（电气工程专业论文）基于gprs的环保数据采集传输系统的开发.pdf

d e v e l o p m e n to fd a t aa c q u i s i t i o nt r a n s m i s s i o ns y s t e mb a s e d o ng p r s f o re n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n b y l i q i o n g b e ( l o n g d o n gc o l l e g e ) 2 0 0 9 at h e s i ss u b m i a e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g i n e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f l a n z h o uu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y s u p e r v i s o r a s s o c i a t ep r o f e ：s s o rl u od o n g s o n g m a y , 2 0 11 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者始彳缮 吼训年莎月髫日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中 国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者虢乃缘 导师签名：雳豸寸今 日期：切f ，年多月g 日 日期：鹚年6 月庐日 仝剐7 - 。w 盯f 学伊i 仑上 目录 摘善是i a b s t r a c t i i 插图索引一i i i 附表索引i v 第1 章 绪论l 1 1 弓i 言1 1 2 课题的研究背景及意义l 1 3 国内外研究现状1 1 3 1 国内现状2 1 3 2 国外现状2 1 4g p r s 网络简介3 1 4 1 概述3 1 4 2g p r s 的特点3 1 5 技术指标及方案对比4 1 5 1 技术指标4 1 5 2 方案对比4 1 6g p r s 在环保数据采集传输系统中的应用5 1 7 本文的研究目标和研究内容6 1 7 1 论文结构7 1 8 本章小结。7 第2 章系统的硬件设计8 2 1 系统总体结构。8 2 2 嵌入式系统硬件设计。8 2 2 1 嵌入式微处理器9 2 2 2g p r s 通讯模块l l 2 2 3 电源模块。l3 2 2 4 串口电路模块l3 2 2 5s i m 卡接口模块1 4 2 2 6a u d i o 接口电路l4 2 2 7l p g 接口电路16 2 2 8 键盘输入电路设计。1 6 2 2 9 显示电路模块1 7 2 2 10j t a g 接口模块17 2 3 本章小结l8 第3 章嵌入式操作系统l ae o s i i 的移植1 9 3 1 嵌入式操作系统i t c o s i i 1 9 3 1 1 操作系统使用的必要性1 9 3 1 2g c o s i i 简介19 3 1 3p c o s i i 的工作原理。19 3 2g c o s i i 在s t m 3 2 上的移植2 0 3 2 1i t c o s i i 移植的可行性2 0 3 2 2o sc p u h 的移植2 l j ，! j ：c , p r q 的j f ：僻静拟界乍f t 均辱统! j ，j - p - ，三 3 2 3o sc p ua a s m 的移植2 2 3 2 4o sc p uc c 的移植2 3 3 2 5 代码移植测试2 4 3 3 本章小结2 5 第4 章系统软件设计2 6 4 1 系统整体软件设计2 6 4 2g p r s 网络程序设计2 7 4 2 1a t 指令2 7 4 2 2g p r s 模块初始化过程2 7 4 2 3g p r s 模块通信协议的实现2 8 4 3 驱动程序设计3 3 4 3 1 模拟通道数据采集程序3 3 4 3 2r s 2 3 2 通讯模块程序设计3 3 4 3 3 短消息收发模块程序设计3 4 4 3 4 键盘驱动程序设计3 4 4 3 5 显示任务程序设计3 5 4 4 基于uc o s i i 内核的系统软件设计。3 5 4 5 数据中心软件设计3 7 4 5 1 软件工作原理。3 7 4 5 2 通信模块软件设计3 7 4 5 3 数据中心界面设计3 8 4 6 本章小结3 9 第5 章系统调试一4 0 5 1i a re 7 a r m 4 0 5 2 调试应用程序4 0 5 2 1 调试过程4 0 5 3 系统整体测试4 2 5 4 设计中遇到的问题4 3 5 4 1 数据采集问题4 3 5 4 2g p r s 通信安全问题4 4 5 4 3 数据库的优化设计。4 4 5 5 本章小结4 5 第6 章总结与展望4 6 6 1 总 ；4 6 6 2 展望4 6 参考文献4 8 j l 迂谢5 ( ) 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录5 l 附录b 硬件原理图5 2 附录c 程序清单。5 4 h 令f f f5 ，0 t i n 锄f 。学伊i 仑文 摘要 目前，环保问题已经成为一个备受人们关注的问题，随着同家环保局于2 0 0 5 1 2 3 0 目发布的污染源在线自动监控( 监测) 系统数据传输标准( h j t 2 1 2 2 0 0 5 ) ，并于 2 0 0 6 0 2 0 1 日正式实施。环保局对环境质量的监控提出了更高的要求。 在环保监测系统中，由于大部分监测点分散，分布范围广，且大多设置在环境较恶 劣的地区，通过手工抄录或p s t n 电话线传输，存在速度慢、费用高等不足，操作也不 方便。针对这些问题，本论文结合嵌入式技术、g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 无线 通信技术使得这项工作可以采用小尺寸的嵌入式数据采集终端来完成。污染源监测设备 可将采集到的污染数据和报警信息通过g p r s 网络及时发送到环保监测部门，实现对排 污单位或个人的及时管理，大大提高了环保部门的工作效率。 论文首先简要介绍了g p r s 技术特点及网络实现的关键技术，介绍了g p r s 的网络 体系结构和工作原理，分析了它的数据传输协议和方式，并给出了基于g p r s 网络的环 保监测系统的结构。其次，详细设计了基于a r m 微控制器及g t m 9 0 0 b 模块的嵌入式 系统结构，并对主要的a r m 芯片s t m 3 2 f 1 0 3 和无线传输模块g t m 9 0 0 b 及其外围电路 设计进行了详细的描述。接着介绍了基于嵌入式系统的软件设计。详细介绍了软件数据 传输结构和数据通信协议，包括监控软件设计和数据采集系统的编程，并给出了软件流 程图。在系统中运用l a c o s i i 操作系统中断管理的设计特点来实现各个任务之间的调 度，完成嵌入式设备的控制任务。 论文最后对该系统在研究和设计过程中所做的工作进行了总结，并提出了需要进一 步完善和改进的地方。 关键词：环保数据采集；a r m ；g p r s ；t c p i p ；嵌入式系统；uc o s i i 坫一卜g p r s 的 f j k ：数抄震仨j t 输系统n 7 丌奠 a bs t r a c t a tp r e s e n t t h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nq u e s t i o nh a sa l r e a d yb e c a m ea na t t r a c t e dm u c h a t t e n t i o np r o b l e m ，a l o n gw i t ht h e “p o l l u t i o ns o u r c e so n - l i n ea u t o m a t i cm o n i t o r i n gs y s t e md a t a t r a n s m i s s i o ns t a n d a r d s ”( h j t 2l2 - 2 0 0 5 1w a si s s u e db yt h en a t i o n a ie n v i r o n m e n t a ip r o t e c t i o n b u r e a ui n2 0 0 5 12 3 0 a n di m p l e m e n t e df o r m a l l yi n2 0 0 6 - 0 2 - 01 e n v i r o n m e n t a ip r o t e c t i o n b u r e a us e tah i g h e rr e q u e s tt oe n v i r o n m e n tq u a l i t ym o n i t o r i n g i ne n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gs y s t e m ，t h es p o t so fe n v i r o n m e n tm o n i t o r i n gw e r ea l w a y s d i s p e r s e dw i t hd i v e r s i f o r mo fg e o g r a p h i c a lc o n d i t i o n ，a n dt h em o s ts e t i nb a da r e a s ，i tw a s i n e f f i c i e n ta n dl i m i t e dt oc o n n e c tt h ee n v i r o n m e n td a t at h r o u g ht h em a n u a it r a n s c r i b i n go r p s t nl i n e a i m i n ga tt h e s ep r o b l e m s ，w ec o m b i n i n e dt h ee m b e d d e dt e c h n o l o g y ，g p r s ( p a c k e tb e f o r eh a v es e r v i c e ) w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yt om a k e t h ej o bc a nb ed o n e u s i n gs m a l ls i z e e m b e d d e dd a t aa c q u i s i t i o nt e r m i n a lt o c o m p l e t e p o l l u t i o nm o n i t o r i n g e q u i p m e n tc a np r o m p t l ys e n tt h ec o l l e c t e dd a t aa n da l a r mm e s s a g e so fp o l l u t i o nb yg p r s n e t w o r k st oe n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gd e p a r t m e n t ，w h i c hc a nm a n a g et h eb l o w d o w nu n i to r i n d i v i d u a lt i m e l y ，g r e a t l yi m p r o v et h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nd e p a r t m e n tw o r ke f f i c i e n c y f i r s t l y ，t h et e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c sn e t w o r kr e a l i z a t i o na n dt h ek e yt e c h n o l o g yo f g p r sa n dw o r k i n gp r i n c i p l ew e r ei n t r o d u c e d ，t h ed a t at r a n s f e rp r o t o c o la n dm e t h o dw a s a n a l y s e d ，a n dp u t sf o r w a r dt h es t r u c t u r eo f e n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do ng p r s n e t w o r k s e c o n d l y t h ee m b e d d e ds y s t e ms t r u c t u r ew a sd e t a i l e dd e s i g n e db a s e do na i 洲 m i c r oc o n t r o l l e ra n dg t m 9 0 0 bm o d u l e a n dd e s c r i b et h em a i na i 洲c h i p ss t m 3 2 f 10 3a n d w i r e l e s st r a n s m i s s i o nm o d u l eg t m 9 0 0 ba n dp e r i p h e r a lc i r c u i td e s i g ni nd e t a i l i ti sr e a l i z e d b yo p e r a t i n gs y s t e m ，p c o s - i is c h e d u l i n gu s e rt a s ki sr e a l i z e db y 肚c o s i i ，w h i c hi st h e o p e r a t i n gs y s t e mi n t e r r u p tm a n a g e m e n t sd e s i g nf e a t u r e t h i r d l y ，t h es o f t w a r ed e s i g nb a s e d o ne m b e d d e d s y s t e m w a si n t r o d u c e d s o f t w a r ed a t at r a n s m i s s i o ns t r u c t u r ea n d d a t a c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lw e r ed e t a i l e di n t r o d u c e d ，i n c l u d i n gm o n i t o r i n gs o f t w a r ed e s i g na n d d a t ac o l l e c t i o ns y s t e mp r o g r a m m i n g ，a n dg i v e st h es o f t w a r ef l o wc h a a f i n a l l y t h em a i nw o r kc a r d e do nf o rd e v e l o p i n gt h ee n v i r o n m e n t a ld a t aa c q u i s i t i o n t r a n s m i s s i o ns y s t e mb a s e do ng p r si ss u m m a r i z e d ，m o r e o v e r ，t h ep r o p o s e df u r t h e rr e s e a r c h w o r ka r ea l s op r e s e n t e d k e y w o r d s ：e n v i r o n m e n t a ld a t aa c q u i s i t i o n ；a r m ；g p r s ；t c p i p ；e m b e d d e ds y s t e m ； l l c o s i i h 今1m 1 j t 代协f 学f ? ，沦之 插图索引 图1 1g p r s 系统原理图3 图1 2 基于g p r s 环保数据采集传输系统5 图2 1 环保数据采集传输系统总体结构原理图8 图2 2 系统硬件框图9 图2 3g t m 9 0 0 b 模块外形图ll 图2 4g t m 9 0 0 b 物理外形图1 1 图2 5g t m 9 0 0 b 逻辑框图1 l 图2 6g t m 9 0 0 b 业务演示框图12 图2 7g p r s 模块接口电路图l2 图2 8 电源转换电路图13 图2 9 串口连接电路图13 图2 1 0s i m 卡电路连接图1 4 图2 1 lg t m 9 0 0 b 的音频电路连接图15 图2 12g t m 9 0 0 b 的l p g 外接电路图1 5 图2 13 键盘输入电路图16 图2 14 显示电路连接电路图17 图2 1 5s t m 3 2 f 1 0 3 与j 1 a g 的接口电路图1 7 图3 1l a c o s i i 工作流程图2 0 图3 2p c i o s i i 硬件和软件的体系结构图。2 l 图3 3 堆栈初始化。2 3 图4 1 软件总体流程图2 6 图4 2 初始化流程图2 7 图4 3t c p i p p p p 协议原理图2 8 图4 4g p r s 通信协议流程图3 0 图4 5g p r s 网络驱动流程图3 l 图4 6 数据传输流程图3 2 图4 7 模拟通道数据采集程序流程图3 2 图4 8r s 2 3 2 通讯模块程序流程图3 3 图4 9 短消息收发模块程序流程图3 4 图4 10 键盘驱动程序流程图3 4 图4 1 l 显示任务程序流程图3 5 图4 1 2 基于l ac o s i i 内核的软件总体流程图3 6 图4 13s o c k e t 数据传输连接流程图3 8 图4 1 4 数据中心软件主界面3 8 图5 1 电路板实物图4 0 图5 2 调试窗口4 l 图5 3 反汇编调试。4 l 图5 4 寄存器窗口4 2 图5 5 存储器窗口4 2 图5 6 串口数据发送示例4 2 图5 7 串口数据接收示例4 3 图5 8 系统整体界面4 3 i i i j ，；j g i i 5n 1 ，f ：7 l 数圳累乍7 f ，输系统的丌霞 曼璺曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼量蔓曼曼曼! ! 曼曼曼曼舅皇曼曼皇曼! ! ! 皇曼曼i 一, l 曼皇曼曼曼舅曼蔓 附表索引 表1 1 几种通讯方式的比较5 表2 1g t m 9 0 0 b 的s i m 卡引脚接口信号描述1 4 表2 2g t m 9 0 0 b 的a u d i o 信号管脚描述l 5 表2 3j t a g 接口定义1 8 i v 令f 1 川t 订硕f 学f ? ，沦上 第1 章绪论 1 1 引言 长期以来，我国环保部门由于人手的缺乏和财力的匮乏，因此处于相对弱势地位， 使得其在面对爆炸式增长的环境污染时，监测能力和技术需要进一步的提高。 随着网络和监测技术的发展进步、人们环保意识的逐步增强，利用电子监测装置对 环境进行监测，成为环保部门的必然选择。国家环保总局于1 9 9 9 年1 1 月下发的关于 污染源自动监控试点的通知，明确规定在上海、石家庄、大连、长春、哈尔滨、苏州、 杭州、咸阳及兰州市西固区开展污染源监测试点。直到2 0 0 1 年，国家环保总局发布的 环境保护“十五”计划中明确要求全国重点城市要对区域污染负荷6 5 以上的企业 安装烟气和水质在线监测设备，并实现全面的网络化管理。因而必须依靠科技来改善我 们的环境，提高环境保护能力。 1 2 课题的研究背景及意义 目前，我国环境污染加剧趋势已得到基本的控制，其中部分城市和地区的环境有所 改善，但是，环境形势仍然相对严峻。主要表现在以下方面：全国污染物排放总量仍然 很大，污染程度处在相对比较高的水平，一些地区的环境质量还在恶化；生态加剧恶化 的趋势尚未得到有效遏制，部分地区的生态环境得到破坏；环境污染和生态破坏已成为 危害人们健康、制约经济发展和社会稳定的一个重要因素。因此，环境监测和治理是我 们面临的一项长期而艰巨的任务。 环境监测部门作为国家环境保护系统的技术部门，是环境管理工作的重要基础心1 ，针 对于我国环境的许多深层次问题，各级环保部门传统的监控手段同日益发展的监测需求 之间的矛盾越来越突出。我国的污染源监控信息化建设存在着起点低、覆盖面小，且整 体水平不高的特点】。地方环保部门无法看到污染源自动监控设备采集的数据，由于己 安装的污染源自动监控设备与环保部门的联网率不高，导致了上级环保部门无法看到下 级部门对已监控企业污染物排放的情况。因此，如何对环境进行自动化、智能化和网络 化监测是目前环境监测的主要问题。 近年来，无线移动通信技术、嵌入式系统技术和i n t e m e t 网络技术的发展为开发和 设计环保监测设备提供了更多的解决方案，解决了监测点分散、分布范围广、数量多、 距离远等问题，本文正是在此基础上，提出并设计了一种“基于g p r s 的环保数据采集 传输系统”，采用嵌入式监测仪器，对各个分散的监测点完成数据采集，并且通过日益 发展成熟的g p r s 网络技术与i n t e m e t 网络实现与数据中心计算机的通信，能够实时、 准确地完成环保监测系统的监测任务。 1 3 国内外研究现状 j 。! 。j g p r s 的耶似数拟采班f t 输系统n 1 丌发 1 3 1 国内现状 经过多年的努力，我囝的污染源监控工作已经取得了较好的成绩，从最初只能监督 污染治理设施的开关情况，到目前能监控水污染物中c o d 、t o c 、n h 3 - n 、总磷以及部 分重金属，大气污染物巾的s 0 2 、n o x 、烟尘等主要污染因子，还能够通过视频监控污 染源现场情况，实现自动监测分析、无线传输、远程控制和实时报警。自2 0 0 7 年以来， s 0 2 及化学需氧量排放量也出现明显的下降趋势，污染排放得到了较好的控制h 1 。 但是，总的来看，我国环保工作尚存在很多不足。首先，已安装的监控设备与环保 监控中心的联网率不高，地方环保部门无法看到设备采集到的数据；其次，国家环保总 局等上级部门无法看到下级对已监控企业污染物排放的情况；第三，各地建设进度不一， 功能不同。因此，需要制定统一的标准来进行规范化管理，建立统一的污染源监控联网 体系。 目前，随着人们对环境问题越来越关注，且移动通信技术和g p r s 传输技术越来越 成熟，为环保监控网络化和无线化提供了可能瞄1 。我国环保监控系统企业端数据采集仪 器及组态软件的应用已相当广泛，包括外资品牌( 如西门子等) 、浙大中控、紫金桥、 华恒信远等，这些企业在本行业内展开了激烈的竞争，但市场集中化程度较低，因此在 环保监测工作中我们还需要进一步的努力。 1 3 2 国外现状 自2 0 世纪7 0 年代中期以来，由于对环境问题的认识不断加深，西方工业发达国家 把对监测工作注意的焦点从对污染源监控转移到对环境质量监控方面。同时，随着自动 化技术和遥感技术的迅速发展和应用，对大区域环境质量系统的监控成为了现实。在监 测手段方面，工业发达国家的仪表比较先进，而且自动化技术高，在大气、地表水、噪 声和污染源监测方面采用自动化采样、分析、数据处理及传输，更值得一提的是，将地 理信息系统、遥感和卫星定位系统( 三s 系统) 等新技术也应用于局部区域环境监测。 以美国为例，1 9 9 0 年，颁布了新的清洁空气法，有18 9 种空气有毒污染物被重点监 控，美国e p a 计划在今后的1 0 2 0 年内要实现对这些污染物的监测治理。现已开发的诸 如富里埃红外光谱( f t i r ) 测定醛、酮类、有关化合物的定型和定量软件，为最终实现 固定污染源大气毒物f t i r 光谱连续自动监测建立了光谱差减定量数据库以及大气毒物 f t i r 光谱自动差减软件哺1 。 加拿大除做好常规监测工作外，还建立了大量的自动监测系统，他们目前研究的重 点已转向污染物对人体危害的机制、“三致有毒物质的痕量、超痕量分析及人体最舒 适的环境质量标准这些方面，并在对污染物质在自然环境中的迁移变化规律、污染物质 形态等高难课题的研究监测上已投入了相当多的人力和物力。 日本在环境监测方面已经达到了一定的水平，使用的监测分析仪器操作简单、方便 携带、分析速度快，在突发性污染事故和污染纠纷的现场监测中具有很大的用途，另外， 富士、日立、松下等大型企业为环保监测系统的研究和开发提供了有力的技术支持。 同外发达同家能够监测的污染物种类很多，以有机污染物质为主，对全球性的重大 环境问题：酸雨、危险废弃物、全球变暖等方面的监测研究已取得了显著的成果。在此 基础上，嵌入式系统技术和g p r s 无线传输技术的发展使得环保监测系统的可靠性，实 时性得到了很大提高。 1 4g p r 8 网络简介 1 4 1 概述 g p r s 是通用分组无线业务( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 的英文简称，是在现有 g s m 系统上发展起来的一种承载业务【7 ，该技术的目地是为g s m 用户提供分组形式的 数据业务，它是第2 5 代移动通信，是g s m 向3 g 过渡的一个桥梁，最高可达1 7 1 2 k b s 的带宽。g p r s 的系统原理图如图1 1 所示。 图1 1g p r s 系统原理图 1 4 2g p r 8 的特点 g p r s 有以下的特点： ( 1 ) g p r s 实时性强，它具有实时在线特性，系统无时延，可很好的满足系统对数据 采集和传输的实时性要求。 ( 2 ) g p r s 远程控制，通过g p r s 可对监测点仪器进行远程控制，并可进行系统远程 在线升级。 ( 3 ) g p r s 终端价格低，相比d t u 或d d n 专线m o d e m ，其终端价格低很多。 ( 4 ) g p r s 监控范围广，其网络覆盖相比别的很多无线数据网络是最好的。 ( 5 ) g p r s 具有良好的可扩展性，用户可随意分布和移动网点，设备安装很方便。 j 。ijg p r s 呐i ! 敬搬冠厦1 # 输糸缆帕 t ，戊 ( 6 ) g p r s 数据传送速率高，目前g p r s 实际数据传输速率在4 0 k b p s 左右，网络接 入速度很快，采用t c p i p 协议，网络接入更加直接方便。 ( 7 ) g p r s 通信费用低，它采用包月计费方式，运营成本较低。 1 5 技术指标及方案对比 1 5 1 技术指标和参数要求 ( 1 ) 支持9 0 0 m h z i8 0 0 m h z 双频自动选择； ( 2 ) 支持8 5 0 m h z 1 9 0 0 m h z 双频自动选择； ( 3 ) 支持标准的a t 命令及增强a t 命令交互数据模式； ( 4 ) 接e l 波特率7 5 ，15 0 ，3 0 0 ，6 0 0 ，1 2 0 0 ，2 4 0 0 ，4 8 0 0 ，7 2 0 0 ，9 6 0 0 ，1 4 4 0 0 ，1 9 2 0 0 ， 2 8 8 0 0 ，3 3 9 0 0 ，3 8 4 0 0 ，5 7 6 0 0 ，1 1 5 2 0 0 b p s 可选，默认波特率9 6 0 0 b p s ； ( 5 ) 工业级设计抗e m c 设计，适合长期连续工作，抗干扰能力强； ( 6 ) 先进电源技术，供电电源适应范围宽，室外工作稳定性好； 本文中主要监测的参数有： ( 1 ) 浊度：0 - 2 0 0 m g l ： ( 2 ) 化学需氧量( c o d ) ：0 - 5 0 m g l ： ( 3 ) p h ：6 - 8 ： ( 4 ) 出水流量：0 - 5 0 0 0 m 3 h 。 设备精度： ( 1 ) 模拟量采集：0 5 ； ( 2 ) 开关量采集：1 ； ( 3 ) 通信误码率：l o - 4 ； ( 4 ) 遥控响应时间：2 5 秒。 环保数据采集传输系统实现的主要功能如下： ( 1 ) 测量主要的水污染因子； ( 2 ) 数据分析功能，测量精度满足污染源在线自动监控系统数据传输标准所要 求的精度； ( 3 ) 支持显示、存储监控数据、报警数据、操作信息，存储时间不少于2 年： ( 4 ) 支持各种数据的统计、分析、对比、输出、打印； ( 5 ) 支持不同厂家生产的水表、流量计、水位变送器。 1 5 2 方案对比 依据基础传输层不同的传输网络可有两类实现方式： ( 1 ) 基于t c p i p 协议的，此方式的使用建立在t c p i p 基础之上，常用如： 通用无线分组业务( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e 缩写为g p r s ) ； 非对称数字用户环路( a s y m m e t r i c a ld i g i t a ls u b s c r i b e rl o o p 缩写a d s l ) ； 码分多址( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 缩写c d m a ) 等。 4 伞f1 七0 1 + f 甲t j if ，i ? r 沦乏 ( 2 ) 基于非t c p i p 协议的，此类方式的使用建立在相关通讯链路上，常用如： 公共电话交换网( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k 缩写p s t n ) ； 短消息数据通讯等。 现对几种通讯方式做以对比，对比结果如表8 1 1 1 所示。 表1 1 几种通讯方式的比较 名称方式运营建设 监控 传输操作 反控 实时 成本成本范围速度方式性性 电话线电话线拨 较低 高 窄5 6 k b p s轮寻差差 m o d e m 号 s m ss m s 较高较低较宽1 6 0 字节包并行差不稳 定、差 g s mc s d g s m很高很低较宽1 4 4 b p s并行差差 拨号 g p r sg p r s g s较低较低宽2 1 4 8 5 6 k并行良好高 m s m s 通过以上方案对比即可看出，g p r s 技术在环保数据采集传输系统中具有明显的优 势。首先，它可以及时获取污染源信息并进行实时的传输数据，从而提高系统的可靠性： 更合理的按流量计费方式使得系统运行费用更加低廉并且降低了系统的成本；与其他通 讯方式相比，g p r s 网络覆盖范围更广，因此布点会比较方便，扩容简单快速；g p r s 网络使系统的兼容性增强，组网简单而迅速因此易于实现并缩短了开发周期；更重要的 是，系统的安全性得到提高并且维护费用低廉。 1 6g p r s 在环保数据采集传输系统中的应用 心童。 = ，一。竺越 - _ ”。一q 础4 _ r 毛 喜 簸趁中心 一勺 骚挖净心 c 监铡仪 图1 2 基于g p r s 环保数据采集传输系统 基于以上所述的优点，g p r s 技术显然很适合于环保数据采集传输业务，它可弥补 目前采用电话线传送数据或手工抄录带来的实时性差，费用也不便宜等缺点。由于g p r s 特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传 j t ! t g p r s 帕耶j i ! 数捌求鬃f f ，输糸统f r j 丌毁 输一1 ，这些特点正与环境监测领域频发、少量、实时性高的数据传输特点不谋而合，如 图1 2 所示为g p r s 用于环保数据采集传输系统中的结构图。 该系统主要由三部分组成：位于数据采集现场的g p r s 数据采集模块、g p r s 网络 与远程服务器。数据采集模块位于各个数据采集现场，g p r s 网络是现场采集系统与远 程监控中心数据交换的桥梁。数据采集模块与监测仪进行数据通信后将监测的数据实时 发送到g g s n ( g a t e w a yg p r ss u p p o r tn o d e ) 服务器，g g s n 由g p r s 网络服务商提 供，g p r s 通过移动基站将数据发送出去。g g s n 分配相应的i p 地址给g p r s 数据采集 终端，使得数据采集终端与i n t e m e t 网络相连接，然后通过i n t e m e t 网络将采集到的数据 发送到监控中心的数据采集服务器。由于g p r s 可以为永远在线，因此监控中心可以实 时了解数据采集终端设备的工作情况，并做出相应的工作指示n 妇以便尽快的解决环境污 染源问题。 在环保数据采集传输系统中，各种监测仪将在工业现场采集到的信息通过标准的 r s 2 3 2 4 8 5 串口或模拟量接口及脉冲量接口传输到g p r s 测控设备，g p r s 模块将处理 过的数据信息通过移动通讯分组网络传递给数据管理服务器，然后通过d d n 专线、 a d s l 、i s d n 连接等形式连接到企业的内部网络上。另外，g p r s 通信是基于i p 地址 的数据分组通信网络，为了使系统更加安全稳定，g p r s 采用v p n 虚拟专用网及固定 i p 方式接入网络，也就是说，监控中心通过g p r s