基于物聯網的環保智能終端數據采集系統研究

摘 要：本文介紹了基于物聯網的環保智能終端數據采集系統，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：數據采集模塊，用于采集污染源監測儀表的實時數據和歷史數據；數據存儲模塊，用于存儲所述數據采集模塊采集到的實時數據和歷史數據；數據傳輸模塊，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，用于實現人機交互，便于根據需要對儀器工作環境等進行編程控制，顯示各項數據和信息；運維終端模塊，用于現場運維人員身份驗證、簽到、運維情況記錄和問題記錄，可自由配置下游監控設備、擴充任意監測因子和支持現場運維工作。

關鍵詞：物聯網；環保智能終端；數據采集；系統

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，環保觀念的轉變，越來越關注生活環境的污染情況，尤其是如今水污染嚴重，生活污水和工業污水都影響著人們的生活質量。現有的水污染源現場數據采集系統只具備單一污染源因子采集報送功能，系統擴充性、適應性不夠，已不能滿足水污染源監控系統不斷形成的各種監控需求和其它環保監控需求。需要一種可適用于所有水污染源的在線監控系統，并能很好適應水污染源監控系統出現的各種新需求。

2 系統研究

基于物聯網的環保智能終端數據采集系統，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：數據采集模塊，用于采集污染源監測儀表的實時數據和歷史數據；數據存儲模塊，用于存儲所述數據采集模塊采集到的實時數據和歷史數據；數據傳輸模塊，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，用于實現人機交互，便于根據需要對儀器工作環境等進行編程控制，顯示各項數據和信息；運維終端模塊，用于現場運維人員身份驗證、簽到、運維情況記錄和問題記錄。

（1）數據采集模塊，包括：至少5個RS232或RS485數字輸入通道，用于連接監測儀表，實現數據、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轉換分辨率；至少4個開關量輸入通道，用于接入污染治理設施工作狀態；開關量電壓輸入范圍為0～5V。

（2）數據傳輸模塊為數據傳輸設備，通過有線傳輸或無線傳輸方式與上位機通訊。

（3）控制主板還設有內部時鐘和為所述內部時鐘提供電源的獨立電池，所述內部時鐘誤差優于±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，與遠端數據庫聯系記錄操作人員開始進行運維的時間，并通過線上運維內容輸入記錄工作內容。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容及其它人員進入監測站房的活動。

（5）基于物聯網的環保智能終端數據采集系統還包括防護等級≥IP63的殼體及備用電池。

3 應用介紹

如圖1所示，該系統包括控制主板1以及與所述控制主板1連接并通過控制主板1控制的：數據采集模塊2，用于采集污染源監測儀表的實時數據和歷史數據；數據存儲模塊3，用于存儲所述數據采集模塊2采集到的實時數據和歷史數據；數據傳輸模塊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，用于實現人機交互，便于根據需要對儀器工作環境等進行編程控制，顯示各項數據和信息；運維終端模塊7，用于現場運維人員身份驗證、簽到、運維情況記錄和問題記錄。

（1）實時數據為每整30秒采集的一組數據。其參數檢測數值的小數點位（最長不超過3位小數）可以自由設定；模擬量數據可以設置零位校準基數和線性比例系數；參數單位、名稱按《污染源在線自動監控（監測）系統數據傳輸標準（HJT212-2005）》規定內容執行。歷史數據包括連續型歷史數據和間斷型數據。連續型歷史數據，目前主要有水流量數據，每整五分鐘，對五分鐘內采集到的實時數據進行統計，所得的算術平均值，即為歷史數據。間斷型數據則按相關規定，定時從分析儀采集數據，具體的實現方法是，當分析儀內存儲結果的寄存器（測試時間）發生改變時，才觸發歷史數據的采集。間斷型數據主要有COD數據、氨氮數據、重金屬檢測數據。

（2）數據采集模塊，包括：至少5個RS232或RS485數字輸入通道，用于連接監測儀表，實現數據、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轉換分辨率；至少4個開關量輸入通道，用于接入污染治理設施工作狀態；開關量電壓輸入范圍為0～5V。數據采集模塊采用數字輸入通道可實現自由增加監控設備的種類和數量，能與COD、氨氮、流量計、重金屬分析儀、圣斯爾電量傳感器等基于標準的MODBUSRTU協議的監測儀表兼容。

（3）每個監測因子可以獨立設置串行數據信號輸入端口、波特率、通訊協議。監測因子顯示可以任意分組集中顯示，并有組名提示，其組名可以任意設置，分組數不限制。

4 小結

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

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

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、網絡通訊、服務器軟件開發。