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　　近年來(lái)，城市污水處理產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期。污水排放企業(yè)將污水集中排放到污水處理廠(chǎng)進(jìn)行集中污水處理，排污企業(yè)根據排污量繳費。而傳統的污水排放量主要是由人工對排污企業(yè)的現場(chǎng)流量計進(jìn)行抄收，但這種由于排污企業(yè)比較分散而顯得方法費時(shí)費力，因此，設計了一套針對污水排放企業(yè)的集中監控系統。通過(guò)系統采集排污企業(yè)的污水排放實(shí)時(shí)流量、流速、電機狀態(tài)等現場(chǎng)數據，集中傳輸到污水處理廠(chǎng)的監控中心，并通過(guò)監控中心實(shí)時(shí)控制現場(chǎng)污水排放。

　　1 污水集中排放監控系統概述

　　污水處理集中監控系統框圖如圖1所示：

　　集中監控系統包括三層：頂層、中間層、底層。

　　頂層為監控中心的上位機，負責系統的監控任務(wù)，通過(guò)Internet接入完成和無(wú)線(xiàn)數據收發(fā)器(DTU)之間的通信，在這里可以看到底層各個(gè)部分的實(shí)時(shí)情況，并可對底層的一些部分進(jìn)行控制。

　　中間層為污水排放監控終端，負責數據的處理和傳輸，并控制底層的執行機構和采集底層現場(chǎng)數據。它既是各個(gè)現場(chǎng)對象的數據采集器，又是這些數據處理和集中傳輸的部分。

　　底層為現場(chǎng)數據采集和控制單元，能夠對上位機過(guò)來(lái)的數據進(jìn)行處理，并且能使外圍的電路執行相應的動(dòng)作，同時(shí)也能夠對周邊環(huán)境中的模擬量進(jìn)行數據采集，并發(fā)送給監控終端。

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　　2 監控終端系統設計

　　2．1 系統功能要求

　　根據監控系統的要求，監控終端必須具備以下功能：

　　(1)能夠采集污水流量計的數據，包括累計流量、實(shí)時(shí)流量、流速等參數。

　　(2)能夠根據污水排放企業(yè)的交費情況，控制企業(yè)是否可以排放污水。

　　(3)能夠通過(guò)遠程控制系統的運行。

　　(4)在網(wǎng)絡(luò )不佳或其他特殊的情況能夠本地控制系統的運行。

　　(5)系統的進(jìn)行必要經(jīng)過(guò)授權。

　　(6)系統在斷電的情況下，必須能運行關(guān)閥指令，在關(guān)閥后系統關(guān)閉。

　　功能系統的以上要求，采用了2片ATMEGA128作為處理器，一方面解決了ATMEGA128本身UART不足的問(wèn)題，同時(shí)減輕了主CPU的工作量，使系統能夠穩定運行。

　　2．2 系統結構框圖

　　根據上述要求。監控終端系統結構圖如圖2所示。

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　　2．3 系統SPI通信功能

　　ATmegal28SPI的特點(diǎn)如下：全雙工，3線(xiàn)同步數據傳輸。主機或從機操作，LsB首先發(fā)送或MSB首先發(fā)送。7種可編程的比特率，傳輸結束中斷，寫(xiě)碰撞標志檢測?？梢詮拈e置模式喚醒。作為主機時(shí)具有雙速模式(CK／2)。

　　SPI通信系統包括兩個(gè)移位寄存器和一個(gè)主機時(shí)鐘發(fā)生器。通過(guò)將需要的從機的ss引腳拉低。主機啟動(dòng)一次通訊過(guò)程。主機和從機將需要發(fā)送的數據放入相應的移位寄存器。主機在SCK引腳上產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖以交換數據。主機的數據從主機MOSI移出。從從機的MOSI移入；從機的數據從從機的MISO移出。從主機的MISO移入。主機通過(guò)將從機的SS拉高實(shí)現與從機的同步。

　　3 監控終端系統軟件功能實(shí)現

　　系統軟件分主CPU部分和從CPU部分。

　　主CPU部分功能主要實(shí)現如下：

　　(1)水泵閥門(mén)控制：上電復位后，系統在沒(méi)有鍵盤(pán)操作的情況下，通過(guò)SPI通信獲取監控中心對水泵和閥門(mén)的控制狀態(tài)，正確地關(guān)閉或打開(kāi)。

　　(2)斷電檢測：系統周期性的檢測外部電源是否掉電，如果掉電，為防止人為斷電而偷排污水，馬上關(guān)閉閥門(mén)和水泵。為防止短時(shí)間的跳閘斷電，系統進(jìn)行延時(shí)斷電。

　　(3)計算累計當前排水量是否超過(guò)允許排水量，如果超過(guò)，根據預先的設定可以關(guān)閉閥門(mén)和水泵，也可以發(fā)報警信息到監控中心。

　　(4)實(shí)時(shí)數據顯示：在不進(jìn)行人機操作的時(shí)候，LCD顯示器顯示實(shí)時(shí)水量、流速等計量數據以及系統中所介入設備的狀態(tài)。實(shí)時(shí)反映，一目了然，方便企業(yè)查看。

　　(5)本地授權操作：為防止網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題的出現，排水企業(yè)充值后將IC卡插入本地監控終端，一方面完成允許排水量或者預存金額的本地存儲，另一方面，在特殊情況下可以通過(guò)IC卡授權進(jìn)行系統，控制閥門(mén)和水泵的運行。

　　系統采用非接觸式IC卡讀寫(xiě)模塊，模塊在檢測到刷卡后通過(guò)上傳卡號命令發(fā)送給主機，主機在接收到此命令后必須在300毫秒內發(fā)送讀卡命令，寫(xiě)卡命令，加減值命令中的任意一個(gè)命令，如果模塊在300毫秒內沒(méi)有接收到上述命令中的其中之一命令，模塊將自動(dòng)關(guān)閉卡片，并進(jìn)行下一輪的卡片檢測。如果300毫秒內收到上述命令中的其中之一命令，模塊將按照接收的命令進(jìn)行處理，并且只要兩條命令之間不超過(guò)300毫秒，命令可以連續發(fā)送。超出300毫秒模塊將會(huì )自動(dòng)關(guān)閉卡片并進(jìn)行下一輪的卡片檢測。關(guān)閉卡片后發(fā)送的對卡的讀寫(xiě)操作都將失敗。

　　從CPU部分功能主要實(shí)現如下：

　　(1)流量計數據采集：通過(guò)485總線(xiàn)，采集排水企業(yè)的一個(gè)或者多個(gè)排水點(diǎn)的流量數據。

　　(2)無(wú)線(xiàn)數據通信：系統通過(guò)無(wú)線(xiàn)數據傳輸設備(DTU)將采集的流量數據實(shí)時(shí)傳輸到監控中心，并接受監控中心的指令。

　　DTU是建立在GPRS網(wǎng)絡(luò )的基礎上的，DTU使用比較簡(jiǎn)單，是因為它本身內部封裝了PPP撥號協(xié)議以及TCP／IP協(xié)議棧。而且DTU在設計上大都將串口數據設計成“透明轉換”的方式，也就是說(shuō)DTU可以將串口上的原始數據轉換成TCP／IP數據包進(jìn)行傳送，而不需要改變原有的數據通信內容。因此，DTU可以和各種使用串口通信的用戶(hù)設備進(jìn)行連接，而且不需要對用戶(hù)設備作改動(dòng)。實(shí)際使用前先對DTU進(jìn)行配置，設定好串行通信參數，設定遠程接入服務(wù)器的參數等通信參數，設置完成后，在系統中就可以只把它當做一個(gè)串口設備來(lái)處理。

　　4 系統抗干擾設計

　　由于監控終端系統運行在排污企業(yè)現場(chǎng)，很容易受到大功率電氣設備的干擾而導致系統運行錯誤或死機等問(wèn)題。因此，系統設計時(shí)特別針對現場(chǎng)干擾采取了硬件抗干擾和軟件抗干擾措施。具體措施如下：

　　(1)首先，硬件設計時(shí)充分考慮電源和電路的抗干擾，在電源220 V輸入端設計了平波電抗器，電源直流輸出端采用了電子濾波技術(shù)，盡量把來(lái)自電源的干擾降到最小。

　　(2)其次，全面考慮系統的接地。除了遵循電路設計中的數字地、模擬地的接地原則，對LCD液晶顯示器等易受干擾的部件采用外殼接地，系統全機外殼接地的方法，極大的降低了工業(yè)現場(chǎng)的干擾。

　　(3)最后，在軟件設計中采用多種抗干擾設計技術(shù)。系統對易受干擾的部件采用狀態(tài)檢測和周期復位等方法，避免了因為外部設備錯誤等原因造成的系統不正?，F象。在水泵等大功率設備開(kāi)關(guān)時(shí)采用休眠、延時(shí)等方法來(lái)躲避這些已知干擾源的干擾。另外，在數據通信中采用完善的數據幀通信協(xié)議，具備CRC校驗功能，極大的降低了通信中的錯誤，提高了通信的可靠性。

　　5 結束語(yǔ)

　　污水集中排放監控系統的設計應用為污水企業(yè)的高效實(shí)時(shí)管理提供了可靠的手段，一方面節約了污水處理廠(chǎng)人力抄表成本，另一方面也極大地減少了排污企業(yè)偷排污水的現象，系統穩定運行近一年多來(lái)取得了較好的效果。