摘 要：現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)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(duì)環(huán)境的影響問(wèn)題日益突出。為此，文章開(kāi)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(cè)監(jiān)控采樣系統(tǒng)。該系統(tǒng)由中心平臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備組成，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)通訊，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)污水的流量、化學(xué)需氧量和氨氮等綜合指標(biāo)來(lái)剛性控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，并實(shí)現(xiàn)了刷IC卡預(yù)付費(fèi)排污。同時(shí)針對(duì)監(jiān)測(cè)因子參數(shù)的超標(biāo)現(xiàn)象進(jìn)行污水實(shí)時(shí)采集留樣，便于進(jìn)一步分析，做到執(zhí)法有理有據(jù)。該方法與以往只對(duì)流量進(jìn)行控制相比，收費(fèi)更合理，執(zhí)法手段更先進(jìn)，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(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(duì)環(huán)境的影響問(wèn)題日益突出。人們對(duì)企業(yè)排放的污水流量進(jìn)行監(jiān)控的同時(shí)，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(shí)現(xiàn)對(duì)污水排放的控制，是本論文的研究?jī)?nèi)容之一；對(duì)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(tái)，便于省市縣三級(jí)聯(lián)網(wǎng)，是本論文研究的內(nèi)容之三。

計(jì)算機(jī)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(dòng)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(jìn)行控制和合理預(yù)付費(fèi)的刷卡排污遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)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(tái)，可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)排污的控制，并對(duì)監(jiān)測(cè)因子參數(shù)的超標(biāo)現(xiàn)象進(jìn)行污水采樣，從而為環(huán)保部門(mén)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(tái)、現(xiàn)場(chǎng)控制器兩大部分組成。其中，中心平臺(tái)分為三大部分：web服務(wù)器軟件，數(shù)據(jù)庫(kù)以及前端通訊服務(wù)器軟件?，F(xiàn)場(chǎng)控制器部分實(shí)現(xiàn)污水的流量、COD、氨氮等監(jiān)測(cè)因子的采集，并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與中心平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換?，F(xiàn)場(chǎng)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(gè)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(dú)立工作，以分別實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、刷卡控制、污水采樣，同時(shí)三大子系統(tǒng)又可以與中心平臺(tái)協(xié)調(diào)工作，實(shí)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(guò)各種接入網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)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(jiān)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。在本系統(tǒng)中，中心平臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)控制器之間的通訊通過(guò)GPRS實(shí)現(xiàn)。另外對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)通訊。

1.3總量計(jì)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(duì)他們的監(jiān)測(cè)由相應(yīng)的一次儀表實(shí)現(xiàn)，而對(duì)應(yīng)的排放總量為污染物濃度與對(duì)應(yīng)的廢水流量的乘積。以分鐘為控制單位，式（1）為其計(jì)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(tái)設(shè)置相關(guān)污染物因子的月排放允許量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)排污的控制。

2現(xiàn)場(chǎng)控制器的設(shè)計(jì)

2.1數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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(chǔ)SD卡、A/D采集和串口擴(kuò)展等組成，通過(guò)A/D采集模塊和串口擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)污水流量、COD、氨氮等信號(hào)采集、顯示，并在中心平臺(tái)和刷卡控制子系統(tǒng)、污水采樣子系統(tǒng)之間實(shí)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(chǔ)器和512 KB的閃存，具有豐富的接口，如： 5個(gè)USART、2個(gè)I2C、3個(gè)SPI、1個(gè)RTC、1個(gè)USB、1個(gè)CAN、1個(gè) SDIO、4個(gè)通用16位定時(shí)器和2個(gè)PWM定時(shí)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(jì)算和控制。

通過(guò)STM32F103VE6芯片的SPI接口與SD卡連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的保存，具體包括監(jiān)測(cè)因子的分鐘數(shù)據(jù)、小時(shí)數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)、年數(shù)據(jù)等。便于實(shí)時(shí)查詢。

該子系統(tǒng)采用STM32F103VE6芯片的RTC作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘，為保證實(shí)時(shí)時(shí)鐘在市電掉電后還能正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)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?？萍加邢薰旧a(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(hào)經(jīng)多選一模擬開(kāi)關(guān)ADG508選擇后進(jìn)入儀表放大器INA128，然后送入AD芯片CS1180進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

芯片CS1180通過(guò)四通道數(shù)字隔離器ADuM1401與STM32F103VE6芯片的一個(gè)SPI口進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

本文所設(shè)計(jì)的AD采集模塊可以采集8路4～20mA/0～ 5 V的模擬信號(hào)，便于現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)一次儀表的接入。

2.1.3串口擴(kuò)展模塊

STM32F103VE6芯片有5個(gè)USART，其中一個(gè)與GPRS DTU通訊，一個(gè)與工業(yè)串口屏通訊，還有3個(gè)串口。但是現(xiàn)場(chǎng)一次儀表有時(shí)有多個(gè)，這時(shí)串口就不夠用了，為了保證現(xiàn)場(chǎng)一次儀表能全部連接到本子系統(tǒng)，因此需對(duì)串口進(jìn)行擴(kuò)展。

本系統(tǒng)采用成都國(guó)騰微電子有限公司生產(chǎn)的GM8125芯片進(jìn)行串口擴(kuò)展，該芯片可以將一個(gè)全雙工的標(biāo)準(zhǔn)串口擴(kuò)展成 5 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串口，并能通過(guò)外部引腳控制串口擴(kuò)展模式：?jiǎn)瓮ǖ拦ぷ髂Ｊ胶投嗤ǖ拦ぷ髂Ｊ?，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(kāi)發(fā)的工業(yè)串口屏DMG80480C070_01WT作為人機(jī)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(guò)串口與主控芯片進(jìn)行通信。

2.2刷卡控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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(xiě)器[3]、天線、IC卡、時(shí)鐘（SD2058）、液晶（12864）、獨(dú)立式按鍵和單片機(jī)（STC12C5A32S2）組成。該部分主要功能是實(shí)現(xiàn)刷卡充值功能和閥門(mén)控制功能。

刷卡充值功能有兩種方式：一種是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)刷卡將排污允許量輸入到單片機(jī)的EEPROM中；另一種是通過(guò)中心平臺(tái)遠(yuǎn)程充值后下發(fā)給該模塊，然后與剩余值進(jìn)行累加，再保存到單片機(jī)的EEPROM中。

圖3刷卡控制子系統(tǒng)

本子系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收中心平臺(tái)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)發(fā)來(lái)的總量數(shù)據(jù)并進(jìn)行實(shí)時(shí)扣除，當(dāng)允許量為0時(shí)，進(jìn)行關(guān)閥處理。亦可實(shí)時(shí)接收中心平臺(tái)發(fā)送的開(kāi)閥命令或關(guān)閥命令實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)閥。開(kāi)關(guān)閥電路由繼電器觸點(diǎn)實(shí)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(jì)

污水采樣子系統(tǒng)主要由單片機(jī)（STC12C5A32S2）、時(shí)鐘（SD2058）、工業(yè)串口屏（DMG80480C070_01WT）、溫度檢測(cè)（18B20）、泵控制、步進(jìn)電機(jī)控制、存儲(chǔ)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(tái)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各污染物因子的濃度值，與上限進(jìn)行比較，當(dāng)超標(biāo)時(shí)發(fā)送采樣命令。該子系統(tǒng)在接收到采樣命令后，及時(shí)進(jìn)行污水的采樣，并記錄下采樣時(shí)間和存儲(chǔ)瓶號(hào)。該子系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)時(shí)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(shí)，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(dòng)泵和分瓶器模塊的設(shè)計(jì)

為了將污水抽入瓶中，采用蠕動(dòng)泵實(shí)現(xiàn)，蠕動(dòng)泵內(nèi)壓有軟管，通過(guò)蠕動(dòng)泵不斷對(duì)軟管的擠壓，這樣實(shí)現(xiàn)污水的采樣。為了控制蠕動(dòng)泵采樣污水的量，設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。通過(guò)測(cè)量步進(jìn)電機(jī)每100步對(duì)應(yīng)的采樣量，然后推算出實(shí)際需采樣的量對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)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(jìn)水軟管口移到對(duì)應(yīng)的瓶口處，便于將污水采樣到對(duì)應(yīng)瓶中，本子系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)搖臂實(shí)現(xiàn)，同樣通過(guò)控制其步數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)搖臂的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)位置的精確控制。

3中心平臺(tái)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)

中心平臺(tái)監(jiān)控軟件[4]為基于.Net平臺(tái)的Windows應(yīng)用程序，采用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)使用SQL Server 2008，中心平臺(tái)主要包括web服務(wù)器軟件，數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制器實(shí)時(shí)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)將控制命令下發(fā)給對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)控制器。

web服務(wù)器軟件主要目標(biāo)包括以下幾點(diǎn)[5]：

（1）實(shí)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(chǎng)控制器采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)國(guó)控、省控、市控污染源廢水排放量和污染物排放量進(jìn)行監(jiān)控，在廢水或污染物排放量到達(dá)分配額度時(shí)，實(shí)施總量控制措施（即關(guān)閉污染源排污口閥門(mén)）。

（2）實(shí)現(xiàn)定額分配：通過(guò)對(duì)污染源在線監(jiān)測(cè)和流量數(shù)據(jù)的記錄，了解企業(yè)的實(shí)際排放情況，在企業(yè)排污許可到期換證時(shí)對(duì)其允許排放量進(jìn)行重新核定，合理分配排污權(quán)。

（3）實(shí)現(xiàn)定向監(jiān)管：根據(jù)職能部門(mén)對(duì)各企業(yè)核定的污水流量及污染物總量通過(guò)IC射頻卡或中心進(jìn)行充值來(lái)控制閥門(mén)的開(kāi)啟。

（4）實(shí)現(xiàn)智能控污：應(yīng)用先進(jìn)的IC射頻卡技術(shù)，使得排污收費(fèi)更公正、便捷。

（5）實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化執(zhí)法：通過(guò)此系統(tǒng)，對(duì)長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)關(guān)閥，從而進(jìn)一步強(qiáng)化環(huán)保部門(mén)對(duì)違法排污企業(yè)的行政執(zhí)法手段。

為此，中心平臺(tái)主要包括：企業(yè)信息管理功能；實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)排放數(shù)據(jù)、以動(dòng)態(tài)圖的形式顯示污染源的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、坐標(biāo)顯示污染源地理位置等）；趨勢(shì)預(yù)判分析及報(bào)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(mén)和采樣的功能；運(yùn)營(yíng)與管理功能。

4結(jié)語(yǔ)

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(jì)的一種刷卡排污監(jiān)測(cè)監(jiān)控采樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合環(huán)保部門(mén)核發(fā)的企業(yè)排污許可信息，通過(guò)定期刷卡充值，實(shí)時(shí)監(jiān)控各監(jiān)測(cè)因子濃度和總量，通過(guò)控制閥門(mén)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)排污剛性控制，并對(duì)超標(biāo)排放進(jìn)行采樣，與一般排污控制系統(tǒng)相比，收費(fèi)更合理，控制更科學(xué)，能實(shí)現(xiàn)省市縣三級(jí)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(xiàn)

[1]劉強(qiáng)，崔莉，陳海明. 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)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(shí)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(jì)[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)：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(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，26（1）：72-74.

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

作者簡(jiǎn)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(xiàng)目：江蘇省高?？蒲谐晒a(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目（JHB2012-71）；

南通市科技項(xiàng)目（BK2013039）；

實(shí)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(tái)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各污染物因子的濃度值，與上限進(jìn)行比較，當(dāng)超標(biāo)時(shí)發(fā)送采樣命令。該子系統(tǒng)在接收到采樣命令后，及時(shí)進(jìn)行污水的采樣，并記錄下采樣時(shí)間和存儲(chǔ)瓶號(hào)。該子系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)時(shí)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(shí)，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(dòng)泵和分瓶器模塊的設(shè)計(jì)

為了將污水抽入瓶中，采用蠕動(dòng)泵實(shí)現(xiàn)，蠕動(dòng)泵內(nèi)壓有軟管，通過(guò)蠕動(dòng)泵不斷對(duì)軟管的擠壓，這樣實(shí)現(xiàn)污水的采樣。為了控制蠕動(dòng)泵采樣污水的量，設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。通過(guò)測(cè)量步進(jìn)電機(jī)每100步對(duì)應(yīng)的采樣量，然后推算出實(shí)際需采樣的量對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)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(jìn)水軟管口移到對(duì)應(yīng)的瓶口處，便于將污水采樣到對(duì)應(yīng)瓶中，本子系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)搖臂實(shí)現(xiàn)，同樣通過(guò)控制其步數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)搖臂的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)位置的精確控制。

3中心平臺(tái)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)

中心平臺(tái)監(jiān)控軟件[4]為基于.Net平臺(tái)的Windows應(yīng)用程序，采用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)使用SQL Server 2008，中心平臺(tái)主要包括web服務(wù)器軟件，數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制器實(shí)時(shí)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)將控制命令下發(fā)給對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)控制器。

web服務(wù)器軟件主要目標(biāo)包括以下幾點(diǎn)[5]：

（1）實(shí)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(chǎng)控制器采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)國(guó)控、省控、市控污染源廢水排放量和污染物排放量進(jìn)行監(jiān)控，在廢水或污染物排放量到達(dá)分配額度時(shí)，實(shí)施總量控制措施（即關(guān)閉污染源排污口閥門(mén)）。

（2）實(shí)現(xiàn)定額分配：通過(guò)對(duì)污染源在線監(jiān)測(cè)和流量數(shù)據(jù)的記錄，了解企業(yè)的實(shí)際排放情況，在企業(yè)排污許可到期換證時(shí)對(duì)其允許排放量進(jìn)行重新核定，合理分配排污權(quán)。

（3）實(shí)現(xiàn)定向監(jiān)管：根據(jù)職能部門(mén)對(duì)各企業(yè)核定的污水流量及污染物總量通過(guò)IC射頻卡或中心進(jìn)行充值來(lái)控制閥門(mén)的開(kāi)啟。

（4）實(shí)現(xiàn)智能控污：應(yīng)用先進(jìn)的IC射頻卡技術(shù)，使得排污收費(fèi)更公正、便捷。

（5）實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化執(zhí)法：通過(guò)此系統(tǒng)，對(duì)長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)關(guān)閥，從而進(jìn)一步強(qiáng)化環(huán)保部門(mén)對(duì)違法排污企業(yè)的行政執(zhí)法手段。

為此，中心平臺(tái)主要包括：企業(yè)信息管理功能；實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)排放數(shù)據(jù)、以動(dòng)態(tài)圖的形式顯示污染源的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、坐標(biāo)顯示污染源地理位置等）；趨勢(shì)預(yù)判分析及報(bào)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(mén)和采樣的功能；運(yùn)營(yíng)與管理功能。

4結(jié)語(yǔ)

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(jì)的一種刷卡排污監(jiān)測(cè)監(jiān)控采樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合環(huán)保部門(mén)核發(fā)的企業(yè)排污許可信息，通過(guò)定期刷卡充值，實(shí)時(shí)監(jiān)控各監(jiān)測(cè)因子濃度和總量，通過(guò)控制閥門(mén)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)排污剛性控制，并對(duì)超標(biāo)排放進(jìn)行采樣，與一般排污控制系統(tǒng)相比，收費(fèi)更合理，控制更科學(xué)，能實(shí)現(xiàn)省市縣三級(jí)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(xiàn)

[1]劉強(qiáng)，崔莉，陳海明. 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)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(shí)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(jì)[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)：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(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，26（1）：72-74.

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

作者簡(jiǎn)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(xiàng)目：江蘇省高?？蒲谐晒a(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目（JHB2012-71）；

南通市科技項(xiàng)目（BK2013039）；

實(shí)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(tái)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各污染物因子的濃度值，與上限進(jìn)行比較，當(dāng)超標(biāo)時(shí)發(fā)送采樣命令。該子系統(tǒng)在接收到采樣命令后，及時(shí)進(jìn)行污水的采樣，并記錄下采樣時(shí)間和存儲(chǔ)瓶號(hào)。該子系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)時(shí)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(shí)，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(dòng)泵和分瓶器模塊的設(shè)計(jì)

為了將污水抽入瓶中，采用蠕動(dòng)泵實(shí)現(xiàn)，蠕動(dòng)泵內(nèi)壓有軟管，通過(guò)蠕動(dòng)泵不斷對(duì)軟管的擠壓，這樣實(shí)現(xiàn)污水的采樣。為了控制蠕動(dòng)泵采樣污水的量，設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。通過(guò)測(cè)量步進(jìn)電機(jī)每100步對(duì)應(yīng)的采樣量，然后推算出實(shí)際需采樣的量對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)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(jìn)水軟管口移到對(duì)應(yīng)的瓶口處，便于將污水采樣到對(duì)應(yīng)瓶中，本子系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)搖臂實(shí)現(xiàn)，同樣通過(guò)控制其步數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)搖臂的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)位置的精確控制。

3中心平臺(tái)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)

中心平臺(tái)監(jiān)控軟件[4]為基于.Net平臺(tái)的Windows應(yīng)用程序，采用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)使用SQL Server 2008，中心平臺(tái)主要包括web服務(wù)器軟件，數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制器實(shí)時(shí)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)將控制命令下發(fā)給對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)控制器。

web服務(wù)器軟件主要目標(biāo)包括以下幾點(diǎn)[5]：

（1）實(shí)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(chǎng)控制器采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)國(guó)控、省控、市控污染源廢水排放量和污染物排放量進(jìn)行監(jiān)控，在廢水或污染物排放量到達(dá)分配額度時(shí)，實(shí)施總量控制措施（即關(guān)閉污染源排污口閥門(mén)）。

（2）實(shí)現(xiàn)定額分配：通過(guò)對(duì)污染源在線監(jiān)測(cè)和流量數(shù)據(jù)的記錄，了解企業(yè)的實(shí)際排放情況，在企業(yè)排污許可到期換證時(shí)對(duì)其允許排放量進(jìn)行重新核定，合理分配排污權(quán)。

（3）實(shí)現(xiàn)定向監(jiān)管：根據(jù)職能部門(mén)對(duì)各企業(yè)核定的污水流量及污染物總量通過(guò)IC射頻卡或中心進(jìn)行充值來(lái)控制閥門(mén)的開(kāi)啟。

（4）實(shí)現(xiàn)智能控污：應(yīng)用先進(jìn)的IC射頻卡技術(shù)，使得排污收費(fèi)更公正、便捷。

（5）實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化執(zhí)法：通過(guò)此系統(tǒng)，對(duì)長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)關(guān)閥，從而進(jìn)一步強(qiáng)化環(huán)保部門(mén)對(duì)違法排污企業(yè)的行政執(zhí)法手段。

為此，中心平臺(tái)主要包括：企業(yè)信息管理功能；實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)排放數(shù)據(jù)、以動(dòng)態(tài)圖的形式顯示污染源的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、坐標(biāo)顯示污染源地理位置等）；趨勢(shì)預(yù)判分析及報(bào)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(mén)和采樣的功能；運(yùn)營(yíng)與管理功能。

4結(jié)語(yǔ)

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(jì)的一種刷卡排污監(jiān)測(cè)監(jiān)控采樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合環(huán)保部門(mén)核發(fā)的企業(yè)排污許可信息，通過(guò)定期刷卡充值，實(shí)時(shí)監(jiān)控各監(jiān)測(cè)因子濃度和總量，通過(guò)控制閥門(mén)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)排污剛性控制，并對(duì)超標(biāo)排放進(jìn)行采樣，與一般排污控制系統(tǒng)相比，收費(fèi)更合理，控制更科學(xué)，能實(shí)現(xiàn)省市縣三級(jí)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(xiàn)

[1]劉強(qiáng)，崔莉，陳海明. 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)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(shí)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(jì)[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)：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(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，26（1）：72-74.

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

作者簡(jiǎn)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(xiàng)目：江蘇省高校科研成果產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目（JHB2012-71）；

南通市科技項(xiàng)目（BK2013039）；

實(shí)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