提出了基于ARM的小型污水廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并完成了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)。文中采用ARM微處理器為主控制器，用模數(shù)轉(zhuǎn)換采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，用攝像頭采集現(xiàn)場(chǎng)圖片，采用GPRS無(wú)線通信模塊傳輸采集的信息，實(shí)現(xiàn)了小型污水廠圖像和數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和無(wú)線傳輸功能。
關(guān)鍵詞：污水廠；GPRS；ARM；遠(yuǎn)程監(jiān)控

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保投入的不斷增加以及污水處理行業(yè)改革的不斷深入，城市污水處理廠的運(yùn)營(yíng)管理向市場(chǎng)化、專業(yè)化、規(guī)模化、集團(tuán)化趨勢(shì)發(fā)展。許多專業(yè)的運(yùn)營(yíng)企業(yè)要運(yùn)營(yíng)管理同一城市的多個(gè)污水處理廠。因此，對(duì)污水處理廠的生產(chǎn)實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)降低運(yùn)行成本和加強(qiáng)生產(chǎn)管理以及確保污水處理工藝的高效運(yùn)行和水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放、提升企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理的效率具有重要的意義。文中結(jié)合GPRS技術(shù)為小型污水處理廠設(shè)計(jì)一套基于ARM的污水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案
根據(jù)污水處理裝置的性能要求，監(jiān)控點(diǎn)的系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)及無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由模擬量傳感器，變送器，A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換器及ARM系統(tǒng)構(gòu)成，各模擬量傳感器將模擬信號(hào)送至信號(hào)變送器，使之放大變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，然后逐一送至AD／轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再由ARM處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、圖像采集部分由串口攝像頭和ARM控制器構(gòu)成，攝像頭先采集現(xiàn)場(chǎng)圖片然后通過串口傳給ARM控制器，ARM控制器把采集的數(shù)據(jù)和圖像通過GPRS無(wú)線通信網(wǎng)傳送給監(jiān)控中心。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

使用AT指令通過GPRS Modem撥號(hào)，正確應(yīng)答后，一條物理通道就是指GPRS信道就在系統(tǒng)中的GPRS Modem和GPRS網(wǎng)絡(luò)之間建立起來。PPP協(xié)議將原始的GPRS物理層連接改造成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路，系統(tǒng)將遠(yuǎn)程登錄Internet。并得到GPRS網(wǎng)關(guān)分配的IP地址。采用IP協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。IP協(xié)議將接入Internet的具有不同IP地址的終端都聯(lián)系起來。經(jīng)過IP路由選擇，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與連在Internet上的任一IP終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。選擇TCP作為傳輸層協(xié)議，為數(shù)據(jù)傳輸提供面向連接的、端對(duì)端的可靠服務(wù)。通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)包發(fā)送到具有固定IP地址的監(jiān)控中心服務(wù)器端口以便在監(jiān)控中心實(shí)時(shí)監(jiān)控污水的參數(shù)，監(jiān)控中心對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)、打印等。
文中以下主要就監(jiān)控終端的硬件設(shè)計(jì)部分和軟件部分做簡(jiǎn)要介紹。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)污水處理裝置的性能要求，監(jiān)控點(diǎn)的系統(tǒng)由模擬量傳感器、變送器、模數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換器及ARM處理器等組成。各模擬量傳感器將模擬信號(hào)送至信號(hào)變送器，使之放大變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，然后由多路開關(guān)逐一送至A／D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再由ARM處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)處理、顯示。同時(shí)，ARM處理系統(tǒng)通過GPRS將圖像和數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

系統(tǒng)終端以LPC2148為核心，對(duì)通信模塊TR800進(jìn)行控制。ARM CPU采用飛利浦公司的LPC2148，內(nèi)核為基于ARM7DMI-S的精簡(jiǎn)指令集的通用32位高速微處理器。工作電壓為3．3 V，內(nèi)核工作電壓為1．8 V；內(nèi)置PLL鎖相環(huán)可以設(shè)置CPU工作頻率60 MHz，雙UART口，提供數(shù)據(jù)的異步串行發(fā)送和接受：片內(nèi)16 kB RAM和128 kB Flash程序存儲(chǔ)器。LPC2148提供了2個(gè)串口，共有6個(gè)I／O口可供使用。它的接口電路部分包括8路模擬量輸入通道，RS232串行口通信接口，其中數(shù)模轉(zhuǎn)換為控制內(nèi)置模塊，精度為12位，基本可以滿足一般控制對(duì)象的要求。終端應(yīng)用程序在PC機(jī)上用IAR編譯好通過JTAG接口下載到FLASH中，系統(tǒng)常用的參數(shù)，通過程序的設(shè)置放到主控器的信息存儲(chǔ)器。