（衢州学院 电气与信息工程学院 浙江 衢州324000）
摘要：针对目前国内造纸企业利用人工以及简单的仪器手段来进行污水排放标准监测存在效率低，成本高等问题，研究了污水水质自动监测系统。本文介绍了基于无线通讯传感器网络的造纸企业污水监测系统，实现水质数据自动采集和实时上传，可以实现对造纸企业污水进行更好的监测和预警等处理。
关键词: 无线传感器网络,污水监测,自动采集,实时上传
1.引言
现在水源污染和污水是否按标准排放已经成了社会密切关注的话题。近年来，国外学者基于自动控制工艺及控制系统研究开发了污水远程监控系统，实现对各污水处理厂的实时监控、数据采集和指令发布。相比发达国家的污水监测水平，我国污水自动化监测技术起步晚。衢州位于钱塘江源头，水质监测和保护责任重大，衢州造纸企业的污水监测一直采用传统的环境水质监测，主要以人工现场采样、实验室仪器分析为主。虽然近年发展起来的各式数据传输网络起到了一定的作用，但应用于水质的实时采集监测与水质分析系统环节还很薄弱。
因此，本系统基于无线传感器网络，通过构建具有低能耗、低成本的传感器网络拓扑结构对造纸企业污水进行实时监测，系统从感知层、传输层和应用层进行优化，使被测区域水质指标更可靠、更准确，更利于企业和环保部门的管理和控制。此外，该系统还具有布网简单和监测灵活等优点，适合企业的推广和应用。
2.系统总体设计
（1）系统总体架构组成
基于WSN的污水监测系统由数据采集部分、数据远程传输部分、信息上位监控中心这三大部分组成。其结构框图如图1所示。
图1 污水监测系统的结构设计图
（2）数据采集部分
该部分主要为传感网络的节点设计。造纸厂污水排出口处安装采集终端节点，如流量、PH、COD、BOD、氨氮传感器，如图 2所示连接方式。各污水排放点传感器将采集到流量、PH、COD、BOD、氨氮等指标进行分类、处理、储存，并将采集的数据经过信号调理模块进行________________
基金项目：衢州市科技计划项目（2014192）；衢州学院师资队伍建设基金项目（XNZQN201311;）衢州学院实验室开放项目（KFXM201511）；浙江省科技厅项目（2015C33230）。
作者1简介：叶国聪（1994—），男，浙江淳安，在校本科生。 指导老师：丁霞军。
打包发送给微处理器，微处理器通过射频传输模块、控制模块等将网络地址及MAC地址及采集到的信息发送给网络协调器。如果排污水渠比较分散，为了对企业污水监测更精确，传感节点需要分散布控，使得监控系统很庞大，因此在实际操作过程中，可以适当添加中继节点予以扩大无线传输距离。再者污水内水温、光照等原因，不同深度的水中，诸如溶解氧等被监测物质的浓度也可能有差异，因此需要在搭建污水监测网络时，需要充分考虑水下传感器节点的布局问题。基于此，本项设计中通过锚绳和浮漂把无线传感器节点锚定在水下不同深度以及水面。许多这样的监测区域组合在一起，形成水下监测网络拓扑结构。
图2 节点设计的硬件设计图
（3）无线通讯部分
采用了日本原产的日精数传电台 ND250A。作为数传界的优良品，其不仅功耗低、杂波小、发热少、可靠性高，收发转换速度快，同时体积小、价格低。此部分为整个系统提供了可靠的无线数据通信。
（4）监测中心上位机部分
信息上位监控中心是污水监测系统的上层管理系统，它通过运用WSN 技术和计算机网络技术，可以准确、实时、快速地与远程WSN节点进行通信，是整个系统实现管理、控制、分析等的指挥中心。其系统功能包括用户管理、系统设置、历史数据浏览查询、实时数据显示、数据输出等功能，功能结构图如图3所示。
3．系统的功能
本系统构建的污水在线监测系统实现传感器节点通过相应的水质参数传感器采集水中的PH值、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）和氨氮含量等信息并将其转换成数字信号，通过无线网络将采集到的数据发送到数据监测中心进行进一步的分析和存储，并从感知层、传输层和应用层对其进行优化，实现对该企业污水处理后排放的实时、有效在线监测。
图3 监测中心系统功能结构图
4.创新点
（1）研发了基于无线传感器网络的造纸企业污水监测的系统技术，可实现无需人工劳动所进行全天候地采集实时监测数据反馈给监测中心。
（2）系统采用无线传感器网络，能自组织网络，使得数据的测量更加精确，同时具有低能耗、成本低廉等优点。
（3）对污水监测系统从感知层、传输层和应用层进行优化，使被测区域污水指标更可靠、更准确，更利于企业和环保部门的管理和控制。
5.结论
本系统基于无线传感器拓扑网络建立了水质监测装置，并按照设定的采样时间将指标含量上传至监测中心，从而达到污水水质信息的监测和管理，以便监测人员及时应对处理。由此可知，实时的监测将大大降低人力，物力和财力的损失，并实现水质监测智能化、低功耗、少人力等优势。弥补了现用污水监测的不足。
6.参考文献
[1]钱志鸿，王义君．面向物联网的无线传感器网络综述．电子与信息学报，2013.01.
[2]洪峰等．无线传感器网络应用系统最新进展综述．计算机研究与发展，2010.02．
[3]邱发强．溶解氧检测及传感技术的研究．北京：北京化工大学，2012．
[4]赵丽清,惠鸿忠.单片机原理与C51基础.机械工业出版社，2013.09.
[5]方彦军.嵌入式系统原理与设计.国防工业出版社，2010.05
[6]谢希仁.计算机网络（第6版）.电子工业出版社，2013.06
[7]苏小红,王宇颖,孙志岗.C语言程序设计.高等教育出版社，2011.04
论文作者:叶国聪，黄亦磊，丁霞军
论文发表刊物:《科技中国》2016年5期
论文发表时间:2016/7/26
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