CN113820988B - 一种污水处理自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水处理自动控制系统，包括模拟信号采集电路、数字信号采集电路、单片机控制电路、输出控制电路和无线通信电路，单片用于采集模拟信号采集电路采样的外部多路模拟信号和数字信号采集电路输入的外部多路数字信号，并对采集的外部多路模拟信号和外部多路数字信号进行处理后产生输出控制信号，控制输出控制电路将处理后产生的输出控制信号进行隔离输出；并通过无线通信电路将处理后产生的输出控制信号无线透传到云端服务器上。本发明提供的污水处理自动控制系统，使用方便，功能全面；数据安全性高，操控方便。

Description

一种污水处理自动控制系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其公开了一种污水处理自动控制系统。

背景技术

污水处理系统，共同完成污水处理的各种构筑物，按其功能以一定顺序组合而成的整体的总称。如生物法污水处理系统(亦称“污水生物处理系统”)，是指以格栅、一次沉淀池、生物处理构筑物(如曝气池和生物接触氧化池)和二次沉淀池等单元处理过程按序组合，共同完成污水处理。

在我国，随着经济飞速度发展，人民生活水平的提高，对生态环境的要求日益提高，要求越来越多的污水处理后达标排放。在全国及至世界范围内，正在兴建及待建的污水厂也日益增多。我国是个缺水的国家，人均水资源占有量只为世界人均水资源占有量的1/4。而且我国的水资源在时空和地域上分布不均匀，更加重了缺水的实际情况。因此近年来，我国的城市水资源进一步紧张，许多城市严重缺水。与此同时，水资源的污染严重，也因此许多城市都规划和建设了污水处理厂，来改变目前水资源紧张且污染的现状。

现有污水处理系统的电路控制都是基于PLC模块和外置第三方远控硬件，实现污水处理过程的上云，主要存在以下问题：1、PLC底层控制需要编写控制逻辑代码。2、需要添加第三方模块采集PLC数据。3、所有控制逻辑需要通过专业的软件(如TIAPortal等软件)进行编写发布。4、通过第三方平台采集，存在数据和生产工艺泄露风险。5、用户需了解PLC相关知识才可添加控制逻辑。

因此，现有污水处理系统存在的上述缺陷，是一件亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种污水处理自动控制系统，旨在解决污水处理系统的技术问题。

本发明提供一种污水处理自动控制系统，包括模拟信号采集电路、数字信号采集电路、单片机控制电路、输出控制电路和无线通信电路，其中，

模拟信号采集电路，用于对外部各个污水处理装置中的多路模拟信号进行采样、并将采样的外部多路模拟信号与内部的单片机控制电路的接入进行物理隔离；

数字信号采集电路，用于输入外部各个污水处理装置中的多路数字信号，并对输入的外部多路数字信号与内部的单片机控制电路的接入进行物理隔离；

单片机控制电路分别与模拟信号采集电路、数字信号采集电路、输出控制电路和无线通信电路电连接，用于采集模拟信号采集电路采样的外部多路模拟信号和数字信号采集电路输入的外部多路数字信号，并对采集的外部多路模拟信号和外部多路数字信号进行处理后产生输出控制信号，控制输出控制电路将处理后产生的输出控制信号进行隔离输出；并通过无线通信电路将处理后产生的输出控制信号无线透传到云端服务器上。

进一步地，污水处理自动控制系统还包括供电电路，供电电路包括第一路供电电路和第二路供电电路，

第一路供电电路用于为模拟信号采集电路供电，包括保险丝、过压保护电路、电源防反接电路和DC-DC开关稳压器，过压保护电路包括第一开关管、稳压管和第一电阻、第二电阻和第三电阻，电源防反接电路包括第一场效应管和第二场效应管，第一开关管的基极分为两路，一路通过第一电阻、第二电阻和保险丝与主电源相连接，另一路通过第一电阻和稳压管接模拟地；开关管的集电极通过第三电阻接模拟地，第一开关管的发射极通过保险丝与主电源相连接；第一场效应管的第5引脚、第6引脚、第7引脚和第8引脚相连后作为输入端再通过保险丝与主电源相连接，第一场效应管的第1引脚与第二场效应管的第1引脚相连接，第一场效应管的第2引脚与第二场效应管的第2引脚相连接，第一场效应管的第3引脚与第二场效应管的第3引脚相连接，第二场效应管的第5引脚、第6引脚、第7引脚和第8引脚相连后作为输出端与DC-DC开关稳压器的第7引脚相连接，DC-DC开关稳压器的第6引脚与模拟地相连接；

第二路供电电路用于为数字信号采集电路和无线通信电路供电，包括DC-DC电源模块和线性稳压芯片，DC-DC电源模块的第1引脚与第二场效应管的输出端直连接，DC-DC电源模块的第2引脚与模拟地相连接，DC-DC电源模块的第3引脚与线性稳压芯片的第3引脚相连接，DC-DC电源模块的第4引脚与数字地相连接。

进一步地，污水处理自动控制系统还包括以太网电路，以太网电路包括以太网芯片，以太网芯片与单片机控制电路相连接，用于将单片机控制电路输出的TTL信号转为以太网信号，实现以太网的接入。

进一步地，单片机控制电路包括主控芯片、电源检测电路和转换隔离电路，

主控芯片，用于实现数字信号的输入、输出、以及SPI、串口和IIC通信；

电源检测电路与主控芯片电连接，用于对主控芯片产生第一复位信号和第二复位信号；

转换隔离电路与主控芯片电连接，用于将主控芯片输出的TTL信号转换为RS485信号；并实现转换的RS485信号与主控芯片接入的物理隔离。

进一步地，电源检测电路包括电源监控芯片，电源监控芯片的第7引脚与主控芯片的第20引脚相连接，电源监控芯片用于若识别到主电源电压低于预设的电压阈值时，则将电源监控芯片的第7引脚输出的高电平转换为低电平，产生第一复位信号输出给主控芯片；同时用于在设定的时间到来时，若未检测到主控芯片的第6引脚发生电平翻转，则将电源监控芯片的第7引脚的高电平转换为低电平，产生第二复位信号。

进一步地，转换隔离电路包括485转换芯片、放电管、第一浪涌抑制器和第二浪涌抑制器，485转换芯片的第3引脚与主控芯片的第2引脚相连接，485转换芯片的第6引脚与主控芯片的第2引脚相连接，485转换芯片的第4引脚与第5引脚相连后与主控芯片的第14引脚相连接；放电管并接于485转换芯片的第12引脚与第13引脚之间，第一浪涌抑制器与485转换芯片的第12引脚相连接，第二浪涌抑制器与485转换芯片的第13引脚相连接。

进一步地，模拟信号采集电路包括ADC采样电路和模拟信号隔离电路，

ADC采样电路，用于实现外部各个污水处理装置中的多路模拟信号进行ADC采样；

模拟信号隔离电路与ADC采样电路电连接，用于对ADC采样电路采样的外部多路模拟信号与主控芯片的接入进行物理隔离；

ADC采样电路包括模数转换器、光电耦合器、第二开关管、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻，模拟信号隔离电路包括数字隔离芯片，模数转换器的第1引脚与数字隔离芯片的第14引脚相连接，模数转换器的第37引脚与数字隔离芯片的第13引脚相连接，模数转换器的第38引脚与数字隔离芯片的第12引脚相连接，模数转换器的第36引脚与数字隔离芯片的第11引脚相连接；模数转换器的第2引脚通过光电耦合器和第二开关管与主控芯片的第9引脚相连接，光电耦合器的第1引脚通过第四电阻与第一工作电压相连接，光电耦合器的第2引脚与第二开关管的集电极相连接，光电耦合器的第3引脚接模拟地，光电耦合器的第4引脚通过第五电阻与第二工作电压相连接，第二开关管的发射极接数字地，第二开关管的基极通过第六电阻与主控芯片的第9引脚相连接，第二开关管的发射极与第二开关管的基极通过第七电阻相连接；数字隔离芯片的第3引脚与主控芯片的第12引脚相连接，数字隔离芯片的第4引脚与主控芯片的第11引脚相连接，数字隔离芯片的第5引脚与主控芯片的第10引脚相连接，数字隔离芯片的第6引脚与主控芯片的第13引脚相连接。

进一步地，数字信号采集电路包括输入电路和物理隔离电路，输入电路包括第一并行输入串行输出逻辑芯片、第二并行输入串行输出逻辑芯片和第三并行输入串行输出逻辑芯片，第一并行输入串行输出逻辑芯片、第二并行输入串行输出逻辑芯片和第三并行输入串行输出逻辑芯片共同构成外部各个污水处理装置中的24路数字信号的输入，第一并行输入串行输出逻辑芯片的第9引脚与主控芯片的第42引脚相连接，第一并行输入串行输出逻辑芯片的第1引脚与主控芯片的第36引脚相连接，第一并行输入串行输出逻辑芯片的第2引脚与主控芯片的第37引脚相连接；第二并行输入串行输出逻辑芯片的第9引脚与外部各个污水处理装置中的第一路数字信号相连接，第二并行输入串行输出逻辑芯片的第1引脚与主控芯片的第36引脚相连接，第二并行输入串行输出逻辑芯片的第2引脚与主控芯片的第37引脚相连接；第三并行输入串行输出逻辑芯片的第9引脚与外部各个污水处理装置中的第二路数字信号相连接，第三并行输入串行输出逻辑芯片的第1引脚与主控芯片的第36引脚相连接，第三并行输入串行输出逻辑芯片的第2引脚与主控芯片的第37引脚相连接；

物理隔离电路包括24路光耦隔离芯片，24路光耦隔离芯片对应与第一并行输入串行输出逻辑芯片、第二并行输入串行输出逻辑芯片和第三并行输入串行输出逻辑芯片的输出引脚相连接，用于实现外部各个污水处理装置中的24路数字信号和内部的物理隔离。

进一步地，输出控制电路包括第一隔离输出电路、信号反相电路、电流电压放大电路和第二隔离输出电路，

第一隔离输出电路，用于对输出主信号进行隔离，并输出反相信号；

信号反相电路与第一隔离输出电路电连接，用于对第一隔离输出电路输出的反相信号进行反相；

电流电压放大电路与信号反相电路电连接，用于对信号反相电路反相后的反相信号进行电流电压放大；

第二隔离输出电路与信号反相电路电连接，用于对电流电压放大电路放大后的数字信号进行二次隔离输出；

第一隔离输出电路包括第一路四通道晶体管输出光电耦合器、第二路四通道晶体管输出光电耦合器、第三路四通道晶体管输出光电耦合器和第四路四通道晶体管输出光电耦合器，信号反相电路包括第一反相器和第二反相器，电流电压放大电路包括第一电流电压放大电路和第二电流电压放大电路，第二隔离输出电路包括第一继电器电路和第二继电器电路，第一反相器的输入端分别与第一路四通道晶体管输出光电耦合器和第二路四通道晶体管输出光电耦合器相连接，第一反相器的输出端通过第一电流电压放大电路与第一继电器电路相连接；第二反相器的输入端分别与第三路四通道晶体管输出光电耦合器和第四路四通道晶体管输出光电耦合器相连接，第二反相器的输出端通过第二电流电压放大电路与第二继电器电路相连接；第一继电器电路包括七个并联的继电器，第二继电器电路包括七个并联的继电器。

进一步地，无线通信电路包括5G芯片、二极管、第三开关管和第八电阻，5G芯片的第35引脚通过二极管与主控芯片的第28引脚相连接，第三开关管的发射极与5G芯片的第36引脚相连接，第三开关管的基极通过第八电阻与第三工作电压相连接，第三开关管的集电极与主控芯片的第27引脚相连接。

本发明所取得的有益效果为：

本发明提供一种污水处理自动控制系统，采用模拟信号采集电路、数字信号采集电路、单片机控制电路、输出控制电路和无线通信电路，单片机控制电路采集模拟信号采集电路采样的外部多路模拟信号和数字信号采集电路输入的外部多路数字信号，并对采集的外部多路模拟信号和外部多路数字信号进行处理后产生输出控制信号，控制输出控制电路将处理后产生的输出控制信号进行隔离输出；并通过无线通信电路将处理后产生的输出控制信号无线透传到云端服务器上。本发明提供的污水处理自动控制系统，底层控制不需要编写任何控制逻辑代码，使用方便；不需要添加任何第三方模块，功能全面；所有控制逻辑通过云平台后台添加，添加方便；绕开第三方平台，数据直接进入业主服务器，不存在数据泄露风险，数据保密性高；用户无需了解PLC相关知识即可添加控制逻辑，操控方便。

附图说明

图1为本发明提供的污水处理自动控制系统第一实施例的功能框图；

图2为本发明提供的污水处理自动控制系统第二实施例的功能框图；

图3为图2中所示的供电电路一实施例的功能模块示意图；

图4为图2中所示的供电电路一实施例的电路原理示意图；

图5为本发明提供的污水处理自动控制系统第三实施例的功能框图；

图6为图5中所示的以太网电路一实施例的电路原理示意图；

图7为图5中所示的单片机控制电路一实施例的功能模块示意图；

图8为图5中所示的单片机控制电路一实施例的电路原理示意图；

图9为图5中所示的模拟信号采集电路一实施例的功能模块示意图；

图10为图5中所示的模拟信号采集电路一实施例的电路原理示意图；

图11为图5中所示的数字信号采集电路一实施例的功能模块示意图；

图12为图5中所示的数字信号采集电路一实施例的电路原理示意图；

图13为图5中所示的输出控制电路一实施例的功能模块示意图；

图14为图5中所示的输出控制电路一实施例的电路原理示意图；

图15为图5中所示的无线通信电路一实施例的电路原理示意图。

附图标号说明：

10、模拟信号采集电路；20、数字信号采集电路；30、单片机控制电路；40、输出控制电路；50、无线通信电路；60、供电电路；61、第一路供电电路；62、第二路供电电路；70、以太网电路；31、主控芯片；32、电源检测电路；33、转换隔离电路；11、ADC采样电路；12、模拟信号隔离电路；21、输入电路；22、物理隔离电路；41、第一隔离输出电路；42、信号反相电路；43、电流电压放大电路；44、第二隔离输出电路。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

如图1和图2所示，本发明第一实施例提出一种污水处理自动控制系统，包括模拟信号采集电路10、数字信号采集电路20、单片机控制电路30、输出控制电路40和无线通信电路50，其中，模拟信号采集电路10，用于对外部各个污水处理装置中的多路模拟信号进行采样、并将采样的外部多路模拟信号与内部的单片机控制电路30的接入进行物理隔离；数字信号采集电路20，用于输入外部各个污水处理装置中的多路数字信号，并对输入的外部多路数字信号与内部的单片机控制电路30的接入进行物理隔离；单片机控制电路30分别与模拟信号采集电路10、数字信号采集电路20、输出控制电路40和无线通信电路50电连接，用于采集模拟信号采集电路10采样的外部多路模拟信号和数字信号采集电路20输入的外部多路数字信号，并对采集的外部多路模拟信号和外部多路数字信号进行处理后产生输出控制信号，控制输出控制电路40将处理后产生的输出控制信号进行隔离输出；并通过无线通信电路50将处理后产生的输出控制信号无线透传到云端服务器上。

本实施例提供的污水处理自动控制系统，区别于传统的PLC及其技术开发栈。将复杂的PLC代码控制逻辑抽象成管理系统的配置规则可轻松实现污水处理站设备的时控和ADC联动逻辑。管理端只需要下发规则，单片机执行规则，实现控制和数据的分离。污水处理自动控制系统将业务逻辑换成了运算逻辑，采用自然语言翻译，不同于PLC那种晦涩难懂的寄存器模式，采用口语化的逻辑编辑方式通过数学映射实现自动控制。并且组态图不再依赖传统的类似WINCC软件或昆仑组态屏，可通过后台直接生成跨端兼容的工艺组态。

进一步地，请见图2至图4，图2为本发明提供的污水处理自动控制系统第二实施例的功能框图，在第一实施例的基础上，本实施例提供的污水处理自动控制系统，还包括供电电路60，供电电路60包括第一路供电电路61和第二路供电电路62，其中，第一路供电电路61用于为模拟信号采集电路10供电，包括保险丝F1、过压保护电路、电源防反接电路和DC-DC开关稳压器U36，过压保护电路包括第一开关管Q7、稳压管DZ1和第一电阻R133、第二电阻R132和第三电阻R135，电源防反接电路包括第一场效应管Q6和第二场效应管Q30，第一开关管Q7的基极分为两路，一路通过第一电阻R133、第二电阻R132和保险丝F1与主电源DC24V相连接，另一路通过第一电阻R133和稳压管DZ1接模拟地；第一开关管Q7的集电极通过第三电阻接模拟地AGND，第一开关管Q7的发射极通过第二电阻R132和保险丝F1与主电源DC24V相连接；第一场效应管的第5引脚、第6引脚、第7引脚和第8引脚相连后作为输入端再通过保险丝与主电源相连接，第一场效应管Q6的第1引脚与第二场效应管Q30的第1引脚相连接，第一场效应管Q6的第2引脚与第二场效应管Q30的第2引脚相连接，第一场效应管Q6的第3引脚与第二场效应管Q30的第3引脚相连接，第二场效应管Q30的第5引脚、第6引脚、第7引脚和第8引脚相连后作为输出端与DC-DC开关稳压器U36的第7引脚相连接，DC-DC开关稳压器U36的第6引脚与模拟地相连接；第二路供电电路62用于为数字信号采集电路20和无线通信电路50供电，包括DC-DC电源模块M1和线性稳压芯片U10，DC-DC电源模块M1的第1引脚与第二场效应管Q30的输出端直连接，DC-DC电源模块M1的第2引脚与模拟地相连接，DC-DC电源模块M1的第3引脚与线性稳压芯片U10的第3引脚相连接，DC-DC电源模块M1的第4引脚与数字地DGND相连接。在本实施例中，第一开关管Q7的型号为2N5551。稳压管DZ1的稳压值为24V。第一场效应管Q6和第二场效应管Q30的型号均采用SI4435，DC-DC开关稳压器U36的型号采用LM22676，DC-DC电源模块M1的型号为DC2405-10W。线性稳压芯片U10的型号为TD5830B。

在本实施例中，供电电路60一共分为二路：

第一路：主电源DC24V经保险丝F1进入，其中第一开关管Q7和稳压管DZ1以及第二电阻R132共同构成过压保护电路，当主电源DC24V大于24V，稳压管DZ1对地导通，第一电阻R133处电压降为0V，同时第一开关管Q7导通，电流通过第三电阻R135对地，此时第一场效应管Q6的第4脚电压等于电源电压-0.6v，由于第一场效应管Q6是PMOS，栅极电位和S极电位差0.6V，第一场效应管Q6截止，产生过压保护动作。同时第一场效应管Q6和第二场效应管Q30共同构成电源防反接电路。24V直流电源流经第二场效应管Q30后进入DC-DC开关稳压器U36，将24V转成5V，为模拟部分电路供电。

第二路：DC-DC电源模块M1通过第二场效应管Q30输出电压进行DC-DC全隔离变换，输出隔离5V给数字部分电路供电，同时5V电压通过线性稳压芯片U10转换成4.2V给通信模块U4供电，最大电流不小于2A。

优选地，请见图5和图6，图5为本发明提供的污水处理自动控制系统第三实施例的功能框图，在第一实施例的基础上，污水处理自动控制系统还包括以太网电路70，以太网电路70包括以太网芯片U3，以太网芯片U3与单片机控制电路30相连接，用于将单片机控制电路30输出的TTL信号转为以太网信号，实现以太网的接入。在本实施例中，以太网芯片U3的型号采用EP10，以太网芯片的第8引脚与单片机控制电路30中双串口芯片U1的第6引脚相接通，以太网芯片的第9引脚与单片机控制电路30中双串口芯片U1的第4引脚相接通。以太网芯片U3主要实现将TTL信号转为以太网信号，实现以太网的接入。

进一步地，参见图7和图8，图7为图5中所示的单片机控制电路一实施例的功能模块示意图，在本实施例中，单片机控制电路30包括主控芯片31、电源检测电路32和转换隔离电路33，其中，主控芯片31，用于实现数字信号的输入、输出、以及SPI、串口和IIC通信；电源检测电路32与主控芯片31电连接，用于对主控芯片31产生第一复位信号和第二复位信号；转换隔离电路33与主控芯片31电连接，用于将主控芯片31输出的TTL信号转换为RS485信号；并实现转换的RS485信号与主控芯片31接入的物理隔离。具体地，电源检测电路32包括电源监控芯片U35，电源监控芯片U35的第7引脚与主控芯片31的第20引脚相连接，电源监控芯片U35用于若识别到主电源电压低于预设的电压阈值时，则将电源监控芯片U35的第7引脚输出的高电平转换为低电平，产生第一复位信号输出给主控芯片31；同时用于在设定的时间到来时，若未检测到主控芯片31的第6引脚发生电平翻转，则将电源监控芯片U35的第7引脚的高电平转换为低电平，产生第二复位信号。转换隔离电路33包括485转换芯片U8、放电管D56、第一浪涌抑制器D55和第二浪涌抑制器D58，485转换芯片U8的第3引脚与主控芯片31的第2引脚相连接，485转换芯片U8的第6引脚与主控芯片31的第2引脚相连接，485转换芯片U8的第4引脚与第5引脚相连后与主控芯片31的第14引脚相连接；放电管D56并接于485转换芯片U8的第12引脚与第13引脚之间，第一浪涌抑制器485与转换芯片的第12引脚相连接，第二浪涌抑制器与485转换芯片的第13引脚相连接。在本实施例中，主控芯片31的型号为ATmega128单片机。电源监控芯片U35采用的型号为IMP706。485转换芯片U8的型号采用ISO3082W。放电管D56的型号采用3RM800M-8。第一浪涌抑制器D55和第二浪涌抑制器D58的型号均采用C650-180-WH。

主控芯片U33主要实现数字信号输入、输出、以及SPI、串口、IIC等通信。电源监控芯片U35为电源检测及看门狗芯片，在主电源电压低2.93V时会在第7引脚从高电平转为低电平，通过主控芯片U33的第20引脚输入主控芯片U33，产生复位信号，同时如果在1.6s内没有在电源监控芯片U35第6引脚发生电平翻转亦会使U35第7引脚变为低电平，从而产生低电平复位信号。

485转换芯片U8为全隔离485转换芯片，主要实现将主控芯片U33的TTL信号转换成RS485信号，并实现物理隔离。并接在485转换芯片U8第12引脚和第13引脚上，放电管D56实现在引脚有高电压时，从引脚输入时内部短路吸收高电压，防止芯片被高压烧毁。第一浪涌抑制器D55和第二浪涌抑制器D58进一步保护芯片。

进一步地，请见图9和图10，图9为图5中所示的模拟信号采集电路一实施例的功能模块示意图，在本实施例中，模拟信号采集电路10包括ADC采样电路11和模拟信号隔离电路12，其中，ADC采样电路11，用于实现外部各个污水处理装置中的多路模拟信号进行ADC采样；模拟信号隔离电路12与ADC采样电路11电连接，用于对ADC采样电路11采样的外部多路模拟信号与主控芯片31的接入进行物理隔离；ADC采样电路11包括模数转换器U41、光电耦合器U43、第二开关管Q9、第四电阻R167、第五电阻、第六电阻和第七电阻，模拟信号隔离电路12包括数字隔离芯片U42，模数转换器U41的第1引脚与数字隔离芯片U42的第14引脚相连接，模数转换器U41的第37引脚与数字隔离芯片U42的第13引脚相连接，模数转换器U41的第38引脚与数字隔离芯片U42的第12引脚相连接，模数转换器U41的第36引脚与数字隔离芯片U42的第11引脚相连接；模数转换器U41的第2引脚通过光电耦合器U43和第二开关管Q9与主控芯片31的第9引脚相连接，光电耦合器Q9的第1引脚通过第四电阻R167与第一工作电压+5V相连接，光电耦合器U43的第2引脚与第二开关管Q9的集电极相连接，光电耦合器U43的第3引脚接模拟地，光电耦合器U43的第4引脚通过第五电阻R166与第二工作电压5V0相连接，第二开关管Q9的发射极接数字地DGND，第二开关管Q9的基极通过第六电阻R174与主控芯片31的第9引脚相连接，第二开关管Q9的发射极与第二开关管Q9的基极通过第七电阻R173相连接；数字隔离芯片U42的第3引脚与主控芯片31的第12引脚相连接，数字隔离芯片U42的第4引脚与主控芯片31的第11引脚相连接，数字隔离芯片U42的第5引脚与主控芯片31的第10引脚相连接，数字隔离芯片U42的第6引脚与主控芯片31的第13引脚相连接。模数转换器U41的型号采用AD88688。光电耦合器U43的型号为3H3。第二开关管Q9的型号为S8050。数字隔离芯片U42的型号为ISO7441。

在本实施例中，模数转换器U41和数字隔离芯片U42共同构成ADC(模数转换器)采样及隔离电路，模数转换器U41实现8路模拟采样(通过J2-J9跳线实现电流、电压采样的转换)，数字隔离芯片U42实现模拟采样输出和主控芯片U33接入的物理隔离。其中，光电耦合器U43为一路单独的光耦隔离电路，因为数字隔离芯片U42隔离路数不够，加入一路作为补充。

优选地，参见图11和图12，图11为图5中所示的数字信号采集电路一实施例的功能模块示意图，在本实施例中，数字信号采集电路20包括输入电路21和物理隔离电路22，其中，输入电路21包括第一并行输入串行输出逻辑芯片U9、第二并行输入串行输出逻辑芯片U7和第三并行输入串行输出逻辑芯片U18，第一并行输入串行输出逻辑芯片U9、第二并行输入串行输出逻辑芯片U7和第三并行输入串行输出逻辑芯片U18共同构成外部各个污水处理装置中的24路数字信号的输入，第一并行输入串行输出逻辑芯片U9的第9引脚与主控芯片31的第42引脚相连接，第一并行输入串行输出逻辑芯片U9的第1引脚与主控芯片31的第36引脚相连接，第一并行输入串行输出逻辑芯片U9的第2引脚与主控芯片31的第37引脚相连接；第二并行输入串行输出逻辑芯片U9的第9引脚与外部各个污水处理装置中的第一路数字信号相连接，第二并行输入串行输出逻辑芯片U7的第1引脚与主控芯片31的第36引脚相连接，第二并行输入串行输出逻辑芯片U7的第2引脚与主控芯片31的第37引脚相连接；第三并行输入串行输出逻辑芯片U18的第9引脚与外部各个污水处理装置中的第二路数字信号相连接，第三并行输入串行输出逻辑芯片U18的第1引脚与主控芯片31的第36引脚相连接，第三并行输入串行输出逻辑芯片U18的第2引脚与主控芯片31的第37引脚相连接；物理隔离电路22包括24路光耦隔离芯片OP1-OP24，24路光耦隔离芯片OP1-OP24对应与第一并行输入串行输出逻辑芯片U9、第二并行输入串行输出逻辑芯片U7和第三并行输入串行输出逻辑芯片U18的输出引脚相连接，用于实现外部各个污水处理装置中的24路数字信号和内部的物理隔离。第一并行输入串行输出逻辑芯片U9、第二并行输入串行输出逻辑芯片U7和第三并行输入串行输出逻辑芯片U18的型号均采用M74HC165M1R。24路光耦隔离芯片OP1-OP24的型号均采用3H3。本实施例提供的污水处理自动控制系统，第一并行输入串行输出逻辑芯片U9、第二并行输入串行输出逻辑芯片U7和第三并行输入串行输出逻辑芯片U18共同构成24路信号输入、串行输出电路，24路光耦隔离芯片OP1-OP24为24路光耦隔离芯片，实现外部输入信号和内部的物理隔离。24路输入信号经第一并行输入串行输出逻辑芯片U9、第二并行输入串行输出逻辑芯片U7和第三并行输入串行输出逻辑芯片U18转换后进入主控芯片31，实现输入数字信号的检测。

进一步地，请见图13和图14，图13为图5中所示的输出控制电路一实施例的功能模块示意图，在本实施例中，输出控制电路40包括第一隔离输出电路41、信号反相电路42、电流电压放大电路43和第二隔离输出电路44，其中，第一隔离输出电路41，用于对输出主信号进行隔离，并输出反相信号；信号反相电路42与第一隔离输出电路41电连接，用于对第一隔离输出电路41输出的反相信号进行反相；电流电压放大电路43与信号反相电路42电连接，用于对信号反相电路42反相后的反相信号进行电流电压放大；第二隔离输出电路44与信号反相电路42电连接，用于对电流电压放大电路43放大后的数字信号进行二次隔离输出。具体地，第一隔离输出电路41包括第一路四通道晶体管输出光电耦合器U44、第二路四通道晶体管输出光电耦合器U48、第三路四通道晶体管输出光电耦合器U50和第四路四通道晶体管输出光电耦合器U51，信号反相电路42包括第一反相器U45和第二反相器U47，电流电压放大电路43包括第一电流电压放大电路和第二电流电压放大电路，第二隔离输出电路44包括第一继电器电路和第二继电器电路，第一反相器U45的输入端分别与第一路四通道晶体管输出光电耦合器U44和第二路四通道晶体管输出光电耦合器U48相连接，第一反相器U45的输出端通过第一电流电压放大电路与第一继电器电路相连接；第二反相器U47的输入端分别与第三路四通道晶体管输出光电耦合器U50和第四路四通道晶体管输出光电耦合器U51相连接，第二反相器U47的输出端通过第二电流电压放大电路与第二继电器电路相连接；第一继电器电路包括七个并联的继电器，第二继电器电路包括七个并联的继电器。在本实施例中，第一路四通道晶体管输出光电耦合器U44、第二路四通道晶体管输出光电耦合器U48、第三路四通道晶体管输出光电耦合器U50和第四路四通道晶体管输出光电耦合器U51实现了输出主信号隔离，输出反相信号。隔离输出后通过第一反相器U45和第二反相器U47实现信号的反相，开关管Q13和开关管Q17实现2路非门作为对第一反相器U45和第二反相器U47输出路数不足的补充。最终输出数字信号经第一电流电压放大芯片U49、第二电流电压放大芯片U46进行电流电压放大后推动继电器Relay进行二次隔离输出。

优选地，请见图15，图15为图5中所示的无线通信电路一实施例的电路原理示意图，在本实施例中，无线通信电路50包括5G芯片U4、二极管D3、第三开关管Q5和第八电阻R122，5G芯片U4的第35引脚通过二极管D3与主控芯片31的第28引脚相连接，第三开关管Q5的发射极与5G芯片U4的第36引脚相连接，第三开关管Q5的基极通过第八电阻R122与第三工作电压+1.8V相连接，第三开关管Q5的集电极与主控芯片31的第27引脚相连接。本实施例提供的污水处理自动控制系统，通过5G芯片U4实现4G&5G联网。5G芯片U4通过第35引脚、第36引脚，实现和主控芯片31的TTL通信，实现将主控芯片31数据透传到internet上。5G芯片U4的型号为AIR724UG。二极管D3的型号为1N5819W，第三开关管Q5采用的型号为S8050。

本实施例提供的污水处理自动控制系统，同现有技术相比，采用模拟信号采集电路、数字信号采集电路、单片机控制电路、输出控制电路和无线通信电路，单片机控制电路采集模拟信号采集电路采样的外部多路模拟信号和数字信号采集电路输入的外部多路数字信号，并对采集的外部多路模拟信号和外部多路数字信号进行处理后产生输出控制信号，控制输出控制电路将处理后产生的输出控制信号进行隔离输出；并通过无线通信电路将处理后产生的输出控制信号无线透传到云端服务器上。本实施例提供的污水处理自动控制系统，底层控制不需要编写任何控制逻辑代码，使用方便；不需要添加任何第三方模块，功能全面；所有控制逻辑通过云平台后台添加，添加方便；绕开第三方平台，数据直接进入业主服务器，不存在数据泄露风险，数据保密性高；用户无需了解PLC相关知识即可添加控制逻辑，操控方便。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种污水处理自动控制系统，其特征在于，包括模拟信号采集电路(10)、数字信号采集电路(20)、单片机控制电路(30)、输出控制电路(40)和无线通信电路(50)，其中，

所述模拟信号采集电路(10)，用于对外部各个污水处理装置中的多路模拟信号进行采样、并将采样的外部多路模拟信号与内部的所述单片机控制电路(30)的接入进行物理隔离；

所述数字信号采集电路(20)，用于输入外部各个污水处理装置中的多路数字信号，并对输入的外部多路数字信号与内部的所述单片机控制电路(30)的接入进行物理隔离；

所述单片机控制电路(30)分别与所述模拟信号采集电路(10)、所述数字信号采集电路(20)、所述输出控制电路(40)和所述无线通信电路(50)电连接，用于采集所述模拟信号采集电路(10)采样的外部多路模拟信号和所述数字信号采集电路(20)输入的外部多路数字信号，并对采集的外部多路模拟信号和外部多路数字信号进行处理后产生输出控制信号，控制所述输出控制电路(40)将处理后产生的输出控制信号进行隔离输出；并通过所述无线通信电路(50)将处理后产生的输出控制信号无线透传到云端服务器上；

所述污水处理自动控制系统还包括供电电路(60)，所述供电电路(60)包括第一路供电电路(61)和第二路供电电路(62)，

所述第一路供电电路(61)用于为所述模拟信号采集电路(10)供电，包括保险丝、过压保护电路、电源防反接电路和DC-DC开关稳压器，所述过压保护电路包括第一开关管、稳压管和第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述电源防反接电路包括第一场效应管和第二场效应管，所述第一开关管的基极分为两路，一路通过所述第一电阻、所述第二电阻和所述保险丝与主电源相连接，另一路通过所述第一电阻和所述稳压管接模拟地；所述第一开关管的集电极通过所述第三电阻接模拟地，所述第一开关管的发射极通过所述保险丝与主电源相连接；所述第一场效应管的第5引脚、第6引脚、第7引脚和第8引脚相连后作为输入端再通过所述保险丝与主电源相连接，所述第一场效应管的第1引脚与所述第二场效应管的第1引脚相连接，所述第一场效应管的第2引脚与所述第二场效应管的第2引脚相连接，所述第一场效应管的第3引脚与所述第二场效应管的第3引脚相连接，所述第二场效应管的第5引脚、第6引脚、第7引脚和第8引脚相连后作为输出端与所述DC-DC开关稳压器的第7引脚相连接，所述DC-DC开关稳压器的第6引脚与模拟地相连接；

所述第二路供电电路(62)用于为所述数字信号采集电路(20)和所述无线通信电路(50)供电，包括DC-DC电源模块和线性稳压芯片，所述DC-DC电源模块的第1引脚与所述第二场效应管的输出端直连接，所述DC-DC电源模块的第2引脚与模拟地相连接，所述DC-DC电源模块的第3引脚与所述线性稳压芯片的第3引脚相连接，所述DC-DC电源模块的第4引脚与数字地相连接；

所述单片机控制电路(30)包括主控芯片(31)、电源检测电路(32)和转换隔离电路(33)，

所述主控芯片(31)，用于实现数字信号的输入、输出、以及SPI、串口和IIC通信；

所述电源检测电路(32)与所述主控芯片(31)电连接，用于对所述主控芯片(31)产生第一复位信号和第二复位信号；

所述转换隔离电路(33)与所述主控芯片(31)电连接，用于将所述主控芯片(31)输出的TTL信号转换为RS485信号；并实现转换的RS485信号与所述主控芯片(31)接入的物理隔离；

所述电源检测电路(32)包括电源监控芯片，所述电源监控芯片的第7引脚与所述主控芯片(31)的第20引脚相连接，所述电源监控芯片用于若识别到主电源电压低于预设的电压阈值时，则将所述电源监控芯片的第7引脚输出的高电平转换为低电平，产生第一复位信号输出给所述主控芯片(31)；同时用于在设定的时间到来时，若未检测到所述主控芯片(31)的第6引脚发生电平翻转，则将所述电源监控芯片的第7引脚的高电平转换为低电平，产生第二复位信号；

所述模拟信号采集电路(10)包括ADC采样电路(11)和模拟信号隔离电路(12)，

所述ADC采样电路(11)，用于对外部各个污水处理装置中的多路模拟信号进行ADC采样；

所述模拟信号隔离电路(12)与所述ADC采样电路(11)电连接，用于对所述ADC采样电路(11)采样的外部多路模拟信号与所述主控芯片(31)的接入进行物理隔离；

所述ADC采样电路(11)包括模数转换器、光电耦合器、第二开关管、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻，所述模拟信号隔离电路(12)包括数字隔离芯片，所述模数转换器的第1引脚与所述数字隔离芯片的第14引脚相连接，所述模数转换器的第37引脚与所述数字隔离芯片的第13引脚相连接，所述模数转换器的第38引脚与所述数字隔离芯片的第12引脚相连接，所述模数转换器的第36引脚与所述数字隔离芯片的第11引脚相连接；所述模数转换器的第2引脚通过所述光电耦合器和所述第二开关管与所述主控芯片(31)的第9引脚相连接，所述光电耦合器的第1引脚通过所述第四电阻与第一工作电压相连接，所述光电耦合器的第2引脚与所述第二开关管的集电极相连接，所述光电耦合器的第3引脚接模拟地，所述光电耦合器的第4引脚通过所述第五电阻与第二工作电压相连接，所述第二开关管的发射极接数字地，所述第二开关管的基极通过第六电阻与所述主控芯片(31)的第9引脚相连接，所述第二开关管的发射极与所述第二开关管的基极通过所述第七电阻相连接；所述数字隔离芯片的第3引脚与所述主控芯片(31)的第12引脚相连接，所述数字隔离芯片的第4引脚与所述主控芯片(31)的第11引脚相连接，所述数字隔离芯片的第5引脚与所述主控芯片(31)的第10引脚相连接，所述数字隔离芯片的第6引脚与所述主控芯片(31)的第13引脚相连接；所述模数转换器和所述数字隔离芯片共同构成ADC采样及隔离电路，所述模数转换器实现8路模拟采样，所述数字隔离芯片U42实现模拟采样输出和所述主控芯片(31)接入的物理隔离；其中，所述光电耦合器为一路单独的光耦隔离电路，作为所述数字隔离芯片隔离路数的补充；

所述数字信号采集电路(20)包括输入电路(21)和物理隔离电路(22)，所述输入电路(21)包括第一并行输入串行输出逻辑芯片、第二并行输入串行输出逻辑芯片和第三并行输入串行输出逻辑芯片，所述第一并行输入串行输出逻辑芯片、所述第二并行输入串行输出逻辑芯片和所述第三并行输入串行输出逻辑芯片共同构成外部各个污水处理装置中的24路数字信号的输入，所述第一并行输入串行输出逻辑芯片的第9引脚与所述主控芯片(31)的第42引脚相连接，所述第一并行输入串行输出逻辑芯片的第1引脚与所述主控芯片(31)的第36引脚相连接，所述第一并行输入串行输出逻辑芯片的第2引脚与所述主控芯片(31)的第37引脚相连接；所述第二并行输入串行输出逻辑芯片的第9引脚与外部各个污水处理装置中的第一路数字信号相连接，所述第二并行输入串行输出逻辑芯片的第1引脚与所述主控芯片(31)的第36引脚相连接，所述第二并行输入串行输出逻辑芯片的第2引脚与所述主控芯片(31)的第37引脚相连接；所述第三并行输入串行输出逻辑芯片的第9引脚与外部各个污水处理装置中的第二路数字信号相连接，所述第三并行输入串行输出逻辑芯片的第1引脚与所述主控芯片(31)的第36引脚相连接，所述第三并行输入串行输出逻辑芯片的第2引脚与所述主控芯片(31)的第37引脚相连接；

所述物理隔离电路(22)包括24路光耦隔离芯片，24路所述光耦隔离芯片对应与所述第一并行输入串行输出逻辑芯片、所述第二并行输入串行输出逻辑芯片和所述第三并行输入串行输出逻辑芯片的输出引脚相连接，用于实现外部各个污水处理装置中的24路数字信号和内部的物理隔离；所述第一并行输入串行输出逻辑芯片、所述第二并行输入串行输出逻辑芯片和所述第三并行输入串行输出逻辑芯片共同构成24路信号输入、串行输出电路，24路所述光耦隔离芯片实现外部输入信号和内部的物理隔离，24路输入信号经所述第一并行输入串行输出逻辑芯片、所述第二并行输入串行输出逻辑芯片和所述第三并行输入串行输出逻辑芯片转换后进入所述主控芯片，实现输入数字信号的检测；

所述输出控制电路(40)包括第一隔离输出电路(41)、信号反相电路(42)、电流电压放大电路(43)和第二隔离输出电路(44)，

所述第一隔离输出电路(41)，用于对输出主信号进行隔离，并输出反相信号；

所述信号反相电路(42)与所述第一隔离输出电路(41)电连接，用于对所述第一隔离输出电路(41)输出的反相信号进行反相；

所述电流电压放大电路(43)与所述信号反相电路(42)电连接，用于对所述信号反相电路(42)反相后的反相信号进行电流电压放大；

所述第二隔离输出电路(44)与所述信号反相电路(42)电连接，用于对所述电流电压放大电路(43)放大后的数字信号进行二次隔离输出；

所述第一隔离输出电路(41)包括第一路四通道晶体管输出光电耦合器、第二路四通道晶体管输出光电耦合器、第三路四通道晶体管输出光电耦合器和第四路四通道晶体管输出光电耦合器，所述信号反相电路(42)包括第一反相器和第二反相器，所述电流电压放大电路(43)包括第一电流电压放大电路和第二电流电压放大电路，所述第二隔离输出电路(44)包括第一继电器电路和第二继电器电路，所述第一反相器的输入端分别与所述第一路四通道晶体管输出光电耦合器和所述第二路四通道晶体管输出光电耦合器相连接，所述第一反相器的输出端通过所述第一电流电压放大电路与所述第一继电器电路相连接；所述第二反相器的输入端分别与所述第三路四通道晶体管输出光电耦合器和所述第四路四通道晶体管输出光电耦合器相连接，所述第二反相器的输出端通过所述第二电流电压放大电路与所述第二继电器电路相连接；所述第一继电器电路包括七个并联的继电器，所述第二继电器电路包括七个并联的继电器；

所述第一路四通道晶体管输出光电耦合器、所述第二路四通道晶体管输出光电耦合器、所述第三路四通道晶体管输出光电耦合器和所述第四路四通道晶体管输出光电耦合器实现了输出主信号隔离，输出反相信号；隔离输出后通过所述第一反相器和所述第二反相器实现信号的反相，开关管Q13和开关管Q17实现2路非门作为对所述第一反相器和所述第二反相器输出路数不足的补充；最终输出数字信号经第一电流电压放大芯片、第二电流电压放大芯片进行电流电压放大后推动继电器进行二次隔离输出。

2.如权利要求1所述的污水处理自动控制系统，其特征在于，所述污水处理自动控制系统还包括以太网电路(70)，所述以太网电路(70)包括以太网芯片，所述以太网芯片与所述单片机控制电路(30)相连接，用于将所述单片机控制电路(30)输出的TTL信号转为以太网信号，实现以太网的接入。

3.如权利要求1所述的污水处理自动控制系统，其特征在于，所述转换隔离电路(33)包括485转换芯片、放电管、第一浪涌抑制器和第二浪涌抑制器，所述485转换芯片的第3引脚与所述主控芯片(31)的第2引脚相连接，所述485转换芯片的第6引脚与所述主控芯片(31)的第2引脚相连接，所述485转换芯片的第4引脚与第5引脚相连后与所述主控芯片(31)的第14引脚相连接；所述放电管并接于所述485转换芯片的第12引脚与第13引脚之间，所述第一浪涌抑制器与所述485转换芯片的第12引脚相连接，所述第二浪涌抑制器与所述485转换芯片的第13引脚相连接。

4.如权利要求1所述的污水处理自动控制系统，其特征在于，所述无线通信电路(50)包括5G芯片、二极管、第三开关管和第八电阻，所述5G芯片的第35引脚通过所述二极管与所述主控芯片(31)的第28引脚相连接，所述第三开关管的发射极与所述5G芯片的第36引脚相连接，所述第三开关管的基极通过所述第八电阻与第三工作电压相连接，所述第三开关管的集电极与所述主控芯片(31)的第27引脚相连接。