摘 要：現(xiàn)代經(jīng)濟的快速發(fā)展和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，使得工業(yè)污水對環(huán)境的影響問題日益突出。為此，文章開發(fā)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的刷卡排污遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)。該系統(tǒng)由中心平臺和現(xiàn)場控制設(shè)備組成，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)通訊，通過實時監(jiān)測污水的流量、化學(xué)需氧量和氨氮等綜合指標(biāo)來剛性控制閥門的開關(guān)，并實現(xiàn)了刷IC卡預(yù)付費排污。同時針對監(jiān)測因子參數(shù)的超標(biāo)現(xiàn)象進行污水實時采集留樣，便于進一步分析，做到執(zhí)法有理有據(jù)。該方法與以往只對流量進行控制相比，收費更合理，執(zhí)法手段更先進，為環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的建立奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；刷卡；排污；遠(yuǎn)程監(jiān)控；采樣

中圖分類號：TP393文獻標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2014）07-0032-03

0引言

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)污水對環(huán)境的影響問題日益突出。人們對企業(yè)排放的污水流量進行監(jiān)控的同時，卻忽略了污水中污染物成分的危害性。因此，按何種依據(jù)實現(xiàn)對污水排放的控制，是本論文的研究內(nèi)容之一；對超標(biāo)行為做到有據(jù)可查，是本文研究的內(nèi)容之二；構(gòu)建何種控制平臺，便于省市縣三級聯(lián)網(wǎng)，是本論文研究的內(nèi)容之三。

計算機技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及信息集成技術(shù)的綜合發(fā)展，推動了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為此，本文給出了一種按污染物總量進行控制和合理預(yù)付費的刷卡排污遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)。該系統(tǒng)能集成多方面的信息，具有多種功能的資源共享服務(wù)平臺，可有效實現(xiàn)對企業(yè)排污的控制，并對監(jiān)測因子參數(shù)的超標(biāo)現(xiàn)象進行污水采樣，從而為環(huán)保部門決策提供科學(xué)的依據(jù)。

1系統(tǒng)總體架構(gòu)和工作原理

1.1系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)的總體組成如圖1所示，系統(tǒng)主要由中心平臺、現(xiàn)場控制器兩大部分組成。其中，中心平臺分為三大部分：web服務(wù)器軟件，數(shù)據(jù)庫以及前端通訊服務(wù)器軟件?，F(xiàn)場控制器部分實現(xiàn)污水的流量、COD、氨氮等監(jiān)測因子的采集，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與中心平臺進行數(shù)據(jù)的交換?，F(xiàn)場控制器部分主要包括數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)、刷卡控制子系統(tǒng)、污水采樣子系統(tǒng)三個部分。

圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)、刷卡控制子系統(tǒng)、污水采樣子系統(tǒng)三大子系統(tǒng)既可以獨立工作，以分別實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、刷卡控制、污水采樣，同時三大子系統(tǒng)又可以與中心平臺協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)污染物的總量控制。

1.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng) （Internet of Things）是指將各種信息傳感設(shè)備及系統(tǒng)，通過各種接入網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大智能網(wǎng)絡(luò)[1]。

隨著GPRS技術(shù)的不斷發(fā)展，為物聯(lián)網(wǎng)的建立奠定了堅實的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。在本系統(tǒng)中，中心平臺和現(xiàn)場控制器之間的通訊通過GPRS實現(xiàn)。另外對于現(xiàn)場端數(shù)據(jù)的采集可以采用Wi-Fi、ZigBee等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)通訊。

1.3總量計算及控制

在污水中含有各種各樣的污染物因子，如COD、氨氮等，對他們的監(jiān)測由相應(yīng)的一次儀表實現(xiàn)，而對應(yīng)的排放總量為污染物濃度與對應(yīng)的廢水流量的乘積。以分鐘為控制單位，式（1）為其計算方法：

Di= CiQi×10-6（1）

式中：Di是第i分鐘污染物的排放總量（kg/h）；Ci是第 i 分鐘污染物濃度值（m /L）； Qi是第i分鐘廢水排放量（m3/h）。

本系統(tǒng)由中心平臺設(shè)置相關(guān)污染物因子的月排放允許量來實現(xiàn)對排污的控制。

2現(xiàn)場控制器的設(shè)計

2.1數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)的設(shè)計

數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。它以STM32F103VE6芯片為核心、主要由液晶+觸摸屏、數(shù)據(jù)存儲SD卡、A/D采集和串口擴展等組成，通過A/D采集模塊和串口擴展模塊實現(xiàn)對污水流量、COD、氨氮等信號采集、顯示，并在中心平臺和刷卡控制子系統(tǒng)、污水采樣子系統(tǒng)之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

圖2數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)

2.1.1主控芯片的選擇

主控制器選用ARM? Cortex?-M3 32位的RISC內(nèi)核STM32F103VE6芯片[2]，該芯片工作頻率高達(dá)72 MHz，內(nèi)置64 KB的SRAM的高速存儲器和512 KB的閃存，具有豐富的接口，如： 5個USART、2個I2C、3個SPI、1個RTC、1個USB、1個CAN、1個 SDIO、4個通用16位定時器和2個PWM定時器以及單周期乘法和硬件除法等，因而非常適用于各種復(fù)雜的計算和控制。

通過STM32F103VE6芯片的SPI接口與SD卡連接，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的保存，具體包括監(jiān)測因子的分鐘數(shù)據(jù)、小時數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)、年數(shù)據(jù)等。便于實時查詢。

該子系統(tǒng)采用STM32F103VE6芯片的RTC作為實時時鐘，為保證實時時鐘在市電掉電后還能正常運行，設(shè)計需配置后備電池。

2.1.2AD采集模塊

STM32F103VE6芯片雖然有內(nèi)部的AD，但為了保證采集精度，增加抗干擾性能，本系統(tǒng)采用深圳市芯海科技有限公司生產(chǎn)的高精度、低功耗模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片CS1180，CS1180的分辨率為 24 b，有效分辨率可達(dá) 19 位。

模擬信號經(jīng)多選一模擬開關(guān)ADG508選擇后進入儀表放大器INA128，然后送入AD芯片CS1180進行轉(zhuǎn)換。

芯片CS1180通過四通道數(shù)字隔離器ADuM1401與STM32F103VE6芯片的一個SPI口進行通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

本文所設(shè)計的AD采集模塊可以采集8路4～20mA/0～ 5 V的模擬信號，便于現(xiàn)場多個一次儀表的接入。

2.1.3串口擴展模塊

STM32F103VE6芯片有5個USART，其中一個與GPRS DTU通訊，一個與工業(yè)串口屏通訊，還有3個串口。但是現(xiàn)場一次儀表有時有多個，這時串口就不夠用了，為了保證現(xiàn)場一次儀表能全部連接到本子系統(tǒng)，因此需對串口進行擴展。

本系統(tǒng)采用成都國騰微電子有限公司生產(chǎn)的GM8125芯片進行串口擴展，該芯片可以將一個全雙工的標(biāo)準(zhǔn)串口擴展成 5 個標(biāo)準(zhǔn)串口，并能通過外部引腳控制串口擴展模式：單通道工作模式和多通道工作模式，本系統(tǒng)采用單通道工作模式。

2.1.4液晶+觸摸屏

本子系統(tǒng)選用北京迪文科技有限公司開發(fā)的工業(yè)串口屏DMG80480C070_01WT作為人機接口，該串口屏分辨率為800×480像素，16.7 M色，帶有觸摸屏，通過串口與主控芯片進行通信。

2.2刷卡控制子系統(tǒng)的設(shè)計

刷卡控制子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由FM1702SL射頻讀寫器[3]、天線、IC卡、時鐘（SD2058）、液晶（12864）、獨立式按鍵和單片機（STC12C5A32S2）組成。該部分主要功能是實現(xiàn)刷卡充值功能和閥門控制功能。

刷卡充值功能有兩種方式：一種是通過現(xiàn)場刷卡將排污允許量輸入到單片機的EEPROM中；另一種是通過中心平臺遠(yuǎn)程充值后下發(fā)給該模塊，然后與剩余值進行累加，再保存到單片機的EEPROM中。

圖3刷卡控制子系統(tǒng)

本子系統(tǒng)實時接收中心平臺經(jīng)過數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)發(fā)來的總量數(shù)據(jù)并進行實時扣除，當(dāng)允許量為0時，進行關(guān)閥處理。亦可實時接收中心平臺發(fā)送的開閥命令或關(guān)閥命令實現(xiàn)開關(guān)閥。開關(guān)閥電路由繼電器觸點實現(xiàn)。

另外，該子系統(tǒng)還具有記錄和查詢功能。

2.3污水采樣子系統(tǒng)的設(shè)計

污水采樣子系統(tǒng)主要由單片機（STC12C5A32S2）、時鐘（SD2058）、工業(yè)串口屏（DMG80480C070_01WT）、溫度檢測（18B20）、泵控制、步進電機控制、存儲器等部分組成。圖4所示是污水采樣子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖。

中心平臺通過實時監(jiān)測各污染物因子的濃度值，與上限進行比較，當(dāng)超標(biāo)時發(fā)送采樣命令。該子系統(tǒng)在接收到采樣命令后，及時進行污水的采樣，并記錄下采樣時間和存儲瓶號。該子系統(tǒng)也可以實現(xiàn)時間等比例等多種方式的采樣。其中主要部分如下。

圖4污水采樣子系統(tǒng)

2.3.1提升泵的控制

提升泵的作用是當(dāng)污水離采樣器較遠(yuǎn)時，采樣前將污水抽到采樣器附近的蓄水池中，便于采樣，在具體應(yīng)用中采用繼電器直接控制泵的電源就可以啦。

2.3.2蠕動泵和分瓶器模塊的設(shè)計

為了將污水抽入瓶中，采用蠕動泵實現(xiàn)，蠕動泵內(nèi)壓有軟管，通過蠕動泵不斷對軟管的擠壓，這樣實現(xiàn)污水的采樣。為了控制蠕動泵采樣污水的量，設(shè)計中采用步進電機進行控制。通過測量步進電機每100步對應(yīng)的采樣量，然后推算出實際需采樣的量對應(yīng)的步進電機步數(shù)。達(dá)到精確控制采樣量的要求。

分瓶器的作用是將污水的進水軟管口移到對應(yīng)的瓶口處，便于將污水采樣到對應(yīng)瓶中，本子系統(tǒng)采用步進電機驅(qū)動搖臂實現(xiàn)，同樣通過控制其步數(shù)來實現(xiàn)搖臂的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)位置的精確控制。

3中心平臺監(jiān)控軟件的設(shè)計

中心平臺監(jiān)控軟件[4]為基于.Net平臺的Windows應(yīng)用程序，采用C#語言開發(fā)，數(shù)據(jù)庫使用SQL Server 2008，中心平臺主要包括web服務(wù)器軟件，數(shù)據(jù)庫以及前端通訊服務(wù)器軟件。

前端通訊服務(wù)器軟件主要實現(xiàn)對現(xiàn)場控制器實時發(fā)來的數(shù)據(jù)進行解析，保存到數(shù)據(jù)庫中，同時將控制命令下發(fā)給對應(yīng)的現(xiàn)場控制器。

web服務(wù)器軟件主要目標(biāo)包括以下幾點[5]：

（1）實現(xiàn)總量控制：以發(fā)放的排污許可證數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)場控制器采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，對國控、省控、市控污染源廢水排放量和污染物排放量進行監(jiān)控，在廢水或污染物排放量到達(dá)分配額度時，實施總量控制措施（即關(guān)閉污染源排污口閥門）。

（2）實現(xiàn)定額分配：通過對污染源在線監(jiān)測和流量數(shù)據(jù)的記錄，了解企業(yè)的實際排放情況，在企業(yè)排污許可到期換證時對其允許排放量進行重新核定，合理分配排污權(quán)。

（3）實現(xiàn)定向監(jiān)管：根據(jù)職能部門對各企業(yè)核定的污水流量及污染物總量通過IC射頻卡或中心進行充值來控制閥門的開啟。

（4）實現(xiàn)智能控污：應(yīng)用先進的IC射頻卡技術(shù)，使得排污收費更公正、便捷。

（5）實現(xiàn)強化執(zhí)法：通過此系統(tǒng)，對長期超標(biāo)排放或超標(biāo)嚴(yán)重的企業(yè)，以及被要求停產(chǎn)整頓的企業(yè)，可從技術(shù)上實現(xiàn)關(guān)閥，從而進一步強化環(huán)保部門對違法排污企業(yè)的行政執(zhí)法手段。

為此，中心平臺主要包括：企業(yè)信息管理功能；實時數(shù)據(jù)監(jiān)控功能（包括搜索引擎、以管網(wǎng)監(jiān)控的方式監(jiān)控企業(yè)的污水實時排放數(shù)據(jù)、以動態(tài)圖的形式顯示污染源的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、坐標(biāo)顯示污染源地理位置等）；趨勢預(yù)判分析及報表和圖表匯總功能；IC卡管理功能；遠(yuǎn)程設(shè)置參數(shù)、遠(yuǎn)程控制閥門和采樣的功能；運營與管理功能。

4結(jié)語

在節(jié)能減排的今天，應(yīng)用IC卡和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計的一種刷卡排污監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合環(huán)保部門核發(fā)的企業(yè)排污許可信息，通過定期刷卡充值，實時監(jiān)控各監(jiān)測因子濃度和總量，通過控制閥門開關(guān)實現(xiàn)排污剛性控制，并對超標(biāo)排放進行采樣，與一般排污控制系統(tǒng)相比，收費更合理，控制更科學(xué)，能實現(xiàn)省市縣三級聯(lián)網(wǎng)，為環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的建立奠定了基礎(chǔ)，具有很大的發(fā)展前景。

參 考 文 獻

[1]劉強，崔莉，陳海明. 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J]. 計算機科學(xué)，2010，37（6）： 1-4.

[2]王永虹，徐煒，郝立平. STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[3]劉天成.基于FM1702SL的USB接口的RFID讀卡器的設(shè)計[J].赤峰學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，25（6）：37-38.

[4]陳衛(wèi)兵，束慧.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的排污自動控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，26（1）：72-74.

[5]王琴，沈志鴻，蔣濤.污染源總量控制實施[J].能源環(huán)境保護，2013，27（2）：61-64.

作者簡介：劉建蘭（1979—），女，江蘇南通人，講師，工學(xué)碩士。主要從事智能控制方向教學(xué)與研究。

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收稿日期：2014-03-21

基金項目：江蘇省高?？蒲谐晒a(chǎn)業(yè)化項目（JHB2012-71）；

南通市科技項目（BK2013039）；

實用新型專利（ZL201320012903.2）

Design of remote monitoring?sampling system for blowdown by IC card swiping

LIU Jian-lan

(Nantong Vocational University, Nantong 226007, China)

Abstract: With the rapid development of modern economy, environmental pollution is increasingly serious, and the impact of industrial wastewater on the environment is increasingly prominent. For this reason, the?remote monitoring?sampling system for blowdown by IC card swiping? is developed based on IOT technology. The system consists of a center platform and field control equipment, which uses the IOT technology to realize communication. Through real-time monitoring of the aggregative indexes such as sewage flow, oxygen content and ammonia nitrogen content, the switch of the valve is rigidly controlled, and swiping IC card prepaid for blowdown is realized. According to over proof phenomenon of monitoring factor parameters, the real-time samples of sewage is done, which is convenient for further analysis and makes enforcement of the law justified. Compared with the flow control only before, the system is mor superior in many ways, such as more reasonable charge, more advanced law enforcement means. A foundation for environmental protection IOT was built by the design.

Keywords: Internet of Things; IC card swiping; blowdown; remote monitoring; sampling

中心平臺通過實時監(jiān)測各污染物因子的濃度值，與上限進行比較，當(dāng)超標(biāo)時發(fā)送采樣命令。該子系統(tǒng)在接收到采樣命令后，及時進行污水的采樣，并記錄下采樣時間和存儲瓶號。該子系統(tǒng)也可以實現(xiàn)時間等比例等多種方式的采樣。其中主要部分如下。

圖4污水采樣子系統(tǒng)

2.3.1提升泵的控制

提升泵的作用是當(dāng)污水離采樣器較遠(yuǎn)時，采樣前將污水抽到采樣器附近的蓄水池中，便于采樣，在具體應(yīng)用中采用繼電器直接控制泵的電源就可以啦。

2.3.2蠕動泵和分瓶器模塊的設(shè)計

為了將污水抽入瓶中，采用蠕動泵實現(xiàn)，蠕動泵內(nèi)壓有軟管，通過蠕動泵不斷對軟管的擠壓，這樣實現(xiàn)污水的采樣。為了控制蠕動泵采樣污水的量，設(shè)計中采用步進電機進行控制。通過測量步進電機每100步對應(yīng)的采樣量，然后推算出實際需采樣的量對應(yīng)的步進電機步數(shù)。達(dá)到精確控制采樣量的要求。

分瓶器的作用是將污水的進水軟管口移到對應(yīng)的瓶口處，便于將污水采樣到對應(yīng)瓶中，本子系統(tǒng)采用步進電機驅(qū)動搖臂實現(xiàn)，同樣通過控制其步數(shù)來實現(xiàn)搖臂的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)位置的精確控制。

3中心平臺監(jiān)控軟件的設(shè)計

中心平臺監(jiān)控軟件[4]為基于.Net平臺的Windows應(yīng)用程序，采用C#語言開發(fā)，數(shù)據(jù)庫使用SQL Server 2008，中心平臺主要包括web服務(wù)器軟件，數(shù)據(jù)庫以及前端通訊服務(wù)器軟件。

前端通訊服務(wù)器軟件主要實現(xiàn)對現(xiàn)場控制器實時發(fā)來的數(shù)據(jù)進行解析，保存到數(shù)據(jù)庫中，同時將控制命令下發(fā)給對應(yīng)的現(xiàn)場控制器。

web服務(wù)器軟件主要目標(biāo)包括以下幾點[5]：

（1）實現(xiàn)總量控制：以發(fā)放的排污許可證數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)場控制器采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，對國控、省控、市控污染源廢水排放量和污染物排放量進行監(jiān)控，在廢水或污染物排放量到達(dá)分配額度時，實施總量控制措施（即關(guān)閉污染源排污口閥門）。

（2）實現(xiàn)定額分配：通過對污染源在線監(jiān)測和流量數(shù)據(jù)的記錄，了解企業(yè)的實際排放情況，在企業(yè)排污許可到期換證時對其允許排放量進行重新核定，合理分配排污權(quán)。

（3）實現(xiàn)定向監(jiān)管：根據(jù)職能部門對各企業(yè)核定的污水流量及污染物總量通過IC射頻卡或中心進行充值來控制閥門的開啟。

（4）實現(xiàn)智能控污：應(yīng)用先進的IC射頻卡技術(shù)，使得排污收費更公正、便捷。

（5）實現(xiàn)強化執(zhí)法：通過此系統(tǒng)，對長期超標(biāo)排放或超標(biāo)嚴(yán)重的企業(yè)，以及被要求停產(chǎn)整頓的企業(yè)，可從技術(shù)上實現(xiàn)關(guān)閥，從而進一步強化環(huán)保部門對違法排污企業(yè)的行政執(zhí)法手段。

為此，中心平臺主要包括：企業(yè)信息管理功能；實時數(shù)據(jù)監(jiān)控功能（包括搜索引擎、以管網(wǎng)監(jiān)控的方式監(jiān)控企業(yè)的污水實時排放數(shù)據(jù)、以動態(tài)圖的形式顯示污染源的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、坐標(biāo)顯示污染源地理位置等）；趨勢預(yù)判分析及報表和圖表匯總功能；IC卡管理功能；遠(yuǎn)程設(shè)置參數(shù)、遠(yuǎn)程控制閥門和采樣的功能；運營與管理功能。

4結(jié)語

在節(jié)能減排的今天，應(yīng)用IC卡和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計的一種刷卡排污監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合環(huán)保部門核發(fā)的企業(yè)排污許可信息，通過定期刷卡充值，實時監(jiān)控各監(jiān)測因子濃度和總量，通過控制閥門開關(guān)實現(xiàn)排污剛性控制，并對超標(biāo)排放進行采樣，與一般排污控制系統(tǒng)相比，收費更合理，控制更科學(xué)，能實現(xiàn)省市縣三級聯(lián)網(wǎng)，為環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的建立奠定了基礎(chǔ)，具有很大的發(fā)展前景。

參 考 文 獻

[1]劉強，崔莉，陳海明. 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J]. 計算機科學(xué)，2010，37（6）： 1-4.

[2]王永虹，徐煒，郝立平. STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[3]劉天成.基于FM1702SL的USB接口的RFID讀卡器的設(shè)計[J].赤峰學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，25（6）：37-38.

[4]陳衛(wèi)兵，束慧.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的排污自動控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，26（1）：72-74.

[5]王琴，沈志鴻，蔣濤.污染源總量控制實施[J].能源環(huán)境保護，2013，27（2）：61-64.

作者簡介：劉建蘭（1979—），女，江蘇南通人，講師，工學(xué)碩士。主要從事智能控制方向教學(xué)與研究。

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收稿日期：2014-03-21

基金項目：江蘇省高?？蒲谐晒a(chǎn)業(yè)化項目（JHB2012-71）；

南通市科技項目（BK2013039）；

實用新型專利（ZL201320012903.2）

Design of remote monitoring?sampling system for blowdown by IC card swiping

LIU Jian-lan

(Nantong Vocational University, Nantong 226007, China)

Abstract: With the rapid development of modern economy, environmental pollution is increasingly serious, and the impact of industrial wastewater on the environment is increasingly prominent. For this reason, the?remote monitoring?sampling system for blowdown by IC card swiping? is developed based on IOT technology. The system consists of a center platform and field control equipment, which uses the IOT technology to realize communication. Through real-time monitoring of the aggregative indexes such as sewage flow, oxygen content and ammonia nitrogen content, the switch of the valve is rigidly controlled, and swiping IC card prepaid for blowdown is realized. According to over proof phenomenon of monitoring factor parameters, the real-time samples of sewage is done, which is convenient for further analysis and makes enforcement of the law justified. Compared with the flow control only before, the system is mor superior in many ways, such as more reasonable charge, more advanced law enforcement means. A foundation for environmental protection IOT was built by the design.

Keywords: Internet of Things; IC card swiping; blowdown; remote monitoring; sampling

中心平臺通過實時監(jiān)測各污染物因子的濃度值，與上限進行比較，當(dāng)超標(biāo)時發(fā)送采樣命令。該子系統(tǒng)在接收到采樣命令后，及時進行污水的采樣，并記錄下采樣時間和存儲瓶號。該子系統(tǒng)也可以實現(xiàn)時間等比例等多種方式的采樣。其中主要部分如下。

圖4污水采樣子系統(tǒng)

2.3.1提升泵的控制

提升泵的作用是當(dāng)污水離采樣器較遠(yuǎn)時，采樣前將污水抽到采樣器附近的蓄水池中，便于采樣，在具體應(yīng)用中采用繼電器直接控制泵的電源就可以啦。

2.3.2蠕動泵和分瓶器模塊的設(shè)計

為了將污水抽入瓶中，采用蠕動泵實現(xiàn)，蠕動泵內(nèi)壓有軟管，通過蠕動泵不斷對軟管的擠壓，這樣實現(xiàn)污水的采樣。為了控制蠕動泵采樣污水的量，設(shè)計中采用步進電機進行控制。通過測量步進電機每100步對應(yīng)的采樣量，然后推算出實際需采樣的量對應(yīng)的步進電機步數(shù)。達(dá)到精確控制采樣量的要求。

分瓶器的作用是將污水的進水軟管口移到對應(yīng)的瓶口處，便于將污水采樣到對應(yīng)瓶中，本子系統(tǒng)采用步進電機驅(qū)動搖臂實現(xiàn)，同樣通過控制其步數(shù)來實現(xiàn)搖臂的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)位置的精確控制。

3中心平臺監(jiān)控軟件的設(shè)計

中心平臺監(jiān)控軟件[4]為基于.Net平臺的Windows應(yīng)用程序，采用C#語言開發(fā)，數(shù)據(jù)庫使用SQL Server 2008，中心平臺主要包括web服務(wù)器軟件，數(shù)據(jù)庫以及前端通訊服務(wù)器軟件。

前端通訊服務(wù)器軟件主要實現(xiàn)對現(xiàn)場控制器實時發(fā)來的數(shù)據(jù)進行解析，保存到數(shù)據(jù)庫中，同時將控制命令下發(fā)給對應(yīng)的現(xiàn)場控制器。

web服務(wù)器軟件主要目標(biāo)包括以下幾點[5]：

（1）實現(xiàn)總量控制：以發(fā)放的排污許可證數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)場控制器采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，對國控、省控、市控污染源廢水排放量和污染物排放量進行監(jiān)控，在廢水或污染物排放量到達(dá)分配額度時，實施總量控制措施（即關(guān)閉污染源排污口閥門）。

（2）實現(xiàn)定額分配：通過對污染源在線監(jiān)測和流量數(shù)據(jù)的記錄，了解企業(yè)的實際排放情況，在企業(yè)排污許可到期換證時對其允許排放量進行重新核定，合理分配排污權(quán)。

（3）實現(xiàn)定向監(jiān)管：根據(jù)職能部門對各企業(yè)核定的污水流量及污染物總量通過IC射頻卡或中心進行充值來控制閥門的開啟。

（4）實現(xiàn)智能控污：應(yīng)用先進的IC射頻卡技術(shù)，使得排污收費更公正、便捷。

（5）實現(xiàn)強化執(zhí)法：通過此系統(tǒng)，對長期超標(biāo)排放或超標(biāo)嚴(yán)重的企業(yè)，以及被要求停產(chǎn)整頓的企業(yè)，可從技術(shù)上實現(xiàn)關(guān)閥，從而進一步強化環(huán)保部門對違法排污企業(yè)的行政執(zhí)法手段。

為此，中心平臺主要包括：企業(yè)信息管理功能；實時數(shù)據(jù)監(jiān)控功能（包括搜索引擎、以管網(wǎng)監(jiān)控的方式監(jiān)控企業(yè)的污水實時排放數(shù)據(jù)、以動態(tài)圖的形式顯示污染源的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、坐標(biāo)顯示污染源地理位置等）；趨勢預(yù)判分析及報表和圖表匯總功能；IC卡管理功能；遠(yuǎn)程設(shè)置參數(shù)、遠(yuǎn)程控制閥門和采樣的功能；運營與管理功能。

4結(jié)語

在節(jié)能減排的今天，應(yīng)用IC卡和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計的一種刷卡排污監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合環(huán)保部門核發(fā)的企業(yè)排污許可信息，通過定期刷卡充值，實時監(jiān)控各監(jiān)測因子濃度和總量，通過控制閥門開關(guān)實現(xiàn)排污剛性控制，并對超標(biāo)排放進行采樣，與一般排污控制系統(tǒng)相比，收費更合理，控制更科學(xué)，能實現(xiàn)省市縣三級聯(lián)網(wǎng)，為環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的建立奠定了基礎(chǔ)，具有很大的發(fā)展前景。

參 考 文 獻

[1]劉強，崔莉，陳海明. 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J]. 計算機科學(xué)，2010，37（6）： 1-4.

[2]王永虹，徐煒，郝立平. STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[3]劉天成.基于FM1702SL的USB接口的RFID讀卡器的設(shè)計[J].赤峰學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，25（6）：37-38.

[4]陳衛(wèi)兵，束慧.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的排污自動控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，26（1）：72-74.

[5]王琴，沈志鴻，蔣濤.污染源總量控制實施[J].能源環(huán)境保護，2013，27（2）：61-64.

作者簡介：劉建蘭（1979—），女，江蘇南通人，講師，工學(xué)碩士。主要從事智能控制方向教學(xué)與研究。

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收稿日期：2014-03-21

基金項目：江蘇省高校科研成果產(chǎn)業(yè)化項目（JHB2012-71）；

南通市科技項目（BK2013039）；

實用新型專利（ZL201320012903.2）

Design of remote monitoring?sampling system for blowdown by IC card swiping

LIU Jian-lan

(Nantong Vocational University, Nantong 226007, China)

Abstract: With the rapid development of modern economy, environmental pollution is increasingly serious, and the impact of industrial wastewater on the environment is increasingly prominent. For this reason, the?remote monitoring?sampling system for blowdown by IC card swiping? is developed based on IOT technology. The system consists of a center platform and field control equipment, which uses the IOT technology to realize communication. Through real-time monitoring of the aggregative indexes such as sewage flow, oxygen content and ammonia nitrogen content, the switch of the valve is rigidly controlled, and swiping IC card prepaid for blowdown is realized. According to over proof phenomenon of monitoring factor parameters, the real-time samples of sewage is done, which is convenient for further analysis and makes enforcement of the law justified. Compared with the flow control only before, the system is mor superior in many ways, such as more reasonable charge, more advanced law enforcement means. A foundation for environmental protection IOT was built by the design.

Keywords: Internet of Things; IC card swiping; blowdown; remote monitoring; sampling