基于ZigBee的造紙廢水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張修建 趙 茜 梁振虎 王君本

(1.燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北秦皇島，066004;2.西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院，陜西西安，710129)

基于ZigBee的造紙廢水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張修建1趙 茜1梁振虎1王君本2

(1.燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北秦皇島，066004;2.西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院，陜西西安，710129)

針對(duì)造紙工業(yè)廢水處理過(guò)程的遠(yuǎn)程監(jiān)控問(wèn)題，提出了一種基于ZigBee的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。在給出系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程的基礎(chǔ)上，利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和Web應(yīng)用技術(shù)等設(shè)計(jì)了系統(tǒng)各功能模塊，實(shí)現(xiàn)了造紙廢水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。用戶使用瀏覽器便可對(duì)造紙廢水廠的流程畫(huà)面與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與在線分析。

遠(yuǎn)程監(jiān)控;數(shù)據(jù)傳輸;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò);造紙污水處理;ZigBee

遠(yuǎn)程監(jiān)控是指通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視和控制。現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)大多采用有線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但存在復(fù)雜度高、擴(kuò)展性較差、維護(hù)困難、無(wú)法遠(yuǎn)程訪問(wèn)等問(wèn)題。在造紙廠廢水處理工藝中，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的環(huán)境比較惡劣、布線比較困難，如果采用有線通信方式往往投入很大［1-3］。為解決這些問(wèn)題，在工業(yè)污水監(jiān)控系統(tǒng)中引入ZigBee無(wú)線通信技術(shù)，用以解決因現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)所處環(huán)境惡劣、偏僻分散、監(jiān)測(cè)點(diǎn)較多、鋪設(shè)固定通信線路成本過(guò)高等問(wèn)題。

ZigBee技術(shù)是一種近距離、低功耗、低速率和低成本的無(wú)線通信技術(shù)，基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于造紙廢水各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)量及控制，具有網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠性高、組網(wǎng)靈活、延展性強(qiáng)及系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)［4-5］。運(yùn)用ZigBee技術(shù)組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控管理的信息化、自動(dòng)化，改善工人的工作條件以及加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)事故的應(yīng)急處理能力具有非常重要的意義。

本課題利用Internet和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)造紙工業(yè)廢水處理的監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)資源共享，以達(dá)到管理、控制和監(jiān)控的目的。面向基于工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，提出了一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及其功能實(shí)現(xiàn)，討論了系統(tǒng)軟硬件實(shí)現(xiàn)的可行性并給出系統(tǒng)主要界面。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

為了達(dá)到對(duì)造紙工業(yè)廢水處理現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理的目的，系統(tǒng)必須具備數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程傳輸、分析處理、存儲(chǔ)管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。為滿足系統(tǒng)的功能要求，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成如圖1所示的結(jié)構(gòu)［6］。該系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng) (現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控端)、數(shù)據(jù)接收與存儲(chǔ)子系統(tǒng) (監(jiān)控中心)和客戶端數(shù)據(jù)管理與監(jiān)控子系統(tǒng) (遠(yuǎn)程監(jiān)控端)3個(gè)子系統(tǒng)。

圖1 基于ZigBee的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)，由終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行控制設(shè)備等組成。傳感器節(jié)點(diǎn)用于采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并采用自組多跳路由無(wú)線方式把監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)定時(shí)發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，再由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)將收集到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳輸至監(jiān)控中心通信控制計(jì)算機(jī)。另外，執(zhí)行控制設(shè)備接受監(jiān)控中心轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的控制命令，對(duì)命令進(jìn)行解析、驗(yàn)證，然后采取相應(yīng)的動(dòng)作。

數(shù)據(jù)接收與存儲(chǔ)子系統(tǒng)，主要有通信控制計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和Web服務(wù)器組成，通信控制計(jì)算機(jī)通過(guò)串口與底層設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析和處理的控制，將現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)和設(shè)備狀況寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，并從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中獲取遠(yuǎn)程操作控制命令。Web服務(wù)器完成通過(guò)服務(wù)器擴(kuò)展技術(shù)如CGI、ASP、JSP等與客戶端的動(dòng)態(tài)交互;數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器配合用戶賬號(hào)的管理、各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及控制參數(shù)的存儲(chǔ)和管理，以備Web服務(wù)器訪問(wèn)。

客戶端數(shù)據(jù)管理與監(jiān)控子系統(tǒng)，是用戶通過(guò)瀏覽器直接與其交互的界面，從監(jiān)控中心獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或向其發(fā)送控制命令。該系統(tǒng)采用ASP.NET動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)。因采用B/S模式設(shè)計(jì)，用戶端只需使用標(biāo)準(zhǔn)的Internet瀏覽器即可訪問(wèn)服務(wù)器資源，不存在客戶端程序的開(kāi)發(fā)和維護(hù)［7］。用戶只要通過(guò)瀏覽器就能監(jiān)測(cè)到終端節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集的各類(lèi)數(shù)據(jù)，將歷史數(shù)據(jù)以列表和曲線的形式顯示出來(lái)，還可以分析并顯示出ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由結(jié)構(gòu)。

如圖1所示，由不同的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的基于ZigBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用到造紙廢水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中。這些節(jié)點(diǎn)分布隨機(jī)部署在廢水處理池的感知區(qū)域內(nèi)，用來(lái)監(jiān)測(cè)每個(gè)處理池中各處的廢水處理狀況，將終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)多跳路由匯集到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，同時(shí)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)也可以將信息發(fā)送給各節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器收到無(wú)線節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)幀后，進(jìn)行數(shù)據(jù)匯集，然后通過(guò)RS-232串口與通信控制計(jì)算機(jī)相連接，供串口通訊程序讀取，實(shí)時(shí)傳輸工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通信控制計(jì)算機(jī)接下來(lái)將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算，處理后的數(shù)據(jù)再通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，寫(xiě)入自定義的數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)監(jiān)控中心接入Internet時(shí)，管理者和技術(shù)研究人員就可以在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)監(jiān)測(cè)到所采集的信息，對(duì)造紙廢水處理狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

造紙工業(yè)廢水處理現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散，分布范圍廣，而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有密集型、隨機(jī)分布的特點(diǎn)，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的廢水處理環(huán)境中?；赯igBee的傳感器節(jié)點(diǎn)主要由傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模塊和能量供應(yīng)模塊4部分組成，能完成數(shù)據(jù)采集、信號(hào)檢測(cè)和傳遞信息的任務(wù)［8］。為便捷地實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)通信，選用JN5139無(wú)線模板作為系統(tǒng)核心芯片。JN5139芯片是一種低功耗、低成本的無(wú)線微控制器，適用于IEEE802.15.4和ZigBee的軟件應(yīng)用。芯片集成了一個(gè)32-bit RISC處理器，可充分兼容2.4 GHz IEEE802.15.4收發(fā)器，提供了192KBROM，96KBRAM以及4路12位ADC和2路11位DAC，另外還提供了豐富的模擬量和數(shù)字外圍設(shè)備接口。因此，JN5139僅需添加少量的外圍元件就可以完成ZigBee通信功能的硬件實(shí)現(xiàn)。

網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用樹(shù)狀網(wǎng)。其中終端節(jié)點(diǎn)由簡(jiǎn)化功能設(shè)備RFD(Reduced Function Device)擔(dān)任，主要完成對(duì)工業(yè)廢水各參數(shù)的采集處理，可以與路由節(jié)點(diǎn)及協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。路由節(jié)點(diǎn)及協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)由全功能設(shè)備FFD(Full Function Device)擔(dān)任，用來(lái)接收終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，可與網(wǎng)絡(luò)中任何類(lèi)型的設(shè)備進(jìn)行通信。其中路由節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)傳送或轉(zhuǎn)發(fā)連接在其上的ZigBee終端設(shè)備數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，之后，它與其他路由節(jié)點(diǎn)一樣，負(fù)責(zé)路由和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并且維持ZigBee網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)至少需要一個(gè)FFD實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)功能，其他終端設(shè)備可以是RFD，也可以是FFD，使用RFD用來(lái)降低能耗［9］。除了協(xié)調(diào)器具有 RS232通信接口外，RFD和FFD的硬件結(jié)構(gòu)完全相同，主要區(qū)別放在軟件方面。

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)儀表包括電磁流量計(jì)、工業(yè)酸度計(jì)、在線pH值測(cè)量?jī)x、COD傳感器等。終端節(jié)點(diǎn)通過(guò)JN5139內(nèi)部12位AD獲取傳感器采集數(shù)據(jù)，其模擬通道根據(jù)實(shí)際應(yīng)用可以連接不同類(lèi)型的傳感器，在每路數(shù)據(jù)前加參數(shù)類(lèi)型標(biāo)示，因此多路數(shù)據(jù)組幀時(shí)無(wú)需按順序放置，數(shù)據(jù)解析時(shí)依然可以正確獲取數(shù)據(jù)的物理意義。某一設(shè)備出現(xiàn)故障不會(huì)影響其他設(shè)備的正常工作，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸采用了碰撞避免機(jī)制和完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，而且網(wǎng)絡(luò)層和MAC層都有安全策略［10］，各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性，所以整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性都比較高。

2.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)管理軟件設(shè)計(jì)

傳感器網(wǎng)絡(luò)管理軟件主要分2個(gè)部分:終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和傳送模塊;協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)接收和發(fā)送模塊。協(xié)調(diào)器發(fā)布廣播，要求終端節(jié)點(diǎn)上傳各自的信息數(shù)據(jù)，終端節(jié)點(diǎn)在收到協(xié)調(diào)器下發(fā)的命令后，將傳感器采集到的電壓值以數(shù)據(jù)包的形式通過(guò)路由器轉(zhuǎn)發(fā)或者直接發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)幀格式如圖2所示。如果要監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浜吐酚山Y(jié)構(gòu)，可以在節(jié)點(diǎn)ID后添加節(jié)點(diǎn)自身網(wǎng)絡(luò)地址、父節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)地址以及相應(yīng)的路由信息來(lái)實(shí)現(xiàn)［11］。

圖2 數(shù)據(jù)幀格式

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)ID采用統(tǒng)一的編碼方式，“節(jié)點(diǎn)信息”字段數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為1字節(jié)，其中低四位為RFD節(jié)點(diǎn)號(hào)，高四位為FFD節(jié)點(diǎn)號(hào)。根據(jù)高四位將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到相應(yīng)的FFD，F(xiàn)FD再通過(guò)低四位編碼將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到對(duì)應(yīng)的RFD，即對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)。每個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)將采集到的電壓值數(shù)字化，放在開(kāi)辟的2 byte空間的低12位，高四位用于標(biāo)示方向位及物理量的類(lèi)型，如:溫度為0000(上行)，流量為0001(上行)，這樣在數(shù)據(jù)解析時(shí)可以有效區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)的物理意義。

為了保證網(wǎng)絡(luò)的成功搭建，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)采用唯一的網(wǎng)絡(luò)PAN ID，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含一個(gè)唯一的MAC地址。終端節(jié)點(diǎn)上電后首先進(jìn)行信道掃描，信道設(shè)置成與現(xiàn)有的協(xié)調(diào)器信道相同，并提供正確的認(rèn)證信息，然后與協(xié)調(diào)器建立連接。節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)后，從其協(xié)調(diào)器得到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址作為網(wǎng)絡(luò)中唯一的身份標(biāo)識(shí)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦蛄鞒倘鐖D3所示。

圖3 ZigBee終端節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)流程圖

協(xié)調(diào)器上電后首先初始化協(xié)議棧，然后進(jìn)行能量檢測(cè)，選擇合適的信道，啟動(dòng)并建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)。此后，即可允許路由節(jié)點(diǎn)或終端節(jié)點(diǎn)與其連接，接收來(lái)自各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過(guò)RS-232通信接口發(fā)送到到監(jiān)控中心通信控制計(jì)算機(jī)，程序流程圖如圖4所示。

在服務(wù)器端運(yùn)行的通信控制計(jì)算機(jī)軟件采用VC++開(kāi)發(fā)工具設(shè)計(jì)，串行通信采用MSComm控件完成數(shù)據(jù)幀的發(fā)送與接收。傳感器節(jié)點(diǎn)定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)給自己的路由節(jié)點(diǎn)，只有進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及控制時(shí)，才處于工作狀態(tài)，數(shù)據(jù)發(fā)送完后便進(jìn)入休眠狀態(tài)，以節(jié)省功耗，延長(zhǎng)使用壽命。

2.3 數(shù)據(jù)管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

基于B/S結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，結(jié)合了ASP.NET在Web應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)，允許用戶在客戶端瀏覽器上實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)自ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程終端瀏覽器在線監(jiān)測(cè)、分析和處理傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的功能。

圖4 ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)流程圖

在本系統(tǒng)中，監(jiān)控中心通信控制計(jì)算機(jī)采用VC++實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問(wèn)與讀取機(jī)制，把從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采集的各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理后將其發(fā)送到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，也可以把遠(yuǎn)程監(jiān)控端發(fā)出的控制指令通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給終端，根據(jù)工藝要求控制加藥泵的啟停等實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)廢水?dāng)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，它存儲(chǔ)報(bào)警數(shù)據(jù)、采集的廢水參數(shù)、控制命令及設(shè)備的工作狀態(tài)等。數(shù)據(jù)庫(kù)使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server 2000。在軟件上，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理采用了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)與內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合的方式。

運(yùn)用基于C#的ASP.NET技術(shù)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用這些參數(shù)放到Web頁(yè)面上，提供給登錄的用戶實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外，WEB應(yīng)用程序服務(wù)器采用IIS5.0，并采用ADO.NET來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)。Web服務(wù)器通過(guò)響應(yīng)遠(yuǎn)程客戶的HTTP請(qǐng)求，從Web數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)信息，生成HTML網(wǎng)頁(yè)發(fā)布到客戶端瀏覽器，并將客戶提交的控制命令存入數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。ADO.NET是.NET框架下的新的數(shù)據(jù)訪問(wèn)技術(shù)，利用ADO.NET可以方便高效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與Web應(yīng)用程序服務(wù)器分離，有利于數(shù)據(jù)的安全及Web應(yīng)用程序服務(wù)器的升級(jí)和維護(hù)［3，12］。

3 系統(tǒng)監(jiān)控效果與分析

系統(tǒng)首先在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行軟硬件開(kāi)發(fā)，組裝并調(diào)試成功，此后又將系統(tǒng)安裝到造紙廠廢水處理，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試和應(yīng)用。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及運(yùn)行后，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)和控制效果，傳輸數(shù)據(jù)可靠，對(duì)于大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、報(bào)表分析處理和實(shí)時(shí)讀取效果理想，尤其是在簡(jiǎn)化設(shè)備安裝布線、提高系統(tǒng)移動(dòng)性和數(shù)據(jù)管理等方面效果十分顯著。對(duì)于無(wú)線通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，外部干擾是不可避免的，所以系統(tǒng)安裝時(shí)要盡量減少或排除干擾因素的影響。

授權(quán)用戶登錄系統(tǒng)后，利用瀏覽器可以在線監(jiān)測(cè)到不同區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況、ZigBee協(xié)調(diào)器組網(wǎng)狀態(tài)、系統(tǒng)流程監(jiān)視、報(bào)表統(tǒng)計(jì)分析、趨勢(shì)曲線分析、遠(yuǎn)程故障診斷等信息，還可以根據(jù)當(dāng)時(shí)需求，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制參數(shù)達(dá)到生產(chǎn)要求。系統(tǒng)運(yùn)用Ajax技術(shù)進(jìn)行異步通信獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后利用得到的數(shù)據(jù)，通過(guò)JavaScript來(lái)構(gòu)造VML圖形對(duì)象形成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)曲線，該監(jiān)控系統(tǒng)的流量動(dòng)態(tài)繪制曲線的界面如圖5所示，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到曲線某點(diǎn)處時(shí)，會(huì)顯示出對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值及設(shè)備運(yùn)行狀況。該監(jiān)控系統(tǒng)在線查詢歷史數(shù)據(jù)報(bào)表的實(shí)際運(yùn)行界面如圖6所示。

4 結(jié)論

基于ZigBee的造紙廢水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式特點(diǎn)，有效地解決了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)遇到的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)固定、布線繁瑣等問(wèn)題，同時(shí)與Internet的結(jié)合，又為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了非常便捷的途徑。該監(jiān)控系統(tǒng)具有友好的操作界面，可以不受地理位置的限制，便于環(huán)保局環(huán)境監(jiān)控中心的審核及相關(guān)管理;技術(shù)人員不必親臨生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)就可以獲取重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)備控制和故障診斷;管理維護(hù)人員可以根據(jù)遠(yuǎn)端現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀況及時(shí)進(jìn)行分析、制定規(guī)劃等，從而更好地實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的信息共享和及時(shí)決策。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、節(jié)點(diǎn)部署簡(jiǎn)單靈活、工作穩(wěn)定、共享度高，很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)造紙廢水處理的遠(yuǎn)程監(jiān)控。該系統(tǒng)具有良好的遠(yuǎn)程可操作性，它在石化、電力、工業(yè)污水處理等行業(yè)的生產(chǎn)監(jiān)控自動(dòng)化中也具有廣泛的應(yīng)用前景。

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Design and Implementation of ZigBee Based Remote Monitoring System for Paper Wastewater

ZHANG Xiu-jian1，*ZHAO Xi1LIANG Zhen-hu1WANG Jun-ben2
(1．Institute of Electrical Engineering，Yanshan University，Qinhuangdao，Hebei Province，066004;2．Institute of Electronic Information，Northwestern Polytechnical University，Xi’an，Shanxi Province，710129)
(*E-mail zxjwell@163．com)

A ZigBee based remote monitoring system design method is proposed for remote monitoring paper mill wastewater treatment in this paper．Based on the proposed system framework and designing process for the hardware and software of the nodes，we design the system’s function modules by using wireless sensor network and WEB application technology，and realize the remote monitoring and control functions for paper wastewater treatment．The process pictures and data in paper wastewater plant can be monitored remotely and analyzed by the browser．

remote monitoring;data transmission;wireless sensor networks;chemical industrial wastewater treatment;ZigBee

X793;TS736+.4

B

0254-508X(2011)07-0040-05

張修建先生，碩士;研究方向:造紙工業(yè)污水處理技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。

2011-03-01(修改稿)

國(guó)家自然科學(xué)基金 (60934003)。

(責(zé)任編輯:馬 忻)