基于ZigBee的污水处理监控系统设计与实现

基于ZigBee的污水处理监控系统设计与实现□李明河陈刚王健王斌贝安徽工业大学电气信息学院一、引言近年来随着我国经济持续快速发展，生活污水的排放量与日俱增，污水处理行业越来越受到政府的重视。但目前国内的生活污水处理监控系统，大多数只是局限于单点监控或者是局域网内的监控，当控制系统需要扩展时，往往就会造成数据不能共享，硬件投资成本较高等问题[1]。在我国污水处理领域，还存在着规模小、操作复杂、大量数据冗余等不足。但是在国外，网络化的监控和管理系统已经相当成熟了，已经应用到自动化所涉及到的很多领域，如电力、冶金、化工、制药等等。因此为了进一步与国际技术接轨，基于计算机网络的自动监控技术必将在未来几年中得到普及和推广，并将会成为现代自动化技术应用的主流[1]。二、监控系统的结构根据现场设备分布情况和控制要求，采用西门子PLC200作为数据采集器件，结合其PROFIBUS-DP总线、工业以太网和ZigBee无线技术，组成开放的分布式计算机监控系统。综合采用数据自动采集、远程监控、网络通信、数据存储与处理等技术，为污水处理提供一个可视化、智能化的技术支持平台。控制系统网络结构如图1所示，与监控中心相连的ZigBee模块为中心节点，与现场控制器PLC相连的为终端节点[2]。【摘要】针对现有有线污水处理监控系统布线困难、成本高等问题，提出了引入ZigBee技术的应用方案。文章介绍了由西门子S7-200PLC、ZigBee和工控组态软件组成的无线监控系统在污水处理厂中的应用。本文分别对通信组网方法、现场控制端PLC通信程序设计和上位机通信软件设计做出了详细说明。实验表明：系统构建简单，工作稳定可靠，在监控中心通信与控制软件端可以很好地模拟出现场端的实时运行状况。【关键词】ZigBee曝气生物滤池监控系统污水处理参考文献[1]WHITEStanleyA.Applicationofdistributedarithmetictodigitalsignalprocessing:atutorialreview[J].IEEEASSPMagazine，1989，7：4-18[2]于亚萍，刘源，卫勇.利用改进DA算法FIR滤波器的仿真与实现[J].计算机工程与应用，2011，47（27）：77-79[3]YuYaping,LiuYuan，WeiYong.SimulationandrealizationofFIRfilterusingmodifieddistributedarithmeticarchitecture[J].ComputerEngi-neeringandApplications[J].2011，47（27）：77-79*基金项目：安徽省环保厅环境保护专项基金（2110307）；安徽省马鞍山市科技计划项目（JN-2011-05）实现方法FIR滤波器的阶数（阶）FPGA资源使用情况DSPelementsLEsM9KFmax（MHz）IPcore调用法15014622217.1631026612206.3663050403188.01127097796186.1225501927212167.6751103827324151.6164904884630147.21查阶跃响应法64994989167.47表1FPGA资源使用对比加法器实现，如果采用AlteraCycloneIV系列器件，型号为EP4CGX150（该器件具有149,760LEs（逻辑单元）和6,480Kbit嵌入式存储器），编译工程进行对比，该方法需要使用498LEs和9个M9K；而采用AlteraFIRIPcore实现该649阶滤波器模块，需要占用48846LEs和30个M9K。可以看出，采用查阶跃响应法实现的滤波器，在节省FPGA资源上有显著的优势。查阶跃响应法占用的资源和阶跃响应池中阶跃响应的个数关系密切，如果阶跃响应池中阶跃响应的个数一定，设计时占用的资源与滤波器的阶数关系不大，阶数变化主要是要修改指针计数器的地址。从表1的数据可以看出，采用调IPcore的方法实现FIR滤波器模块，当滤波器阶数越大时，占用的LE资源和嵌入式存储器资源（M9K）也越多，由于逻辑资源的大量占用，导致FPGA布线的延时加长，从而影响到最大系统时钟频率（Fmax）。因此，在输入波形为矩形波或者阶梯波，而且输入信号变化的间隔时间大于FIR滤波器的阶跃响应时间长度时，采用查阶跃响应法在FPGA上省了大量的LE资源，对比FIRIPcore生成的FIR滤波器模块，可以提高最大系统时钟速度。五、结束语从仿真和实验结果可以看出，当输入波形为阶梯波或者矩形波时，采用这种查询阶跃响应表的的方法能够解决现有技术中FIR滤波器需要大量乘法器和加法器的问题，达到了降低资源使用、提高系统运行速度的效果。新技术ewTechnol