基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)保智能終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究

摘 要：本文介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)保智能終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括控制主板以及與所述控制主板連接并通過控制主板控制的：數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集污染源監(jiān)測儀表的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲所述數(shù)據(jù)采集模塊采集到的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于與上位機通訊；電源模塊，用于向所述控制主板提供電源；顯示模塊，用于實現(xiàn)人機交互，便于根據(jù)需要對儀器工作環(huán)境等進行編程控制，顯示各項數(shù)據(jù)和信息；運維終端模塊，用于現(xiàn)場運維人員身份驗證、簽到、運維情況記錄和問題記錄，可自由配置下游監(jiān)控設(shè)備、擴充任意監(jiān)測因子和支持現(xiàn)場運維工作。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；環(huán)保智能終端；數(shù)據(jù)采集；系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.145

1 引言

隨著人們的生活水平的提高，環(huán)保觀念的轉(zhuǎn)變，越來越關(guān)注生活環(huán)境的污染情況，尤其是如今水污染嚴(yán)重，生活污水和工業(yè)污水都影響著人們的生活質(zhì)量。現(xiàn)有的水污染源現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只具備單一污染源因子采集報送功能，系統(tǒng)擴充性、適應(yīng)性不夠，已不能滿足水污染源監(jiān)控系統(tǒng)不斷形成的各種監(jiān)控需求和其它環(huán)保監(jiān)控需求。需要一種可適用于所有水污染源的在線監(jiān)控系統(tǒng)，并能很好適應(yīng)水污染源監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)的各種新需求。

2 系統(tǒng)研究

基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)保智能終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括控制主板以及與所述控制主板連接并通過控制主板控制的：數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集污染源監(jiān)測儀表的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲所述數(shù)據(jù)采集模塊采集到的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于與上位機通訊；電源模塊，用于向所述控制主板提供電源；顯示模塊，用于實現(xiàn)人機交互，便于根據(jù)需要對儀器工作環(huán)境等進行編程控制，顯示各項數(shù)據(jù)和信息；運維終端模塊，用于現(xiàn)場運維人員身份驗證、簽到、運維情況記錄和問題記錄。

（1）數(shù)據(jù)采集模塊，包括：至少5個RS232或RS485數(shù)字輸入通道，用于連接監(jiān)測儀表，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、命令雙向傳輸；至少8個模擬輸入通道，以4～20mA電流輸入或0～5V電壓輸入，至少達到12位A/D轉(zhuǎn)換分辨率；至少4個開關(guān)量輸入通道，用于接入污染治理設(shè)施工作狀態(tài)；開關(guān)量電壓輸入范圍為0～5V。

（2）數(shù)據(jù)傳輸模塊為數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，通過有線傳輸或無線傳輸方式與上位機通訊。

（3）控制主板還設(shè)有內(nèi)部時鐘和為所述內(nèi)部時鐘提供電源的獨立電池，所述內(nèi)部時鐘誤差優(yōu)于±0.5s/24h。

（4）運維終端模塊包括電子信息識別單元，用于識別操作人員身份，與遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)庫聯(lián)系記錄操作人員開始進行運維的時間，并通過線上運維內(nèi)容輸入記錄工作內(nèi)容。運維終端模塊還包括視頻錄像單元，記錄運維人員日常工作內(nèi)容及其它人員進入監(jiān)測站房的活動。

（5）基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)保智能終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括防護等級≥IP63的殼體及備用電池。

3 應(yīng)用介紹

如圖1所示，該系統(tǒng)包括控制主板1以及與所述控制主板1連接并通過控制主板1控制的：數(shù)據(jù)采集模塊2，用于采集污染源監(jiān)測儀表的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲模塊3，用于存儲所述數(shù)據(jù)采集模塊2采集到的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸模塊4，用于與上位機通訊；電源模塊5，用于向所述控制主板1提供電源；顯示模塊6，用于實現(xiàn)人機交互，便于根據(jù)需要對儀器工作環(huán)境等進行編程控制，顯示各項數(shù)據(jù)和信息；運維終端模塊7，用于現(xiàn)場運維人員身份驗證、簽到、運維情況記錄和問題記錄。

（1）實時數(shù)據(jù)為每整30秒采集的一組數(shù)據(jù)。其參數(shù)檢測數(shù)值的小數(shù)點位（最長不超過3位小數(shù)）可以自由設(shè)定；模擬量數(shù)據(jù)可以設(shè)置零位校準(zhǔn)基數(shù)和線性比例系數(shù)；參數(shù)單位、名稱按《污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)（HJT212-2005）》規(guī)定內(nèi)容執(zhí)行。歷史數(shù)據(jù)包括連續(xù)型歷史數(shù)據(jù)和間斷型數(shù)據(jù)。連續(xù)型歷史數(shù)據(jù)，目前主要有水流量數(shù)據(jù)，每整五分鐘，對五分鐘內(nèi)采集到的實時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，所得的算術(shù)平均值，即為歷史數(shù)據(jù)。間斷型數(shù)據(jù)則按相關(guān)規(guī)定，定時從分析儀采集數(shù)據(jù)，具體的實現(xiàn)方法是，當(dāng)分析儀內(nèi)存儲結(jié)果的寄存器（測試時間）發(fā)生改變時，才觸發(fā)歷史數(shù)據(jù)的采集。間斷型數(shù)據(jù)主要有COD數(shù)據(jù)、氨氮數(shù)據(jù)、重金屬檢測數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)采集模塊，包括：至少5個RS232或RS485數(shù)字輸入通道，用于連接監(jiān)測儀表，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、命令雙向傳輸；至少8個模擬輸入通道，以4～20mA電流輸入或0～5V電壓輸入，至少達到12位A/D轉(zhuǎn)換分辨率；至少4個開關(guān)量輸入通道，用于接入污染治理設(shè)施工作狀態(tài)；開關(guān)量電壓輸入范圍為0～5V。數(shù)據(jù)采集模塊采用數(shù)字輸入通道可實現(xiàn)自由增加監(jiān)控設(shè)備的種類和數(shù)量，能與COD、氨氮、流量計、重金屬分析儀、圣斯?fàn)栯娏總鞲衅鞯然跇?biāo)準(zhǔn)的MODBUSRTU協(xié)議的監(jiān)測儀表兼容。

（3）每個監(jiān)測因子可以獨立設(shè)置串行數(shù)據(jù)信號輸入端口、波特率、通訊協(xié)議。監(jiān)測因子顯示可以任意分組集中顯示，并有組名提示，其組名可以任意設(shè)置，分組數(shù)不限制。

4 小結(jié)

（1）本系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集模塊中包括多種多個輸入通道可以與不同的監(jiān)測儀表連接，設(shè)置不同的串行數(shù)據(jù)信號輸入端口、波特率、通訊協(xié)議，可實現(xiàn)同時采集不同因子的監(jiān)測數(shù)據(jù)；相應(yīng)地，可利用多個輸入通道設(shè)置多個裝備對同一個監(jiān)測因子進行監(jiān)測，實現(xiàn)同參數(shù)多設(shè)備監(jiān)測。通過上述的采集方式，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中只具備單一污染源因子采集報送功能，系統(tǒng)擴充性、適應(yīng)性不夠的缺點。

（2）該系統(tǒng)設(shè)有運維終端模塊，采用生物特征采集技術(shù)對現(xiàn)場運維人員的身份做驗證，實現(xiàn)現(xiàn)場人員自動簽到，并與監(jiān)控中心的即時在線互聯(lián)；通過運維終端模塊還可記錄運維現(xiàn)場情況和問題，有利于監(jiān)控中心對現(xiàn)場系統(tǒng)的情況及時把控，提高質(zhì)量控制和監(jiān)理的能力。

作者簡介：金杰（1988-），男，江蘇揚州人，本科，助理工程師，研究方向：嵌入式軟件開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)通訊、服務(wù)器軟件開發(fā)。