农村生活污水处理远程监控系统设计及流量预测研究

摘要

随着中国经济的快速发展，水环境质量却呈现不断恶化的趋势，其中一个重要的原因就是监测手段落后和监督管理力度不足。近年来，国家及各省市在水污染治理方面加强力度的同时，也越来越重视污水处理水质监测和管理方面。农村的水环境治理工作起步较晚，大多数农村地区还未有一套完整的远程监控系统来监测和反映污水处理的效果，因此，本文提出一种针对农村分散式污水处理设施的远程监控系统，实现了对污水处理数据的实时采集、显示和管理，并通过修改变频器参数远程控制现场设备的运转。　　本文分析了国内外水质在线监测系统的研究现状和发展趋势，对各种远程通信方式优缺点进行了比较，最终选择了GPRS技术作为系统的数据传输方式。远程监控系统由信号采集模块、远程数据传输单元和云监控中心服务器组成，系统底层的硬件选用STM32微控制器作为主控核心，并根据需求扩展相应的功能;系统的远程数据传输采用中移物联网的工业级GSM通信模组，主控制器通过发送AT指令控制模块参数配置和数据收发功能，模块与服务器之间建立TCP连接，通过TCP/IP协议自定义格式进行数据交互。云监控中心集合了云服务器和高性能PostgreSQL数据库系统，采用Go语言进行编程，云服务器提供数据实时显示、数据查询和报警等功能，用户可通过web网页访问服务器。　　为辅助污水处理设施运行并给相关人员监督管理提供依据，还对系统采集到的污水流量预测算法进行了研究，本文分别采用了灰色GM(1，1)模型和BP神经网络模型对数据进行了预测，最后结合两种模型的优缺点提出了一种组合模型，在实际应用中取得了良好的预测效果。　　本文提出的污水处理远程监控系统已经在湖州市安吉县28个村庄进行实地测试运行，结果表明:系统可对污水处理的运行状态进行远程实时监控，并对相关数据信息进行存储和管理，便于运行单位与监管部门及时、全面地掌握设施运行的相关信息并辅助用于运行与监管的决策，降低设施运行与监管的人力与交通成本，对水环境监控管理起到了一定作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外农村生活污水处理的研究现状

1．2．1 国外农村生活污水处理研究现状

1．2．2 国内农村生活污水处理研究现状

1．3 国内外水质在线监控系统的研究现状

1．3．1 国外水质在线监控系统的研究现状

1．3．2 国内水质在线监控系统的研究现状

1．4 本文研究的主要内容及结构安排

第二章 远程监控系统的整体方案设计

2．1 监控节点的污水处理流程

2．2 系统的功能需求分析

2．3 远程传输方案的确定

2．3．1 常见远距离无线通信技术的比较

2．3．2 系统通信方式的确定

2．4 系统的整体结构

2．5 本章小结

第三章 系统底层执行端的硬件设计

3．1 底层执行端的整体硬件结构

3．2 各模块的电路设计

3．2．1 系统电源电路设计

3．2．2 CPU模块设计

3．2．3 RS-485信号采集电路设计

3．2．4 4-20mA信号采集电路设计

3．2．5 存储电路设计

3．2．6 GSM模块电路设计

3．3 系统抗干扰设计

3．4 GPRS信号增强设计

3．5 本章小结

第四章 远程监控系统的软件设计

4．1 底层执行端的软件设计

4．1．1 RS485通讯模块设计

4．1．2 ADC采样模块设计

4．1．3 数据存储模块设计

4．1．4 GSM通讯模块设计

4．2 云监控中心的软件设计

4．2．1 数据库的设计

4．2．3 服务器的设计与实现

4．3 本章小结

第五章 污水处理的流量预测算法研究

5．1 灰色模型预测

5．1．1 灰色模型原理

5．1．2 GM(1，1)灰色模型预测实例

5．1．3 GM(1，1)残差修正模型预测

5．2 BP神经网络模型预测

5．2．1 BP神经网络原理

5．2．2 BP神经网络模型预测实例

5．3 灰色模型和BP神经网络组合预测模型

5．3．1 灰色模型和BP模型组合预测的可行性

5．3．2 组合模型预测实例

5．4 更长时间跨度的数据预测

5．5 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 工作总结

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢