环保监测无线数据采集传输系统
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作者: 许红宁
摘要：这是针对各类污染源在线监测而设计出的一款高性能无线数据采集传输设备。可实现对一次仪表的实时监控，通过传输网络将监测数据及时传送到监控中心；同时能够接收、执行监控中心发出的各种指令，实现远程监控、实时监测、超标报警。环保监测无线数据采集传输系统通过模拟信号接口、数字信号接口与流量计、COD、PH仪、氨氮、余氯、烟气测量仪等多种仪器连接，使得对仪表的监控更加方便快捷，满足环保领域各级国控、省控及市控污染源在线监测的要求。
关键词：环保监测；数据采集；无线传输；HJ/T212协议
中图分类号：TE973 文献标识码：A 文章编号：1007-9599(2011)23-0000-01
Environmental Monitoring Wireless Data Collective Transmission System
Xu Hongning
(Shenyang Ware Digital Technology Co.Ltd.,Shenyang 110015,China)
Abstract:Aiming at a high-function wirelss data collective transmisstion equipment which focuses on all kinds of pollutions to realize the instant monitoring of the instrument and transmit the monitoring data to the monitoring center through transmission network, in the meanwhile receive and carry out the orders from the monitoring center and finally realize distance monitoring,instant monitoring, over-standard alarm.Through analog signal inerface,digital singal interface and all kinds of instrument such as flowmeter,COD,PH device, ammonia antrogen,residual chlorine and smoke monitoring,the environmental monitoring wireless data collective transmission system can monitor the instrument more conveniently and meets the requirements of the contry control,province control and city control.
Keywords:Environmental monitoring;Data collection;Wireless transmission;HJ/T212 agreement
人类不断的向环境排放污染物质，如果排放的物质超过了环境的自净能力，环境质量就会发生不良变化，危害人类健康和生存。传统的环境监测工作主要以人工现场采样、实验室仪器分析为主,存在着监测频次低、采样误差大、监测数据分散、不能及时反映污染变化状况等缺陷，难以满足政府和企业进行有效环境管理的需求。如今环境在线自动监测已经成为有关部门及时获得连续性的监测数据的有效手段。只需经过几分钟的数据采集，污染源的环境状况信息就可发送到环境分析中心的服务器中。一旦观察到有某种污染物的浓度发生异变，环境监测部门就可以立刻采取相应的措施，取样具体分析。可见，环保监测无线数据采集传输系统最大的优势便在于可快速而准确地获得环境监测数据，以确定目标区域的环境状况和发展趋势。
一、系统总体结构
（一）现场数据采集终端部分。该终端主要是为了获取现场各个监测仪器的数据、上传并保存原始数据。包括：系统设置、数据显示、数据查询、数据传输等功能。（二）服务器中心信息分析处理系统。主要包括：数据接收，综合查询分析，系统维护和数据发布四大模块。（三）通讯协议。现场数据采集终端与信息分析处理系统之间的通讯完全符合HJ/T212-2005《污染源在线自动监测（监控）系统数据传输标准》。
二、现场数据采集终端硬件设计
现场数据采集终端是基于微处理器的数据采集系统，主芯片采用的是的Atmel的32位微处理器AT91SAM7X256[2]，可处理从各种传感器和分析仪采集的模拟信号和数字信号。整个系统由4部分组成，即电源、数据采集存储、键盘显示、GPRS无线传输。
（一）电源部分。系统选择220V交流电输入模式供电，再由开关电源转换为12V直流作为系统总电源,再由各个转换芯片为各部分电路供电。备电电源模块采用12V5Ah的蓄电池，在外部电源切掉的情况下，可持续工作40小时左右，并且将掉电和上电状态上传给终端供用户及时进行处理。（二）数据采集存储。模拟量通道共11路，每路模拟通道可通过软件或硬件跳线的方式提供两种信号输入方式（4-20mA、0-5V）。所有输入信号均通过12位A/D转换器每15秒/30秒扫描一次；数字量通道共5路，按照modbus协议进行通讯；开关量输入通道共8路，可以读取继电器的工作状态以监测接入设施的工作状态；开关量输出通道共4路用来控制相应仪器的电子开关或继电器的开闭，来完成自动控制仪器的功能。数据存储部分选用可编程闪速存储器AT45DB321D，数据存储量大,达到4M左右。（三）按键和显示部分。数字键部分包括0-9，负号跟小数点，用来输入数据；光标控制部分包括4个箭头键：其中两个垂直移动键和两个水平移动键，显示菜单时，垂直光标键进行选择条目，水平光标键进行选择类别。除此回车键执行进入子菜单/确定，退出键执行返回上一级菜单，BK执行退格功能。这些按键可以实现全部菜单操作。LCD选用常用的250*64模块，通信是基于SPI总线。监测点相关信息如监测点名称编号、污染源名称及量程单位等可在这里进行设置，并且显示所连接的监测仪器的实时数据、小时均值、日均值和月均值，还能显示污染物的小时总量、日总量、月总量。（四）GPRS无线传输部分。本系统采用了Motorola公司高性能工业级GPRS模块。这种模块与UART连接。通过软件实现AT命令，可以控制GPRS连网，发送短信，语音通话等，支持固定IP或动态域名寻址；支持多数据中心，自动切换。
三、服务器中心信息分析处理系统设计
包括在线监测数据接收，综合查询分析，系统基础数据维护和数据发布四大模块。其中数据接收是系统的核心，它连接着现场数据采集终端，将采集到的监测数据存储至数据库Orace10G，更新监控站点的在线情况，实现对数据完整性的判断，发送补取数据指令，最大限度保证数据的传输率;综合查询分析是将各个监测终端的实时数据/历史数据经过特定的计算，生成管理人员可以参考的数值，并将这些数值分类汇总，形成小时均值、日均值和月均值的报表,以便直观的反映各企业的排污情况。系统基础数据维护包括污染源信息维护，监测项目类型维护与管理门户等功能。数据发布模块是最终展示在用户面前的数据形式，分为行政区域，地理信息系统，自定义分组，查询分析，组态视图五个部分，集中形象的把监测数据以不同方式展示给客户，用户只需打开浏览器即可查看。
参考文献：
[1]污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准，国家环境保护总局发布,2006
[2]AT91SAM7X256英文手册
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