一种基于物联网的污水排放控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种智能建筑技术领域，尤其是一种基于物联网的污水排放控制系统及其控制方法。

背景技术

智能建筑的指通过将建筑物的结构、系统、服务和管理根据用户的需求进行最优化组合，从而为用户提供一个高效、舒适、便利的人性化建筑环境，从而能够根据监测的数据，智能控制设备的运行。

而目前我国主要是采用电气控制方式对水位进行控制，这种控制方式对水位参数的采集比较困难，又因为操作时直接接触的是强电会给人们带来不安全因素；而传统的监测是采用单一获取检测数据的方法，从而无法获取检测设备的运行状态，而在监测模块发生故障无备用监测设备时造成污水的容量增大，影响地下排水系统的运行，进而造成污水的泛滥。

发明内容

发明目的：提供一种基于物联网的污水排放控制系统，以解决上述问题。

技术方案：一种基于物联网的污水排放控制系统，包括：

用于通过被测点水位参量实时的转变为输出电量信号，进而控制污水系统运行的水位监测模块；

用于通过水位深度变化将压力信号转换成输出电信号的水压监测模块；

用于对水位监测模块和水压监测模块反馈的电信号进行过滤处理的输入耦合处理模块；

用于将放大器输出信号回收到输入端进行反向运算，进而控制电信号的输出的负反馈运算模块；

用于接收负反馈运算模块反馈导通电信号，使控制三极管Q5基极端获取导通电压，进而使报警器LS1运行的声光报警模块；

用于通过单向传输，使输入端与输出端实现的电信号进行隔离，进而减少互相干扰的隔离模块；

用于接收隔离模块的导通电信号，使三极管Q6基极端得电，进而使继电器J吸附触发开关S1闭合的继电器触发模块。

根据本发明的一个方面，所述水位监测模块包括二极管D1、电容C4、电阻R1、定时器U1、二极管D2、电容C2、电阻R3、三极管Q1、二极管D5、二极管D6，其中所述二极管D1正极端与参考点连接；所述二极管D1负极端分别与输入电源+24V、电容C4负极端、定时器U1引脚8、二极管D2负极端、电容C2一端、电阻R2一端、高点连接；所述电容C4正极端分别与低点、定时器U1引脚5和引脚2、电阻R1一端连接；所述电阻R1另一端分别与电容C1一端、三极管Q1发射极端、地线GND连接；所述电容C1另一端与定时器U1引脚1连接；所述定时器U1引脚6与电阻R3一端连接；所述电阻R3另一端与三极管Q1基极端连接；所述三极管Q1集电极端与二极管D5正极端连接；所述二极管D5负极端与二极管D6负极端连接；所述二极管D2正极端分别与电容C2另一端、地线GND连接。

根据本发明的一个方面，所述水压监测模块包括压力探头Y1、电容C3、可变电阻RV1、电阻R5、电阻R6、运算放大器U3、电容C5、电阻R4，其中所述压力探头Y1一端分别与电容C3一端、可变电阻RV1引脚2连接；所述压力探头Y1另一端与电阻R5一端连接；所述电阻R5另一端分别与运算放大器U3引脚3、电阻R4一端连接；所述电容C3另一端分别与电容C5负极端、运算放大器U3引脚4、地线GND连接；所述电容C5正极端分别与电阻R6一端、运算放大器U3引脚2连接；所述电阻R6另一端分别与可变电阻RV1引脚1和引脚3连接；所述电阻R4另一端分别与运算放大器U3引脚6、二极管D6正极端连接；所述运算放大器U3引脚7分别与二极管D1负极端、输入电源+24V、电容C4负极端、定时器U1引脚8、二极管D2负极端、电容C2一端、电阻R2一端、高点连接。

根据本发明的一个方面，所述输入耦合处理模块包括二极管D3、电感L1、三极管Q2、电感L2、电容C6、二极管D4、二极管D10、电容C8、单片机U2，其中所述二极管D3正极端分别与二极管D5负极端、二极管D6负极端连接；所述二极管D3负极端分别与电感L1一端、三极管Q2基极端连接；所述电感L1另一端分别与电感L2一端、二极管D10正极端、电阻R2另一端连接；所述三极管Q2集电极端分别与电感L2另一端、电容C6正极端、二极管D4正极端连接；所述三极管Q2发射极端与地线GND连接；所述电容C6负极端分别与二极管D4负极端、单片机U2引脚3连接；所述二极管D10负极端与单片机U2引脚4连接；所述单片机U2引脚15和引脚16均与电容C8正极端连接；所述电容C8负极端与地线GND连接。

根据本发明的一个方面，所述负反馈运算模块包括运算放大器U5、电阻R13、电阻R11、电阻R12、电阻R16，其中所述运算放大器U5引脚3与单片机U2引脚18连接；所述运算放大器U5引脚2分别与电阻R11一端、电阻R13一端连接；所述电阻R13另一端分别与电阻R12一端、地线GND连接；电阻R12另一端分别与电阻R16一端、运算放大器U5引脚6、电阻R11另一端连接。

根据本发明的一个方面，所述声光报警模块包括三极管Q5、二极管D11、报警器LS1、二极管D7、电阻R14、电阻R15，其中所述三极管Q5基极端与电阻R16另一端连接；所述三极管Q5集电极端与地线GND连接；所述三极管Q5发射极端分别与二极管D7负极端、二极管D11负极端连接；所述二极管D7正极端与报警器LS1一端连接；所述报警器LS1另一端与电阻R14一端连接；所述电阻R14另一端分别与电阻R15一端、运算放大器U3引脚7二极管D1负极端、输入电源+24V、电容C4负极端、定时器U1引脚8、二极管D2负极端、电容C2一端、电阻R2一端、高点连接；所述电阻R15另一端与二极管D11正极端连接。

根据本发明的一个方面，所述隔离模块包括电阻R7、电阻R8、三极管Q3、耦合器U4、电感L3、电容C7、电阻R10、电阻R9、三极管Q4、电容C9、熔断器R19，其中所述电阻R7一端分别与耦合器U4引脚2、电阻R14另一端、电阻R15一端、运算放大器U3引脚7二极管D1负极端、输入电源+24V、电容C4负极端、定时器U1引脚8、二极管D2负极端、电容C2一端、电阻R2一端、高点连接；所述电阻R15另一端与二极管D11正极端连接；所述电阻R7另一端分别与三极管Q3基极端、电阻R8一端、单片机U2引脚6连接；所述电阻R8另一端与三极管Q3发射极端连接；所述三极管Q3集电极端与耦合器U4引脚3连接；所述耦合器U4引脚4分别与电容C7正极端、电感L3一端连接；所述耦合器U4引脚1分别与电阻R10一端、三极管Q4集电极端、电容C9一端、电感L1另一端、电感L2一端、二极管D10正极端、电阻R2另一端连接；所述电阻R10另一端分别与电容C7负极端、电阻R9一端、三极管Q4基极端连接；所述电阻R9另一端分别与电感L3另一端、三极管Q4发射极端、熔断器R19一端连接；所述电容C9另一端与熔断器R19另一端连接。

根据本发明的一个方面，所述继电器触发模块包括电感L4、三极管Q6、电阻R17、三极管Q7、电阻R18、二极管D8、继电器J、触发开关S1、二极管D9，其中所述电感L4一端分别与电容C9另一端与熔断器R19另一端连接；所述电感L4另一端与三极管Q6基极端连接；所述三极管Q6集电极端与电阻R17一端连接；所述三极管Q6发射极端分别与三极管Q7基极端、电阻R18一端连接；所述电阻R18另一端分别与三极管Q7发射极端、地线GND连接；所述三极管Q7集电极端分别与二极管D8正极端、继电器J一端连接；所述电阻R17另一端分别与二极管D8负极端、继电器J另一端、电阻R7一端、耦合器U4引脚2、电阻R14另一端、电阻R15一端、运算放大器U3引脚7二极管D1负极端、输入电源+24V、电容C4负极端、定时器U1引脚8、二极管D2负极端、电容C2一端、电阻R2一端、高点连接；所述触发开关S1一端与交流电220V连接；所述触发开关S1另一端与二极管D9正极端连接；所述二极管D9负极端与输出端OUT连接。

根据本发明的一个方面，所述电容C4、所述电容C6、所述电容C7、所述电容C8型号为电解电容；所述二极管D1、所述二极管D2、所述二极管D7、所述二极管D8、所述二极管D10型号均为稳压二极管；所述三极管Q1、所述三极管Q2、所述三极管Q3、所述三极管Q4、所述三极管Q6型号均为NPN；所述三极管Q5型号为PNP；所述定时器U1型号为555；所述单片机U2型号为PIC16；所述水压探头Y1型号为PCM300。

根据本发明的一个方面，一种基于物联网的污水排放控制系统的控制方法，其特征在于以下步骤：

步骤1、通过水位探测线对被测点水位参量实时的监测，进而将检测信号地转变为输出电量信号，从而根据水位的变换，控制导通指令的传输，进而控制排水系统的运行，而二极管D1正极端接地用于稳压和保护电路，三极管Q1基极端接收定时器U1的导通指令，进而使三极管Q1集电极端与发射极端导通，将传输指令传递给输入耦合处理模块，而二极管D5用于限制导通指令单向传输；

步骤2、通过压力探头Y1感知水位的压力参数，进而通过水位深度变化将压力信号转换成输出电信号，进而将转换后的电信号传输给输入耦合处理模块，而通过在输出末端设置二极管D6，进而阻值监测模块传输电信号的互相干扰，而可变电阻RV1调节电信号的导通阈值，从而设定水压报警范围以及外接设备的启动条件，进而控制水压电信号的传输，而电容C3用于补偿水压探头Y1的响应，进而提高监测精度，电容C5用于给运算放大器U3提供启动运行电压，减小瞬间启动造成放电现象；

步骤3、输入耦合处理模块对水位监测模块和水压监测模块反馈的检测电信号中出现的纹波进行过滤，进而提高电信号的传输，而电感L1用于稳定输入电流，电容C6过滤传输电信号中的干扰源，电容C8过滤单片机U2运算时产生的干扰频段；

步骤4、而负反馈运算模块接收输入耦合处理模块反馈的电信号，从而将放大器输出信号回收到输入端进行反向比较运算，进而控制电信号的输出，使控制指令传递给声光报警模块；

步骤5、声光报警模块接收负反馈运算模块的导通控制指令，使三极管Q5基极端获取导通信号，进而使二极管D11和二极管D7接地，进而使报警器LS1运行，进而对水位的变化进行报警提示；

步骤6、而隔离模块接收输入耦合处理模块的导通控制指令，通过耦合器U4的单向传输，使输入端与输出端实现电信号的隔离，减少互相干扰，而电感L3用于筛选干扰信号，三极管Q3控制耦合器U4输入端的运行，而三极管Q4控制耦合器U4输出端的运行；

步骤7、继电器触发模块接收隔离模块的导通电信号使三极管Q6基极端获取导通信号，使继电器J得电，吸附触发开关S1闭合，进而启动污水排放设备运行，智能控制污水的排放。

有益效果：本发明设计一种基于物联网的污水排放控制系统及其控制方法，系统采用输入耦合处理模块，进而根据监测电信号的导通来控制电路的运行，然后通过继电器触发模块中继电器J将接收到的弱电信号来控制触发开关S1连接的高电压，进而实现低压启动高压设备的运行进而，进而避免强电给人们带来不安全因素的威胁，在而传统的监测是采用单一获取检测数据的方法，通过在水位监测模块处并联设置水压监测模块，从而利用污水水位的压强变换控制排水设备的运行，从而采用双重保护以及双重监测，能够独立的运行以及保障检测电路的正常运行，单片机U2接收导通电信号，从而将导通电信号传递给隔离模块以及负反馈运算模块，从而使接收的控制指令传递给声光报警模块和继电器触发模块，进而根据信号的导通控制排水系统的运行，以及声光报警模块的运行，而在继电器触发模块中采用继电器J进而实现弱电信号对强电的控制,降低了污水排放控制电路的功耗。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的污水排放控制系统分布图。

图3是本发明的水位监测模块电路图。

图4是本发明的水压监测模块电路图。

图5是本发明的输入耦合处理模块电路图。

图6是本发明的声光报警模块电路图。

图7是本发明的隔离模块电路图。

图8是本发明的继电器触发模块电路图。

具体实施方式

如图1所示，在该实施例中，一种基于物联网的污水排放控制系统，包括：

用于通过被测点水位参量实时的转变为输出电量信号，进而控制污水系统运行的水位监测模块；

用于通过水位深度变化将压力信号转换成输出电信号的水压监测模块；

用于对水位监测模块和水压监测模块反馈的电信号进行过滤处理的输入耦合处理模块；

用于将放大器输出信号回收到输入端进行反向运算，进而控制电信号的输出的负反馈运算模块；

用于接收负反馈运算模块反馈导通电信号，使控制三极管Q5基极端获取导通电压，进而使报警器LS1运行的声光报警模块；

用于通过单向传输，使输入端与输出端实现的电信号进行隔离，进而减少互相干扰的隔离模块；

用于接收隔离模块的导通电信号，使三极管Q6基极端得电，进而使继电器J吸附触发开关S1闭合的继电器触发模块。

在进一步的实施例中，如图3所示，所述水位监测模块包括二极管D1、电容C4、电阻R1、定时器U1、二极管D2、电容C2、电阻R3、三极管Q1、二极管D5、二极管D6。

在更进一步的实施例中，所述水位监测模块中所述二极管D1正极端与参考点连接；所述二极管D1负极端分别与输入电源+24V、电容C4负极端、定时器U1引脚8、二极管D2负极端、电容C2一端、电阻R2一端、高点连接；所述电容C4正极端分别与低点、定时器U1引脚5和引脚2、电阻R1一端连接；所述电阻R1另一端分别与电容C1一端、三极管Q1发射极端、地线GND连接；所述电容C1另一端与定时器U1引脚1连接；所述定时器U1引脚6与电阻R3一端连接；所述电阻R3另一端与三极管Q1基极端连接；所述三极管Q1集电极端与二极管D5正极端连接；所述二极管D5负极端与二极管D6负极端连接；所述二极管D2正极端分别与电容C2另一端、地线GND连接。

在进一步的实施例中，如图4所示，所述水压监测模块包括压力探头Y1、电容C3、可变电阻RV1、电阻R5、电阻R6、运算放大器U3、电容C5、电阻R4。

在更进一步的实施例中，所述水压监测模块中所述压力探头Y1一端分别与电容C3一端、可变电阻RV1引脚2连接；所述压力探头Y1另一端与电阻R5一端连接；所述电阻R5另一端分别与运算放大器U3引脚3、电阻R4一端连接；所述电容C3另一端分别与电容C5负极端、运算放大器U3引脚4、地线GND连接；所述电容C5正极端分别与电阻R6一端、运算放大器U3引脚2连接；所述电阻R6另一端分别与可变电阻RV1引脚1和引脚3连接；所述电阻R4另一端分别与运算放大器U3引脚6、二极管D6正极端连接；所述运算放大器U3引脚7分别与二极管D1负极端、输入电源+24V、电容C4负极端、定时器U1引脚8、二极管D2负极端、电容C2一端、电阻R2一端、高点连接。

在进一步的实施例中，如图5所示，所述输入耦合处理模块包括二极管D3、电感L1、三极管Q2、电感L2、电容C6、二极管D4、二极管D10、电容C8、单片机U2。

在更进一步的实施例中，所述输入耦合处理模块中所述二极管D3正极端分别与二极管D5负极端、二极管D6负极端连接；所述二极管D3负极端分别与电感L1一端、三极管Q2基极端连接；所述电感L1另一端分别与电感L2一端、二极管D10正极端、电阻R2另一端连接；所述三极管Q2集电极端分别与电感L2另一端、电容C6正极端、二极管D4正极端连接；所述三极管Q2发射极端与地线GND连接；所述电容C6负极端分别与二极管D4负极端、单片机U2引脚3连接；所述二极管D10负极端与单片机U2引脚4连接；所述单片机U2引脚15和引脚16均与电容C8正极端连接；所述电容C8负极端与地线GND连接。

在进一步的实施例中，如图2所示，所述负反馈运算模块包括运算放大器U5、电阻R13、电阻R11、电阻R12、电阻R16。

在更进一步的实施例中，所述负反馈运算模块中所述运算放大器U5引脚3与单片机U2引脚18连接；所述运算放大器U5引脚2分别与电阻R11一端、电阻R13一端连接；所述电阻R13另一端分别与电阻R12一端、地线GND连接；电阻R12另一端分别与电阻R16一端、运算放大器U5引脚6、电阻R11另一端连接。

在进一步的实施例中，如图6所示，所述声光报警模块包括三极管Q5、二极管D11、报警器LS1、二极管D7、电阻R14、电阻R15。

在更进一步的实施例中，所述声光报警模块中所述三极管Q5基极端与电阻R16另一端连接；所述三极管Q5集电极端与地线GND连接；所述三极管Q5发射极端分别与二极管D7负极端、二极管D11负极端连接；所述二极管D7正极端与报警器LS1一端连接；所述报警器LS1另一端与电阻R14一端连接；所述电阻R14另一端分别与电阻R15一端、运算放大器U3引脚7二极管D1负极端、输入电源+24V、电容C4负极端、定时器U1引脚8、二极管D2负极端、电容C2一端、电阻R2一端、高点连接；所述电阻R15另一端与二极管D11正极端连接。

在进一步的实施例中，如图7所示，所述隔离模块包括电阻R7、电阻R8、三极管Q3、耦合器U4、电感L3、电容C7、电阻R10、电阻R9、三极管Q4、电容C9、熔断器R19。

在更进一步的实施例中，所述隔离模块中所述电阻R7一端分别与耦合器U4引脚2、电阻R14另一端、电阻R15一端、运算放大器U3引脚7二极管D1负极端、输入电源+24V、电容C4负极端、定时器U1引脚8、二极管D2负极端、电容C2一端、电阻R2一端、高点连接；所述电阻R15另一端与二极管D11正极端连接；所述电阻R7另一端分别与三极管Q3基极端、电阻R8一端、单片机U2引脚6连接；所述电阻R8另一端与三极管Q3发射极端连接；所述三极管Q3集电极端与耦合器U4引脚3连接；所述耦合器U4引脚4分别与电容C7正极端、电感L3一端连接；所述耦合器U4引脚1分别与电阻R10一端、三极管Q4集电极端、电容C9一端、电感L1另一端、电感L2一端、二极管D10正极端、电阻R2另一端连接；所述电阻R10另一端分别与电容C7负极端、电阻R9一端、三极管Q4基极端连接；所述电阻R9另一端分别与电感L3另一端、三极管Q4发射极端、熔断器R19一端连接；所述电容C9另一端与熔断器R19另一端连接。

在进一步的实施例中，如图8所示，所述继电器触发模块包括电感L4、三极管Q6、电阻R17、三极管Q7、电阻R18、二极管D8、继电器J、触发开关S1、二极管D9。

在更进一步的实施例中，所述继电器触发模块中所述电感L4一端分别与电容C9另一端与熔断器R19另一端连接；所述电感L4另一端与三极管Q6基极端连接；所述三极管Q6集电极端与电阻R17一端连接；所述三极管Q6发射极端分别与三极管Q7基极端、电阻R18一端连接；所述电阻R18另一端分别与三极管Q7发射极端、地线GND连接；所述三极管Q7集电极端分别与二极管D8正极端、继电器J一端连接；所述电阻R17另一端分别与二极管D8负极端、继电器J另一端、电阻R7一端、耦合器U4引脚2、电阻R14另一端、电阻R15一端、运算放大器U3引脚7二极管D1负极端、输入电源+24V、电容C4负极端、定时器U1引脚8、二极管D2负极端、电容C2一端、电阻R2一端、高点连接；所述触发开关S1一端与交流电220V连接；所述触发开关S1另一端与二极管D9正极端连接；所述二极管D9负极端与输出端OUT连接。

在进一步的实施例中，所述电容C4、所述电容C6、所述电容C7、所述电容C8型号为电解电容；所述二极管D1、所述二极管D2、所述二极管D7、所述二极管D8、所述二极管D10型号均为稳压二极管；所述三极管Q1、所述三极管Q2、所述三极管Q3、所述三极管Q4、所述三极管Q6型号均为NPN；所述三极管Q5型号为PNP；所述定时器U1型号为555；所述单片机U2型号为PIC16；所述水压探头Y1型号为PCM300。

在进一步的实施例中，一种基于物联网的污水排放控制系统的控制方法，其特征在于以下步骤：

步骤1、通过水位探测线对被测点水位参量实时的监测，进而将检测信号地转变为输出电量信号，从而根据水位的变换，控制导通指令的传输，进而控制排水系统的运行，而二极管D1正极端接地用于稳压和保护电路，三极管Q1基极端接收定时器U1的导通指令，进而使三极管Q1集电极端与发射极端导通，将传输指令传递给输入耦合处理模块，而二极管D5用于限制导通指令单向传输；

步骤2、通过压力探头Y1感知水位的压力参数，进而通过水位深度变化将压力信号转换成输出电信号，进而将转换后的电信号传输给输入耦合处理模块，而通过在输出末端设置二极管D6，进而阻值监测模块传输电信号的互相干扰，而可变电阻RV1调节电信号的导通阈值，从而设定水压报警范围以及外接设备的启动条件，进而控制水压电信号的传输，而电容C3用于补偿水压探头Y1的响应，进而提高监测精度，电容C5用于给运算放大器U3提供启动运行电压，减小瞬间启动造成放电现象；

步骤3、输入耦合处理模块对水位监测模块和水压监测模块反馈的检测电信号中出现的纹波进行过滤，进而提高电信号的传输，而电感L1用于稳定输入电流，电容C6过滤传输电信号中的干扰源，电容C8过滤单片机U2运算时产生的干扰频段；

步骤4、而负反馈运算模块接收输入耦合处理模块反馈的电信号，从而将放大器输出信号回收到输入端进行反向比较运算，进而控制电信号的输出，使控制指令传递给声光报警模块；

步骤5、声光报警模块接收负反馈运算模块的导通控制指令，使三极管Q5基极端获取导通信号，进而使二极管D11和二极管D7接地，进而使报警器LS1运行，进而对水位的变化进行报警提示；

步骤6、而隔离模块接收输入耦合处理模块的导通控制指令，通过耦合器U4的单向传输，使输入端与输出端实现电信号的隔离，减少互相干扰，而电感L3用于筛选干扰信号，三极管Q3控制耦合器U4输入端的运行，而三极管Q4控制耦合器U4输出端的运行；

步骤7、继电器触发模块接收隔离模块的导通电信号使三极管Q6基极端获取导通信号，使继电器J得电，吸附触发开关S1闭合，进而启动污水排放设备运行，智能控制污水的排放。

总之，本发明具有以下优点：二极管D1具有单向导电性，使检测信号单向传输，而水位监测模块是将被测点水位参量实时地转变为输出电信号，进而控制排水系统的运行，电容C1用于过滤定时器U1运行时产生的干扰电信号，而二极管D1正极端接地用于稳压和保护电路的运行安全；而水压监测模块通过水位深度变化将压力信号转换成输出电信号，而可变电阻RV1调节电信号的导通阈值，进而控制转换电信号的导通范围；而输入耦合处理模块用于滤除监测电信号中的纹波，进而提高电信号的传输，而电感L1用于稳定输入电流；再利用负反馈运算模块将放大器输出信号回收到输入端进行反向比较运算，进而控制电信号的输出；而声光报警模块接收导通电信号使三极管Q5基极端获取导通电信号，进而使报警电路运行；而隔离模块通过耦合器U4的单向传输，使输入端与输出端实现电信号的隔离，减少电信号互相干扰，而电感L3用于筛选干扰信号；在通过继电器触发模块接收隔离模块的导通电信号使三极管Q6得电，触发开关S1闭合，进而启动污水排放设备运行，进而智能控制污水的排放时间，智能管理污水的储存量。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。