嵌入式可編程單點多發(fā)智能型數(shù)據(jù)采集傳輸儀研究

曲國利， 吳 云， 徐改花， 陳 林

(1. 淄博市環(huán)境監(jiān)測站，山東淄博 255000；2. 江蘇三?？萍脊煞萦邢薰?，江蘇南京 210002)

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嵌入式可編程單點多發(fā)智能型數(shù)據(jù)采集傳輸儀研究

曲國利1， 吳 云2*， 徐改花2， 陳 林2

(1. 淄博市環(huán)境監(jiān)測站，山東淄博 255000；2. 江蘇三?？萍脊煞萦邢薰荆K南京 210002)

摘要為了有效解決自動監(jiān)測設(shè)備通信規(guī)約不一致、數(shù)據(jù)采集傳輸、監(jiān)測設(shè)備反控受限等問題，研究開發(fā)了可編程單點多發(fā)智能型數(shù)據(jù)采集傳輸儀。從數(shù)據(jù)采集傳輸儀的硬件設(shè)計、軟件架構(gòu)及原理、主要功能和技術(shù)參數(shù)等方面進行了深入闡述，提出了智能(自動)匹配多種環(huán)境監(jiān)測設(shè)備通訊協(xié)議、實現(xiàn)多協(xié)議多目標(biāo)并行數(shù)據(jù)發(fā)送、通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程動態(tài)注入控制指令、支持現(xiàn)場設(shè)備DCS工況組態(tài)(流程)模擬等4大創(chuàng)新點。

關(guān)鍵詞可編程;單點多發(fā);智能匹配多協(xié)議;遠(yuǎn)程反控;組態(tài)模擬

一般環(huán)境監(jiān)測站點位置分散，分布范圍廣，且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)。非在線式監(jiān)測方式無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、在線測量和遠(yuǎn)程控制，對環(huán)境質(zhì)量的惡化以及污染源污染物的超標(biāo)排放等突發(fā)情況難以掌握，具有明顯的缺點[1]。數(shù)據(jù)采集傳輸儀是現(xiàn)場儀表與上位機系統(tǒng)的連接儀器，它可通過數(shù)字通道、模擬通道、開關(guān)量通道采集監(jiān)測儀表的監(jiān)測數(shù)據(jù)、狀態(tài)等信息，然后通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)、狀態(tài)傳輸至上位機；同時也可以接收上位機通過傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的控制命令，控制監(jiān)測儀表的工作，在現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用[2-5]。

數(shù)據(jù)采集傳輸儀的開發(fā)普遍存在2個問題：一是監(jiān)測設(shè)備通訊規(guī)約不統(tǒng)一。自動監(jiān)測設(shè)備廠商較多，且沒有統(tǒng)一的通訊協(xié)議，導(dǎo)致在對設(shè)備聯(lián)網(wǎng)時需要對多家不同通訊協(xié)議的設(shè)備進行開發(fā)，增加開發(fā)難度和系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。二是自動監(jiān)測系統(tǒng)反控功能不完善?，F(xiàn)有自動監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作功能過于薄弱，自動監(jiān)控儀器長期處于無人值守狀態(tài)，僅能實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸和簡單的反控功能。

為了解決目前數(shù)據(jù)采集傳輸儀存在的問題，滿足現(xiàn)代自動化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集傳輸中的應(yīng)用需求，需要研究新一代智能型數(shù)據(jù)采集傳輸儀。針對目前已建污染源自動監(jiān)測設(shè)備通訊協(xié)議不規(guī)范、通訊信息難以交互等問題，開發(fā)集成多種類在線監(jiān)控儀器通訊規(guī)約，并能將各類規(guī)約自動轉(zhuǎn)換為國家標(biāo)準(zhǔn)所要求的信息格式，允許多種類型環(huán)境要素監(jiān)測設(shè)備接入，支持多種數(shù)據(jù)傳輸方式，支持多協(xié)議多目標(biāo)并行數(shù)據(jù)發(fā)送，支持設(shè)備反控，能顯示設(shè)備工況流程，支持?jǐn)?shù)據(jù)補發(fā)，符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集傳輸儀，從而為節(jié)能、降耗、減排、總量控制等環(huán)境管理工作提供權(quán)威、科學(xué)、客觀的依據(jù)，協(xié)助企業(yè)及各級環(huán)保部門實現(xiàn)總量控制與減排管理的目標(biāo)，滿足各級環(huán)境管理及相關(guān)部門對監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量日益提高的要求。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計

硬件設(shè)計包括嵌入式處理器的設(shè)計選型，外圍存儲器擴展設(shè)計，鍵盤、LED等人機交互接口的設(shè)計，以太網(wǎng)卡的接口設(shè)計，GPRS/CDMA模塊的設(shè)計選型[6]。主板采用核心板加底板的設(shè)計方式，核心板為6層高速PCB,它充分考慮接口的擴展問題，集成了電源、CPU、SDRAM、NandFlash、網(wǎng)口、復(fù)位電路、JTAG調(diào)試接口等。通過4條雙排68針的連接器引出了外部擴展需要用到的全部數(shù)據(jù)、地址總線、各外設(shè)接口、IO信號等；通過2層PCB底板將CPU主要接口和產(chǎn)品中需要的接口外擴引出，方便產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計。硬件平臺整體框架見圖1。

對產(chǎn)品的開發(fā)，嵌入式硬件開發(fā)首先要考慮的是嵌入式處理器的選型，從價格和穩(wěn)定性方面選用集成度高的芯片。ARM公司提供了一系列內(nèi)核、體系擴展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案以及內(nèi)部功能配置組合，該研究選擇三星S3C2410AL工業(yè)級ARM9微處理器。它是一款基于ARM920T內(nèi)核的32位RISC嵌入式微處理器，主要面向終端設(shè)備以及高性價比、低功耗的應(yīng)用，運行頻率可以達到400 MHz。

外圍存儲器擴展設(shè)計在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中是非常重要的，雖然現(xiàn)在部分處理器自帶存儲器，但容量過小，不能滿足當(dāng)前日益追求功能齊全的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。適當(dāng)?shù)娜萘窟x取是非常有必要的，容量選擇過大會造成存儲器成本的增加和資源的浪費。該研究內(nèi)存選用2個容量為32 M字節(jié)的內(nèi)存芯片組成32 bit寬64 M內(nèi)存，存儲芯片選用64 M NANDFLASH芯片。

串口設(shè)計有5個三線制異步串行口，波特率最高可達1.5 Mbps。由于CPU內(nèi)部有3個串口接口，不能滿足產(chǎn)品要求，因此設(shè)計時外擴出5個串口進行設(shè)備互連，ST16C554為4串口芯片，通過CPU總線進行外擴，總線寬度為16 bit，通過片選對每個串口進行切換。產(chǎn)品設(shè)計有一個10 M網(wǎng)口，網(wǎng)絡(luò)芯片通過16 bit數(shù)據(jù)總線進行外擴，網(wǎng)絡(luò)接口帶有連接指示燈和傳輸指示燈，方便用戶進行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓收吓挪?。提供以鍵盤和LED等為主的人機交互接口，更好地完成用戶與嵌入式系統(tǒng)之間的信息交互，便于用戶對嵌入式系統(tǒng)的操作。該研究設(shè)計外接一個4 096×4 096分辨率觸摸屏，以實時顯示系統(tǒng)運行各種數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的各種狀態(tài)，并可以控制觸摸屏背光以滿足低功耗需求。

2系統(tǒng)軟件架構(gòu)及原理

數(shù)據(jù)采集傳輸儀軟件系統(tǒng)采用先進的計算機、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，具有性能可靠、技術(shù)成熟、功能完善的特點，并且滿足工業(yè)級的設(shè)備運行條件，具備自動數(shù)據(jù)處理和分析、數(shù)據(jù)傳輸自動化、遠(yuǎn)距離控制功能和異常處理能力。數(shù)據(jù)采集通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1　硬件平臺整體框架Fig. 1　Overall framework of hardware platform

圖2　數(shù)據(jù)采集通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意Fig. 2　Structure of data acquisition and transmission system

2.1分布式數(shù)據(jù)庫，保證數(shù)據(jù)一致性構(gòu)建了一個統(tǒng)一的分布式自動監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，同企業(yè)的監(jiān)測數(shù)據(jù)庫形成一個自動監(jiān)測系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫體系，采用相同的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，從而保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。用一套完整、規(guī)范、統(tǒng)一的環(huán)境自動監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸、處理、分析軟件和規(guī)范統(tǒng)一的環(huán)境自動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集傳輸體系，保證數(shù)據(jù)的一致性。

2.2安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸在目前環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)體系中，大多數(shù)監(jiān)測站點數(shù)據(jù)通信方式支持CDMA/GPRS無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過加密并有校驗機制。數(shù)據(jù)采集傳輸儀存儲12個月的現(xiàn)場數(shù)據(jù),同時具有數(shù)據(jù)自動補發(fā)機制、上位機數(shù)據(jù)召喚機制和人工數(shù)據(jù)補調(diào)機制，不受控制中心斷電或意外故障的影響。以環(huán)保業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)規(guī)則約束策略為指導(dǎo)對無效數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)進行自動鑒別和分別存儲，以備維護和查詢。

2.3通信協(xié)議的開發(fā)數(shù)據(jù)采集傳輸儀的規(guī)約驅(qū)動程序開發(fā)采用開放式設(shè)計，支持目前市場上大多數(shù)自動在線監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議。數(shù)據(jù)采集傳輸儀中所采用的通信規(guī)約在ISO/OSI 7層協(xié)議架構(gòu)中的層次結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信協(xié)議層次結(jié)構(gòu)Fig. 3　Hierarchical structure of communication protocol of data acquisition and transmission system

該研究的數(shù)據(jù)采集傳輸儀具有可編程功能，因此可以支持任意監(jiān)測設(shè)備的通信規(guī)約，每個通信規(guī)約的程序?qū)崿F(xiàn)都以動態(tài)鏈接庫的形式存在，系統(tǒng)根據(jù)實際選擇的規(guī)約，調(diào)用相應(yīng)的動態(tài)鏈接庫。一旦有新的監(jiān)測設(shè)備和新的規(guī)約，只要實現(xiàn)新的規(guī)約動態(tài)鏈接庫，在數(shù)據(jù)采集傳輸儀軟件系統(tǒng)主程序不作任何改變的前提下就可實現(xiàn)與新的監(jiān)測設(shè)備通信。

2.4監(jiān)測設(shè)備反控的實現(xiàn)對設(shè)備進行反控的方式分為本地控制和遠(yuǎn)程控制，能夠?qū)ΡO(jiān)測設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)的各類參數(shù)進行本地或遠(yuǎn)程設(shè)置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的召喚采集以及校驗。

本地控制能夠在本地實現(xiàn)對監(jiān)測設(shè)備的校準(zhǔn)、清洗、停機、等比例采樣等操作。在監(jiān)控中心實現(xiàn)對監(jiān)測設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，可異地進行儀器校準(zhǔn)、清洗、停機、等比例采樣等操作。

對在線監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，能實現(xiàn)定時采樣、實時直接采樣、事件觸發(fā)采樣等功能。數(shù)據(jù)采集設(shè)備能控制自動采樣儀進行事件采樣，能實現(xiàn)對監(jiān)測站房環(huán)境參數(shù)的監(jiān)控和上報，包括門禁、室溫、空調(diào)、電源等，以提供人工對比測試或其他詳細(xì)分析。能實現(xiàn)系統(tǒng)時鐘同步，具備自檢及完善的斷電自保護和死機自動恢復(fù)功能，故障前數(shù)據(jù)能保全存儲并可方便地讀取。

2.5數(shù)據(jù)通信傳輸數(shù)據(jù)采集傳輸儀的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)以無線網(wǎng)絡(luò)方式(CDMA/GPRS)為主，在需要連續(xù)圖像監(jiān)控的點位，配備ADSL和光纖寬帶接入方式，環(huán)境監(jiān)控中心的監(jiān)控系統(tǒng)能同時兼容這些通信方式，并可在不同的通信方式之間進行平滑過渡。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)滿足以下要求。

2.5.1數(shù)據(jù)傳輸安全性。為了保證監(jiān)測數(shù)據(jù)在公共無線數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳輸?shù)陌踩?，在?shù)據(jù)采集傳輸儀和數(shù)據(jù)傳輸軟件系統(tǒng)中進行了如下處理：自定義數(shù)據(jù)幀格式，保證數(shù)據(jù)傳輸按照國家環(huán)?？偩诸C布實施《污染源在線自動監(jiān)控(監(jiān)測)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和接口標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范》的要求進行；在數(shù)據(jù)幀中采用循環(huán)冗余校驗，協(xié)議的循環(huán)校驗碼采用標(biāo)準(zhǔn)的CRC16，即16位冗余循環(huán)碼校驗?zāi)Ｊ?確保接收數(shù)據(jù)的正確性；在數(shù)據(jù)幀發(fā)送前采用DES(Data Encryption Standard)加密算法對數(shù)據(jù)加密，控制中心的通信服務(wù)器加防火墻隔離，防止他人惡意干擾。

2.5.2數(shù)據(jù)傳輸可靠性。為了保證監(jiān)測數(shù)據(jù)在公共有線或無線數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳輸?shù)目煽啃?，在?shù)據(jù)采集傳輸儀和數(shù)據(jù)傳輸軟件系統(tǒng)中進行了如下處理。

(1)數(shù)據(jù)采集傳輸儀斷電時，保證供電恢復(fù)后能自動復(fù)位，自動與通信服務(wù)器建立通信鏈路；在數(shù)據(jù)傳輸過程中，通信鏈路如發(fā)生意外通信中斷，在通信恢復(fù)正常時，自動與通信服務(wù)器建立通信鏈路，自動重傳通信中斷時收到的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)不丟失。

(2)在協(xié)議上，發(fā)送方發(fā)送出數(shù)據(jù)，接收方接收到后發(fā)給發(fā)送方一個確認(rèn)報文，告訴發(fā)送方數(shù)據(jù)已正確收到，這時接收方就給已發(fā)送的數(shù)據(jù)打上“已發(fā)送”標(biāo)記，否則發(fā)送方在超時一定時間后，還未收到確認(rèn)報文，將自動重新發(fā)送數(shù)據(jù)，從而確保了數(shù)據(jù)被可靠傳輸。

(3)在數(shù)據(jù)采集傳輸儀與監(jiān)控中心通信服務(wù)器之間設(shè)置“心跳”聯(lián)系，在協(xié)議上存在“心跳”報文，當(dāng)通信鏈路上常時間無數(shù)據(jù)傳輸時，發(fā)送方就定時發(fā)送“心跳”報文，以主動監(jiān)測通信鏈路是否掉線；接收方收到“心跳”報文時，就回答“心跳”確認(rèn)報文，確保發(fā)送方確認(rèn)通信鏈路的連接狀況。

(4)監(jiān)控中心數(shù)據(jù)終端通過IP檢查終端設(shè)備是否在線，從而判定掉線故障出自哪一側(cè)；還可檢查出終端設(shè)備的連接時點、斷線時點，統(tǒng)計出在線時間、斷線時間，最終可判定通信網(wǎng)絡(luò)通信狀況的好壞，以便用戶確定問題。

(5)在通信軟件上，通過循環(huán)校驗碼檢驗數(shù)據(jù)判斷是否準(zhǔn)確。協(xié)議的循環(huán)校驗碼采用標(biāo)準(zhǔn)的CRC16，即16位冗余循環(huán)碼校驗?zāi)Ｊ健０l(fā)送方依據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)生成CRC16校驗碼，并將其置于數(shù)據(jù)包最末2字節(jié)；接收方則對整個數(shù)據(jù)包做相同運算，若傳輸正常則得出一致結(jié)果；不一致的結(jié)果表明傳輸出錯，整個數(shù)據(jù)報將被忽略，接收方將要求發(fā)送方重新發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.5.3數(shù)據(jù)傳輸適應(yīng)性。數(shù)據(jù)傳輸采用的規(guī)約為國家環(huán)保總局頒布實施《污染源在線自動監(jiān)控(監(jiān)測)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和接口標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范》，整個應(yīng)用層的協(xié)議和具體的傳輸網(wǎng)絡(luò)無關(guān)。規(guī)范體現(xiàn)通信介質(zhì)無關(guān)性，實現(xiàn)了適應(yīng)多種通信(數(shù)據(jù)傳輸)方式，包括多種無線、有線和有線寬帶方式，做到通信軟件與硬件和介質(zhì)無關(guān)。

3主要功能和技術(shù)參數(shù)

3.1具有標(biāo)準(zhǔn)化多通道輸入端C&M數(shù)據(jù)采集傳輸儀支持標(biāo)準(zhǔn)的RS-232信號和RS-485信號輸入，能夠?qū)崿F(xiàn)與多臺采用不同通信協(xié)議的現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)通信；具有常用工業(yè)信號采集功能。在不做任何改動的情況下，可隨時增加監(jiān)測儀器或監(jiān)測項目的采集，能與現(xiàn)場所有要連接的儀器、儀表、PLC、工控機等設(shè)備連接。每個輸入通道可以采用不同的通信協(xié)議與監(jiān)測設(shè)備相連，具有良好的可擴展性能。

3.2具有輸出端標(biāo)準(zhǔn)化多通道C&M數(shù)據(jù)采集傳輸儀支持標(biāo)準(zhǔn)的RS-232信號和RS-485信號輸出，支持CDMA/GPRS無線通訊方式，寬帶/ADSL/光纖等有線通訊方式，同時支持上述任意一種無線與任意一種有線通訊方式的組合，有線無線互為備用，提高數(shù)據(jù)上傳率。

3.3具有模擬/開關(guān)信號采集和設(shè)置功能C&M數(shù)據(jù)采集傳輸儀支持模擬信號(AI)和開關(guān)信號(DI)采集模塊，對模擬信號的A/D轉(zhuǎn)換精度為16位，可以實現(xiàn)對模擬/開關(guān)信號的采集和設(shè)置。

3.4基本接口和無線傳輸模塊配置C&M數(shù)據(jù)采集傳輸儀的接口配置如下：6～8路RS232/485標(biāo)準(zhǔn)串口用于連接各類監(jiān)測設(shè)備；8路模擬量接口用于連接8路4～20 MA或0～5V模擬量；8路開關(guān)量輸入(帶光電隔離)測量設(shè)備狀態(tài)；8路開關(guān)量輸出用于設(shè)備控制；1個100 M網(wǎng)絡(luò)口用于連接以太網(wǎng)；1個CONSOLE調(diào)試口用于現(xiàn)場調(diào)試；2個USB接口。

C&M數(shù)據(jù)采集傳輸儀支持CDMA和GPRS 2種無線通信模塊。設(shè)備內(nèi)含CDMA或GPRS無線通信模塊(根據(jù)用戶要求選擇配置)，用戶可以通過簡單更換CDMA或GPRS模塊和數(shù)據(jù)通信卡而實現(xiàn)采用任意一種無線通信傳輸，而不需要更改電路和軟件。在不改變用戶現(xiàn)有傳輸方式和不影響數(shù)據(jù)采集傳輸質(zhì)量的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)輸出端數(shù)字信號兩路以上分配模式，以保證用戶現(xiàn)有傳輸方式和數(shù)據(jù)采集傳輸儀同時上傳數(shù)據(jù)。

3.5具有多種數(shù)據(jù)發(fā)送方式C&M數(shù)據(jù)采集傳輸儀支持下列4種方式向監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)。

3.5.1定時傳輸。當(dāng)達到規(guī)定時間，轉(zhuǎn)發(fā)模塊將在發(fā)送點之前采集到的數(shù)據(jù)全部發(fā)送到服務(wù)器控制中心。

3.5.2采樣傳輸。數(shù)據(jù)處理模塊將數(shù)據(jù)處理完后，發(fā)送到發(fā)送數(shù)據(jù)列表中，轉(zhuǎn)發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)第一時間發(fā)送到服務(wù)器控制中心。

3.5.3召喚傳輸。轉(zhuǎn)發(fā)程序等待服務(wù)器召喚命令，當(dāng)接收到召喚命令后，將召喚的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器控制中心。

3.5.4透明傳輸。通過透明傳輸模塊將設(shè)備儀器和服務(wù)器控制中心連接起來，數(shù)據(jù)直接傳遞。

3.6具有多端點發(fā)送數(shù)據(jù)的功能C&M型數(shù)據(jù)采集傳輸儀能主動發(fā)現(xiàn)目標(biāo)端，支持與監(jiān)控中心之間的“一對一、一對多”通信方式，即可支持多個中心端IP地址，最多可同時與8個采用不同通信規(guī)約的監(jiān)控中心系統(tǒng)進行通信。

3.7具有歷史數(shù)據(jù)存儲功能C&M數(shù)據(jù)采集傳輸儀自帶大容量的內(nèi)存和閃存Flash，可存儲不少于12個月的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，存儲的時間間隔可自由設(shè)置為1～24 h，歷史數(shù)據(jù)調(diào)用傳輸可以采用無損壓縮形式。

3.8具有數(shù)據(jù)補發(fā)的功能C&M數(shù)據(jù)采集傳輸儀內(nèi)存有數(shù)據(jù)采集傳輸儀與各監(jiān)控中心間發(fā)送數(shù)據(jù)的記錄，當(dāng)數(shù)據(jù)采集傳輸儀與某個監(jiān)控中心通信中斷而造成漏發(fā)數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)采集傳輸儀會在通信恢復(fù)后，自動向漏發(fā)數(shù)據(jù)的監(jiān)控中心補發(fā)遺漏數(shù)據(jù)。另外操作員也可以在監(jiān)控中心通過反控命令，人工請求數(shù)據(jù)采集傳輸儀補發(fā)某時間段的數(shù)據(jù)。

3.9具有遠(yuǎn)程維護的功能C&M數(shù)據(jù)采集傳輸儀具有遠(yuǎn)程維護功能，支持Telnet遠(yuǎn)程登陸功能，維護人員在能通過無線或有線方式遠(yuǎn)程進行下列操作：對數(shù)據(jù)采集傳輸儀的參數(shù)進行設(shè)置；對數(shù)據(jù)采集傳輸儀的運行狀態(tài)進行查看；對數(shù)據(jù)采集傳輸儀的存儲數(shù)據(jù)進行查看；對數(shù)據(jù)采集傳輸儀的通信協(xié)議或程序進行更換、升級；對數(shù)據(jù)采集傳輸儀進行啟動、停止操作。

3.10顯示功能C&M數(shù)據(jù)采集傳輸儀內(nèi)置7＂TFT彩色液晶觸摸顯示屏，外置標(biāo)準(zhǔn)VGA接口，可接電腦顯示器。顯示分辨率 800×480，顯示背光源 LED，顯示背光亮度 200 cd/mm，可顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)列表、折線圖、棒圖、餅圖、報警信息、工藝流程圖等監(jiān)測信息，并可用大小變化、顏色改變、明暗閃爍、移動翻轉(zhuǎn)等多種手段，增強畫面的動態(tài)顯示效果。

3.11強大的遠(yuǎn)程控制功能C&M數(shù)據(jù)采集傳輸儀可接受監(jiān)控中心軟件下發(fā)指令,對所連接的自動監(jiān)測設(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。對于協(xié)議支持反控的現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備具有以下反控功能：接受監(jiān)控中心軟件下達的指令,遠(yuǎn)程控制所連自動監(jiān)測設(shè)備的啟停；遠(yuǎn)程進行時間同步校準(zhǔn)，使監(jiān)控中心與數(shù)據(jù)采集傳輸儀，數(shù)據(jù)采集傳輸儀與自動監(jiān)測設(shè)備之間的上、下行時間同步；設(shè)置和修改自動監(jiān)測設(shè)備的采樣時刻與周期；設(shè)定數(shù)據(jù)采集頻率和上傳數(shù)據(jù)時間間隔。

3.12具有短信功能C&M數(shù)據(jù)采集傳輸儀具有短信報警功能、短信查詢數(shù)據(jù)功能、短信查詢設(shè)備運行狀態(tài)功能和短信控制設(shè)備功能。

3.13具有Web發(fā)布功能C&M 數(shù)據(jù)采集傳輸儀，內(nèi)嵌服務(wù)器程序(BOA)，具有IP地址設(shè)置功能，可以作為一個Web網(wǎng)站服務(wù)器對外實現(xiàn)Web發(fā)布功能，用戶在通過權(quán)限認(rèn)證后可通過IE瀏覽器直接查看數(shù)據(jù)采集傳輸儀中的數(shù)據(jù)和參數(shù)，對數(shù)采儀的實時采樣數(shù)據(jù)、分鐘平均數(shù)據(jù)、小時平均數(shù)據(jù)、LOG信息等進行查詢。

3.14具有密碼安全驗證的功能C&M數(shù)據(jù)采集傳輸儀具有密碼驗證機制支持密碼認(rèn)證功能，只有通過了密碼認(rèn)證，用戶才能遠(yuǎn)程登陸數(shù)采儀。

3.15具有支持現(xiàn)場工作人員上網(wǎng)功能C&M數(shù)據(jù)采集傳輸儀具有支持現(xiàn)場工作人員上網(wǎng)功能，授權(quán)人員可以通過無線網(wǎng)口上網(wǎng)：查看遠(yuǎn)方平臺數(shù)據(jù)；獲得相關(guān)技術(shù)支持；及時反饋現(xiàn)場問題；判斷當(dāng)前無線信號強度。

3.16具有組態(tài)功能C&M 數(shù)據(jù)采集傳輸儀內(nèi)置對象元件庫，組態(tài)工作簡單方便。對象元件庫，實際上是分類存儲各種組態(tài)對象的圖庫。組態(tài)時，可把制作完好的對象(包括圖形對象、窗口對象、策略對象以至位圖文件等)以元件的形式存入圖庫中，也可把元件庫中的各種對象取出，直接為當(dāng)前的工程所用。隨著工作的積累，對象元件庫將日益擴大和豐富，解決了組態(tài)結(jié)果的積累和重新利用問題。

3.17運行流程控制C&M數(shù)據(jù)采集傳輸儀允許用戶通過自行編程實現(xiàn)對現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備運行流程的控制。用戶可以選用系統(tǒng)提供的各種條件和功能的策略構(gòu)件，用圖形化的方法和簡單的控制語言構(gòu)造多分支的應(yīng)用程序，按照設(shè)定的條件和順序，操作外部設(shè)備，控制窗口的打開或關(guān)閉，與實時數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)自由、精確地控制運行流程。

3.18外殼防護等級適合于環(huán)境惡劣的工作場所，達到工業(yè)級應(yīng)用要求。C&M數(shù)據(jù)采集傳輸儀外殼設(shè)計達到IP55特殊防護等級，不僅具備防塵、防潮、防水、抗震等性能，而且還可以有效屏蔽電磁輻射，防快速瞬變電脈沖群干擾、防靜電、防浪涌干擾、防電壓暫降、短時中斷和電壓變化干擾等。

3.19備用電源配備可選的UPS備用電源，保證交流電源斷電后仍可連續(xù)工作8 h以上。

3.20其他技術(shù)參數(shù)工作電壓：AC220V±10%，50 Hz。CPU：ARM9 ≥200 MHz。存儲器: 內(nèi)置64 M，可外接SD卡存儲設(shè)備。電磁兼容：滿足IEC三級標(biāo)準(zhǔn)。額定功耗：<10 W。工作溫度：-20～+65 ℃。工作濕度：5%～95%，無結(jié)露。平均無故障時間：10 000 h以上。

4設(shè)備創(chuàng)新點

4.1智能(自動)匹配多種環(huán)境監(jiān)測設(shè)備通訊協(xié)議產(chǎn)品采用基于協(xié)議管理內(nèi)核的多協(xié)議智能匹配技術(shù)，集成環(huán)保行業(yè)環(huán)境監(jiān)測設(shè)備200種以上的通訊規(guī)約，使產(chǎn)品接入環(huán)境監(jiān)測設(shè)備時能智能匹配通信協(xié)議，無需人工干預(yù)，達到即插即用的效果，并能將各類規(guī)約自動轉(zhuǎn)換為國家標(biāo)準(zhǔn)所要求的信息格式。解決了目前已建污染源自動監(jiān)測設(shè)備通訊協(xié)議不規(guī)范，通訊信息難以交互等問題。

4.2實現(xiàn)多協(xié)議多目標(biāo)并行數(shù)據(jù)發(fā)送建立數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議棧機制和規(guī)約轉(zhuǎn)換機制，可實現(xiàn)采用不同的數(shù)據(jù)通信規(guī)約同時向8個目標(biāo)IP地址(監(jiān)控中心)發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，為不同地點、不同級別的監(jiān)控中心提供同步但形式不同的實時和歷史數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)發(fā)送方式保證了現(xiàn)場企業(yè)端的監(jiān)控數(shù)據(jù)同時發(fā)送到縣、市、省、國家級平臺，避免了數(shù)據(jù)在中間平臺的造假，保證了數(shù)據(jù)的真實可靠性。

4.3通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程動態(tài)注入控制指令產(chǎn)品支持CDMA/GPRS/光纖寬帶/ADSL/VPN/串口等無線和有線通訊方式，不僅能充分滿足不同領(lǐng)域、不同環(huán)境、不同監(jiān)測設(shè)備、不同通信接口和數(shù)據(jù)格式下的數(shù)據(jù)采集和傳輸，而且能夠通過有線無線通訊方式動態(tài)注入指令遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)控人員不在企業(yè)現(xiàn)場也能實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程反向控制。

4.4支持現(xiàn)場設(shè)備DCS工況組態(tài)(流程)模擬數(shù)據(jù)采集傳輸儀內(nèi)置了組態(tài)模擬功能，能通過自帶7＂TFT彩色液晶觸摸顯示屏，直接模擬企業(yè)DCS工況組態(tài)圖，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)在組態(tài)圖上實時顯示、實時更新，同時支持監(jiān)測數(shù)據(jù)的走勢曲線模擬，增強了數(shù)采儀的應(yīng)用效果。

5結(jié)語

在國內(nèi)外數(shù)據(jù)采集傳輸裝置的許多產(chǎn)品存在各方面缺陷的背景下，結(jié)合各級環(huán)保部門對環(huán)境管理要求、業(yè)務(wù)要求以及宏觀控制要求，研究了一種新型數(shù)據(jù)采集傳輸儀。該產(chǎn)品解決了目前已建污染源自動監(jiān)測設(shè)備通訊協(xié)議不規(guī)范、通訊信息難以交互等問題，開發(fā)了集成多種類在線監(jiān)測儀器通訊規(guī)約，并能將各類規(guī)約自動轉(zhuǎn)換為國家標(biāo)準(zhǔn)所要求的信息格式，允許多種類型環(huán)境要素監(jiān)測設(shè)備接入，支持多種數(shù)據(jù)傳輸方式，支持多協(xié)議多目標(biāo)并行數(shù)據(jù)發(fā)送，支持設(shè)備反控，能顯示設(shè)備工況流程，支持?jǐn)?shù)據(jù)補發(fā)，符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

該研究成果為環(huán)保自動監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控提供高性能的智能化數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備，對準(zhǔn)確、可靠掌握各種監(jiān)測參數(shù)有很大作用，可大大降低監(jiān)控系統(tǒng)的成本，協(xié)助企業(yè)及各級環(huán)保部門實現(xiàn)了總量控制與減排管理的目標(biāo)，滿足各級環(huán)境管理及相關(guān)部門對監(jiān)測數(shù)據(jù)日益提高的要求，對構(gòu)建節(jié)約、環(huán)保型和諧社會具有極大的推動作用。

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作者簡介曲國利(1971- )，男，山東牟平人，碩士，從事環(huán)境監(jiān)控與信息化研究。*通訊作者。

收稿日期2016-04-15

中圖分類號S 126

文獻標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)16-256-05

Research on Data Acquisition and Transmission System with Embedded Programmable Single Point Multiple Intelligent

QU Guo-li1, WU Yun2*，XU Gai-hua2et al

(1. Environment Monitoring Station, Zibo, Shandong 255000; 2. Jiangsu 3C Technology Inc, Nanjing, Jiangsu 210002)

AbstractIn order to effectively solve the problem of inconsistent communication protocols of automatic monitoring equipment, limited data acquisition and transmission and monitoring equipment remote control, we researched on data acquisition and transmission system of embedded programmable single point multiple intelligent. Hardware design, software architecture and principles, main functions and technical parameters were described in depth. Four major innovation points were proposed, which were automatically matching communication protocols of a variety of environmental monitoring equipments, achieving transmission of multi protocols and multi objects parallel data, realizing remote dynamic injection control through wired or wireless network, and supporting field equipment DCS condition configuration simulation.

Key wordsProgrammable; Single point and multiple; Intelligent matching multi protocols; Remote control; Configuration simulation