1.前言
奉化市农村人口分布特点是密度低、区域广、生活污水排放面大且零散等特点，通过建立遥测站的基础设施进行监管具有以下难题：（1）生活污水治理站点的地理位置分布零散，并且不适合集中监控。（2）随着农村生活污水监测点不断增加，监控系统网络也不断扩大，要求系统有较强的扩展性。（3）各网络节点的数据采集与监视管理系统数据交互具有实时性，保证实时传输，对无人值守的远程测站要求具有在线遥测的能力。为实现污水处理设备正常运转、污水处理容量、污水液位等信息要进行统一管理，就要对各实施区域内的污水液位、污水流量、工作水泵及风机运行状态进行实时监测与数据统计。即要建立一个无线传感网络进行系统内各监控站点进行实时性、可靠性的数据采集，创建一个在线污水监控系统，是实施农村污水监控的关键。
2.污水监控系统设计方案
针对环境等方面监控可以采用多种方式，本方案从实时性、可靠性、兼容性、成本等多方面考虑，创建一个基于ZigBee无线传感网络，如图1所示，对各监控站点的信息进行采集和传送至网络监控中心，并由网络监控中心对信息进行整合处理，由相关部门人员根据获得信息进行合理的处理。
图1 基于ZigBee无线传感网络 图2 系统硬件设计结构
本网络中的传感器网络中的功能节点如下：（1）监控中心：收集、转存和处理网络中数据的工作站，确定污水监测点的指标数据，并把分析结果发送给相关人员。(2)终端节点：汇聚各观测点的数据信息并将数据转发监控中心。
2.系统的整体设计
2.1.硬件系统设计
本网络的硬件系统结构如图2所示，其中ZigBee无线传感器网络是监控系统的核心，是由分布在各监测点的数据采集终端组成，本系统的数据采集终端是由PH传感器、溶解氧传感器以及Zig Bee功能模块组成，负责污水信息实时采集和传送，再由ZigBee模块合成通信协议信息包，通过TCP/IP协议传至协调器节点，最终将信息上传至监控中心，实现实时监测。网络协调器节点是负责网络的组建和管理，维护网络的正常运行，动态分配网络IP地址。监控中心主要处理网络协调器节点发送过来的污水数据，当检测到某监测点的污水指标问题时，通知相关人员以获得及时处理。电源模块为数据采集终端节点提供电能，因为ZigBee无线网络的功耗较低，经测试数据可知，电池充电一次可稳定提供3个月的电能，采用太阳能电池效果更好。
2.2系统软件设计
监控系统的软件部分主要包括数据采集终端节点、路由节点和协调器节点三部分。数据采集终端节点上电后，ZigBee无线模块首先初始化、监听信道和网络搜索。当搜索到网络后发出入网请求，协调器节点收到请求并给其分配网络IP地址。入网成功后，查询网络中是否有网关发来的指令接收，如有对指令进行处理，否则直接进入中断状态。执行发送准备工作结束后，需要对数据按协议格式封装和发送。发送完成便进入休眠状态并等待唤醒，工作流程如图3所示。协调器节点在工作前也需要进行系统初始化（I/O接口、外设等硬件初始化,ZigBee网络层、MAC层等协议栈的初始化）。本系统中，协调器节点主要用做两方面功能：一是充当协调器，二是充当路由器。协调器节点的主要任务是组建网络、管理节点的加入和离开、维护网络的正常运行。其工作流程如图4所示。
图3 数据采集终端节点工作流程 图4 协调节点工作流程
3.测试结果
监控中心的工作人员通过监控系统的上位机获得监测点污水指标信息，实现良好的人机实时交互，本上位机系统实现了数据显示和存储、信息反馈、数据通信等功能，可以实时显示监测点污水的PH值、溶解氧等重要的参考数据。系统运行后，可通过上位机启动网络，系统将自动组网，与监测端节点建立网络连接，协调器节点将监测端节点发来的数据整合并上传到监测中心节点，上位机系统对接收的数据进行分析、显示和报警等。ZigBee无线传感器网络具有低功耗、低成本、高可靠性等优点，利用其构建工业污水远程监测系统能大大降低整个系统的成本，提高系统的灵活性和智能化。本系统也可用于工业污水远程监测，对加强环境保护具有很好的实用性。
参考文献：
[1]夏志安.面向污水监测系统的传感器节点改进设计[J].机械与电子2017，35（8）
[2]尤婷,李培江.基于无线传感网络的污水监控系统研究[J].计算机仿真2012.29（2）
资助项目：奉化市农村生活污水治理设施远程信息化技术的研发及应用
作者：贾海军，高级工程师，傅宇，工程师，主要从事研究农村污水治理研究。
论文作者:贾海军,傅宇
论文发表刊物:《科技新时代》2017年12期
论文发表时间:2018/1/29
标签：节点论文; 污水论文; 网络论文; 系统论文; 终端论文; 监控系统论文; 数据论文; 《科技新时代》2017年12期论文;