小型污水厂远程监控系统设计

摘要：为了实现对污水厂远程监控系统的需求，文中提出了基于ARM的小型污水厂远程监控系统设计方案，并完成了系统软硬件设计。文中采用ARM微处理器为主控制器，用模数转换采集现场数据，用摄像头采集现场图片，采用GPRS无线通信模块传输采集的信息，实现了小型污水厂图像和数据的采集、存储和无线传输功能。
关键词：污水厂；GPRS；ARM；远程监控

随着国家对环保投入的不断增加以及污水处理行业改革的不断深入，城市污水处理厂的运营管理向市场化、专业化、规模化、集团化趋势发展。许多专业的运营企业要运营管理同一城市的多个污水处理厂。因此，对污水处理厂的生产实施远程监控，对降低运行成本和加强生产管理以及确保污水处理工艺的高效运行和水质达标排放、提升企业运营管理的效率具有重要的意义。文中结合GPRS技术为小型污水处理厂设计一套基于ARM的污水处理远程监控系统。

1 监控系统的总体设计方案
根据污水处理装置的性能要求，监控点的系统由数据采集系统和图像采集系统及无线通信网络构成，数据采集系统由模拟量传感器，变送器，A／D模数转换器及ARM系统构成，各模拟量传感器将模拟信号送至信号变送器，使之放大变成标准信号，然后逐一送至AD／转换器，将模拟信号转换成数字信号，再由ARM处理器对数据进行采集、图像采集部分由串口摄像头和ARM控制器构成，摄像头先采集现场图片然后通过串口传给ARM控制器，ARM控制器把采集的数据和图像通过GPRS无线通信网传送给监控中心。系统总体结构图如图1所示。

使用AT指令通过GPRS Modem拨号，正确应答后，一条物理通道就是指GPRS信道就在系统中的GPRS Modem和GPRS网络之间建立起来。PPP协议将原始的GPRS物理层连接改造成无差错的数据链路，系统将远程登录Internet。并得到GPRS网关分配的IP地址。采用IP协议作为网络层协议。IP协议将接入Internet的具有不同IP地址的终端都联系起来。经过IP路由选择，可以实现系统与连在Internet上的任一IP终端进行数据交互。选择TCP作为传输层协议，为数据传输提供面向连接的、端对端的可靠服务。通过无线网络将数据包发送到具有固定IP地址的监控中心服务器端口以便在监控中心实时监控污水的参数，监控中心对采集到的数据进行处理、显示、存储、打印等。
文中以下主要就监控终端的硬件设计部分和软件部分做简要介绍。
2 系统硬件设计
根据污水处理装置的性能要求，监控点的系统由模拟量传感器、变送器、模数(A／D)转换器及ARM处理器等组成。各模拟量传感器将模拟信号送至信号变送器，使之放大变成标准信号，然后由多路开关逐一送至A／D转换器，将模拟信号转换成数字信号，再由ARM处理器对数据进行采集、数据处理、显示。同时，ARM处理系统通过GPRS将图像和数据经GPRS网络送到远程监控中心。系统硬件框图如图2所示。

系统终端以LPC2148为核心，对通信模块TR800进行控制。ARM CPU采用飞利浦公司的LPC2148，内核为基于ARM7DMI-S的精简指令集的通用32位高速微处理器。工作电压为3．3 V，内核工作电压为1．8 V；内置PLL锁相环可以设置CPU工作频率60 MHz，双UART口，提供数据的异步串行发送和接受：片内16 kB RAM和128 kB Flash程序存储器。LPC2148提供了2个串口，共有6个I／O口可供使用。它的接口电路部分包括8路模拟量输入通道，RS232串行口通信接口，其中数模转换为控制内置模块，精度为12位，基本可以满足一般控制对象的要求。终端应用程序在PC机上用IAR编译好通过JTAG接口下载到FLASH中，系统常用的参数，通过程序的设置放到主控器的信息存储器。