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太阳能曝气机远程智能控制系统设计

发布时间:2019-11-07 09:41   类型:解决方案   人浏览
1 引言        随着工业化进程的加快,污染排放量的不断增加,水污染问题日益严重,废水的处理更加受到世界各国的重视,因此保护水资源和防治水污染,是水资源可持续发展必须解决的问题。[1]我国的水污染问题经过多年的治理取得了一定的成绩,但形势仍然不容乐观。污水处理中的曝气设备是随着污水处理技术的深入研究和广泛应用逐渐发展起来的,已日益受到国内外水处理组织和企业界的高度关注。        曝气是指在污水处理过程中,利用充气或机械搅动等方法増大水与气体接触,进行溶氧或散除水中溶解性气体和挥发性物质的过程。[2]在环境工程水处理过程中经常需要使用曝气设备,运用曝气设备可以增加污水中的空气含量,这样能使空气中的氧气可以在污水之中快速移动,避免水池内的悬浮物下沉,同时也可以使水中的微生物可以充分与氧接触,达到分解有机物的目的。[3]        市场上曝气设备发展已经基本成熟,但是数据监控工作相对薄弱,设备数据的远程控制手段相对薄弱,没有相对统一的建设标准,取得的成果千差万别,不能统一的、有效的远程控制不同地理位置的曝气设备。因此,本文设计了曝气机远程智能控制系统,用以代替传统的有线控制,实现对不同地理位置的多台曝气设备的高效控制。 2曝气机信息监控系统设计        2.1  系统总体架构        本系统由曝气机主体部分和远程控制部分构成。太阳能曝气机主体部分包括太阳能板、电机控制器及电机等。以太阳能作为设备运转的直接动力,设置独特的旋切提拉曝气叶轮,通过叶轮旋转提升作用,将底部缺氧水转移到水体表面与表层富氧水混合;表层富含水通过离心旋转横向水平扩散、纵向进入底层缺氧区。        远程监控部分包括智能控制终端、服务云、网页监控系统、APP监控系统,系统通过GPRS构建通讯网络,实现数据的实时交互;并且通过GPS实现地理位置的监控,通过对电机的运行电压和电流的采集监测电机的运行情况、流量系统总体框架如图1所示。 图1 系统总体框架 3 智能控制终端        3.1 智能终端模块架构        本设计的智能终端主要包括数据采集控制模块和无线传输模块。模块架构如图2所示。每一个终端外设都有继电器、霍尔电流传感器和模数转换芯片。分别用来采集曝气机的电流、电压信息,并将       采集到的数据传输给主控MCU,经过滤波、整合等处理后,与所获取的当前时间与经纬度信息通过GPRS打包发送至云端服务器。终端模块还集成着主要由DS1302Z构成的实时时钟模块,可实现对采集周期的精准测量。并且本智能控制终端支持远程控制采集周期与曝气机状态,终端在接收到APP发送的数据包后,通过MCU控制继电器的状态来实现对曝气机的启停控制。 图2 终端模块架构        3.2 数据采集模块        数据采集控制模块采用32位微控制器STM32F103作为主控MCU;采用WHK20LSP5S2L霍尔电流传感器、高精度模数转换芯片ADS1115将直流电流与模拟电压转换为数字电压并传输给主控MCU。 WHK20LSP5S2L基于磁平衡式霍尔原理制成,具有结构简单、较高的测量精度、线性度好等优点,可以将0-20A的电流转换成模拟电压输出,转换公式为可以通过增加线圈缠绕的匝数来提升精度。        ADS1115是具有内部基准的超小型、低功耗、16位模数转换器,能够以高达每秒860个采样数据(SPS)的速率将采集数据通过一个IIC型兼容串行接口输出。另外,ADS1115版上具有一个可编程增益放大器(PGA),PGA可提供从±256mV到±6.144V的输入范围,从而实现精准的大小信号测量。此外,ADS1115还具有一个输入多路复用器(MUX),可实现两次差动输入测量或四次单端输入测量。在ADS1114和ADS1115中可使用数字比较器进行欠压和过压检测。        3.3 数据传输模块        本设计采用的无线传输模块是由SIMCOM公司研发的工业级双频GSM/GPRS模块SIM868,工作频率为850/1800 MHz,可以低功耗实现发短信、打电话、GPRS传输数据、GPS等功能。该模块自带USART串口。MCU通过串口向SIM868模块发送相应AT指令,模块在获取指令后,自动完成GPRS和In

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