基于GPRS的火力發電排放物監管系統研究

鄒俊榮，王婧婷，劉 銳，陶新民，沈 微

(東北林業大學 工程技術學院，哈爾濱 150040)

0 引 言

火力發電作為中國最大的化石能源消耗行業，在推進經濟發展的同時不可避免地導致了環境污染。當能源投入過量時，不僅會造成化石燃料的不完全燃燒，加劇污染廢氣等排放，還會造成生產系統的阻塞效應，使得發電量減少。能源投入過量帶來的阻塞效應給生產系統帶來了較大的破壞性，這是一種能源資源極度浪費的現象[1]。幾十年來，以煤為基礎的火力發電廠是碳排放的主要來源之一，火力發電釋放出大量有毒產物，如一氧化碳、一氧化氮、PM2.5以及對環境和人類健康有害的重金屬[2]。礦物燃料的使用在很大程度上是造成污染增加和氣候變化的主要原因[3]。新時代下，物聯網的建設引起廣泛關注，物聯網逐漸應用在水資源監測中[4-5]。

自行監測是排污許可制度的重要技術支撐，但火力發電行業自行監測質量參差不齊[6]。因此，加強對火力發電廠污染物的監管刻不容緩。文章將基于GPRS遠程通信技術的SIM800A模塊與高性能STM32F103C8T6處理器相結合，設計遠距離監測并傳送火力發電排放物中PM2.5、二氧化碳、二氧化硫的含量的裝置，并結合遠程監管系統，對超標企業進行實時監測，實現監管的智能化。

1 系統的總體結構

基于GPRS的火力發電排放物的監管系統主要是排放物中污染物指標的監測裝置與遠程監管系統之間相互配合，共同作用。排放物中污染物指標的監測裝置對排放物中的PM2.5、二氧化碳、二氧化硫濃度進行監測并發送，服務器接收由污染物指標的監測裝置監測并發送的數據。客戶端的上位機軟件對從服務器獲取的污染物指標監測數據進行比對處理并顯示出指標數據和比對簇狀圖，遠程監管系統對污染物指標的監測裝置監測的數據進行進一步處理，判斷是否罰款，并在遠程監管系統的客戶端上顯示出來，然后由工作人員手動輸入是否上繳罰款，從而達到加大對火力發電場的監管力度的目的。

2 火力發電污染物指標監測裝置

2.1 硬件設計

基于GPRS的污染物指標監測裝置主要由電源模塊、GPRS遠程通信模塊、按鍵控制模塊、STM32F103C8T6模塊、二氧化硫傳感器模塊、二氧化碳傳感器模塊、灰塵傳感器模塊以及OLED顯示模塊組成，如圖1所示。

圖1 污染物監測裝置組成

基于GPRS的污染物指標監測裝置的電源模塊用來為其他模塊供電；GPRS遠程通信模塊用來遠程傳輸數據，型號為SIM800A；按鍵控制模塊用來切換顯示指標；二氧化硫傳感器模塊用來監測二氧化硫濃度，型號為JXM-S02；二氧化碳傳感器模塊用來監測二氧化碳濃度，型號為MH-Z19；灰塵傳感器模塊用來監測PM2.5濃度，型號為GP2Y1010AU0F；OLED顯示模塊用于下機位顯示污染物指標數據。

基于GPRS的排放物中污染物指標監測裝置的電源模塊包括5 V/1 A電池組、TP4056充電保護板以及3.3 V電平轉換電路。STM32F103C8T6模塊由處理器STM32F103C8T6、8 MHz主晶振電路、RTC晶振電路、復位電路、BOOT選擇電路以及SWD調試接口電路組成，STM32F103C8T6模塊還與OLED顯示模塊相連接。

2.2 下位機程序設計

火力發電排放物中污染物指標的監測裝置是基于GPRS的火力發電排放物監管系統中的下機位系統，先調通串口通信，通信實現后按照Modbus協議的框架發送數據，對污染物指標的監測裝置核心部分STM32F103C8T6編寫下位機的程序。

下位機程序通過USART串行通信、三串口同時收發消息等通信方式把GPRS遠程通信模塊、二氧化硫傳感器模塊、二氧化碳傳感器模塊、PM2.5傳感器模塊、OLED顯示模塊以及按鍵控制模塊的功能相結合，并與STM32F103C8T6模塊連接，使整個系統持續有效地發揮作用。下位機軟件設計流程圖如圖2所示。

圖2 下位機設計流程圖

下位機在獲取污染物含量數據后，對各數據進行整合，并將整合后的數據發送到LCD顯示模塊，繪制數據函數圖像并顯示，然后啟動GPRS通信模塊，按照設定好的時間，發送數據到服務器數據庫，并將發送的數據和發送時間存儲到存儲單元中。

3 遠程監管系統

遠程監管系統主要由三大部分組成，即遠程監管系統、服務器數據庫和上位機軟件。

遠程監管系統的工作界面可進行監測數據的顯示、比對簇狀圖的顯示以及近期含量變化的折線圖的顯示，能夠遠距離監測到排放物中污染物的含量，來確定是否罰款及罰款力度。上位機軟件設計流程圖如圖3所示。

圖3 上位機軟件設計流程圖

4 結 語

對基于GPRS的火力發電排放物監管系統進行研究，該系統主要由基于GPRS的污染物濃度監測裝置和遠程監管系統組成。GPRS 遠程通信模塊運行穩定，相對于有線傳輸技術，降低了維護成本和搭建成本。遠程監管系統協同污染物指標監測裝置將設備與上位機連接，實現了污染物濃度的實時監測，并將數據及時存儲在數據庫中，防止了極端天氣下數據的丟失。但該系統監測的污染物濃度在傳輸過程中易受到氣候等因素的干擾而影響監測數據準確性，需要在應用中加以完善。