GPRS無線數據傳輸監(jiān)測系統設計

      省級污水處理廠GPRS無線數據傳輸監(jiān)測系統設計與實施

        摘 要：以遼寧省環(huán)境信息中心為例，介紹了利用GPRS (通用分組無線業(yè)務)無線傳輸技術監(jiān)測全省污水處理廠污水排污水處理情況的省級污水處理GPRS無線數據傳輸監(jiān)測系統 該系統將對污水處理廠各監(jiān)測儀器進行實時監(jiān)控，并把監(jiān)測器送到PLC采集器中的數據通過無線傳輸上傳到省污水處理監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心可以對數據實時監(jiān)測 ，對監(jiān)測儀器設備實監(jiān)控，并對數據進行處理，使污染排放監(jiān)管部門能更及時 準確具體全面地掌握全省環(huán)境質量環(huán)境監(jiān)控和重點污染源的數和信息，以提高執(zhí)法的快速反應能力全面的監(jiān)管能力和科學決策的支持能力。

        一、引言

        省級污水處理GPRS 無線數據傳輸監(jiān)測系統采用先進 成熟的網絡數據傳輸設備和先進的網絡數據傳輸技術，將分布在遼寧省十幾個污水處理廠的多個監(jiān)測子站數據傳送給省環(huán)境保護局監(jiān)控中心從而逐步建立起全省范圍內污水處理在線監(jiān)控網絡，為全省的污水處理監(jiān)管提供實時準確具體全面的質量和監(jiān)控數據信息。

        二、系統構成

        省級污水處理GPRS無線數據傳輸監(jiān)測系統由數據采集器GPRS 無線傳輸和數據管理系統 部分構成(圖 1)針對目前監(jiān)測子站在線監(jiān)測設備的情況，數據采集器采用8路輸入信號GPRS 數據采集器實現將在線監(jiān)測設備輸出的電壓或電流的模擬信號采集后通過設備傳輸到監(jiān)測中心為了解決數據傳輸上存在的問題，GPRS 數據傳輸采用 方式進行無線數據上傳，利用GPRS設備和移動通訊提供的GPRS網絡實現數據的無線實時上傳，保證數據傳輸的穩(wěn)定性 數據管理系統實現對上傳數據進行存儲統計和分析，實現不同監(jiān)測子站單參數多參數的實時數據小時數據日數據的報表日圖表等不同方式的表現和分析，為使用者提供準確 的統計分析結果。

        圖1 省級污水處理GPRS無線數據傳輸監(jiān)測系統

        三、數據采集器

        3.1、特點

        (1)物理層RS232 ，RS-422 ， RS485，實現通用型監(jiān)測數據采集器的每路通信口按不同的規(guī)約，一點對多點與各種在線監(jiān)測儀進行數字通信(ASCII)。

        (2)實現通用型監(jiān)測數據采集器8路0~5V，1~5V，0~10mA或4~20mA的數據采集。

        3.2、功能及參數

        (1)按照用戶要求的時間定時采集數據、存儲數據、加工數據、轉送到上層微機或指定的信息系統;采集、加工好的數據可通過數據采集器的另外一個通信接口以ASCII碼格式傳送給另外一臺微機或信息系統。

        (2)系統可同時采集8路0~10mA或4~20mA傳感器信息或在線監(jiān)測儀輸出0~10mA或4~20mA信息(包括0~5V，1~5V)，通過電路板上跳線可對0~10mA或4~20mA(0~5V或1~5V)硬件線路進行切換。該數據采集器可適合于各種0~10mA或4~20mA傳感器或在線監(jiān)測儀輸出的0~10mA或4~20mA的數據連接。

        (3)數據采集儀具有4路RS-232口，2路RS-422口，1路RS-485口，另專門提供1路RS-232口連接適配器或其他標準設備。用戶通過微機可對以上7路通信接口的每一路進行接入設定，可設定接入在線監(jiān)測儀的名稱(COD測量儀、pH計、污水流量計等)、通信命令、波特率、通信位數、數據結構等(數據字節(jié)要求為ASCII碼)。

        (4)數據采集器提供512K的存儲空間，保證至少可以保存3d的數據，數據每隔一定的時間保存一次，保證在斷電的情況下不丟失數據。

        四、GPRS數據傳輸

        4.1GPRS簡介

        GPRS是歐洲電信協會GSM系統中有關分組數據所規(guī)定的標準，它可以提供高達115Kbps的空中接口傳輸速率。GPRS使若干移動用戶能夠同時共享一個無線信道，一個移動用戶也可以使用 多個無線信道。有了GPRS，用戶的呼叫建立時間大為縮短，幾乎可以做到“永遠在線”(alwaysonline)。實際上，即使永遠在線而不發(fā)送或接收數據包的用戶僅占很小一部分網絡資源。此外，GPRS是營運商能夠以傳輸的數據量而不是連接時間為基準來計費，從而使每個用戶的服務成本更低。GPRS采用信道捆綁和增強數據速率來實現高速接入，目前GPRS的設計可以在一個載頻或8個信道中實現捆綁，將每個信道的傳輸速率提高到14.4Kbps，因此GPRS方式最大速率是8×14.4=115.2Kbps。GPRS發(fā)展的下一步是通過增強數據速率改進(EDGE)將每個信道的速率提高到48Kbps，因此第二代的GPRS設計速率為384Kbps。

        4.2GPRS特點

        4.2.1應用廣泛

        用戶喜歡的方式應該是無縫地與網絡連接，不分時間和地點。所有現有的以TCP/IP協議為基礎的應用都可以很好地運行在GPRS系統上，就像是連接在局域網(LAN)上一樣。

        4.2.2快速登錄

        全新的分組服務，無需以往長時間的撥號建立連接過程。只要激活GPRS應用后，每次連接只需2s將永遠保持在線，不存在掉線問題，類似于一種無線專線網絡。

        4.2.3按量計費

        雖然可以保持永遠在線，但不必擔心費用問題，因為只有產生通信流量時才計費。它是一種按照用戶數據傳輸流量來計費的方式，計費更加科學合理。

        4.2.4高速傳輸

        GPRS最高理論傳輸速率為115.2Kbps,目前使用GPRS可以支持40Kbps左右的傳輸速率。

        4.2.5可擴展性

        可擴展的模塊化設計結構使GSM系統的分組數據處理能力能夠滿足數據傳輸業(yè)務量的需求。它可讓低成本、小容量的GSM系統通過添加新硬件和更新軟件的方法來擴容，而對現有硬件只需進行很小的改動。綜上所述，采用GPRS傳輸方案是保證整個系統靈活性、高效性、經濟合理性、可擴展性的保障，同時可以降低系統推廣的難度。

        五、數據管理系統

        在線監(jiān)測數據傳輸系統是對監(jiān)測數據進行接收、存儲、管理、統計和分析的系統。系統由2部分組成：服務器端和客戶端。

        5.1、軟件工作原理

        (1)各個監(jiān)測子站的數據采集器將采集到的實時數據通過GPRS設備和GPRS網絡傳送到應用部門監(jiān)測中心的服務器上;

        (2)安裝在服務器上的程序將接收到的數據自動存儲在數據庫中;

        (3)安裝在不同地點的客戶端的程序，通過內部的局域網根據各自不同的權限得到相應監(jiān)測子站的數據;

        (4)通過客戶端提供的功能可以得到實時數據、小時數據、日數據、報表和分析圖表;

        (5)可以通過手機短信隨時接收到某一點位的實時數據監(jiān)測信息。

        5.2、服務器端

        主要功能是：

        (1)在線站點設置。設置在線站點的名稱、地址、地址編號、ID號等。

        (2)實時數據。可以查看各個監(jiān)測子站的數據。

        (3)在線用戶?？梢圆榭串斍霸诰€的用戶。

        (4)權限設置。對不同的用戶設置查看不同子站數據的權限。

        5.3、客戶端

        主要功能是各種報告和各種圖表生成，包括單站多參數、多站單參數、多站多參數。此外還有實時數據查看、小時數據查看、報表預覽打印、數據查詢等功能。

        在監(jiān)控中心所在局域網內，任何一臺經過授權的終端都可以查看實時或歷史數據，數據按地理位置顯示，直觀明了。

        整個系統完成了從監(jiān)測子站至省污水處理監(jiān)控中心至監(jiān)控中心各客戶端的完整的監(jiān)測數據的管理體系。能夠為用戶提供翔實、準確、及時、全面的監(jiān)測數據，同時可以根據需要將監(jiān)測數據上傳到上級管理部門。

        六、系統工作原理

        本解決方案充分利用移動通訊提供的網絡條件，利用數據采集設備和GPRS設備進行數據的傳輸，保證了網絡的穩(wěn)定性和數據傳輸的快速、及時和準確。通過本系統可以對多個監(jiān)測站點進行實時監(jiān)測，使每個站點的監(jiān)測儀器數據能夠實時的顯示在監(jiān)測中心的主機上，設計了由數據采集器接收多個監(jiān)測儀器數據，使用專用GPRS無線調制解調器把數據發(fā)送給GPRS網絡，再通過INTER-NET主干網(或GPRS網絡專線)上傳給省環(huán)境保護局監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心進行實時監(jiān)測、監(jiān)控并管理的解決方案。

        每一個現場信息監(jiān)測站點配置一臺數據采集器、一臺GPRS無線調制解調器，調制解調器通過RS-232接口與數據采集器相連，數據采集器與現場在線監(jiān)測儀器(如污水、流量、壓力等監(jiān)測儀)連接，并以一定的時間間隔采集、上傳數據，并實時監(jiān)測上傳數據及儀器運行狀態(tài)。GPRS無線調制解調器接收上端發(fā)布的各種指令，向下傳送給數據采集器及在線監(jiān)測儀器，同時接收在線監(jiān)測儀器上傳的數據，并在不改變數據格式的前提下為數據打包，將采集數據發(fā)送到GPRS網絡上。

        GPRS網絡通過INTERNET主干網(或GPRS網絡專線)上傳給監(jiān)控中心。監(jiān)控中心對各類數據進行實時顯示、存儲、分析并自動生成所需報表，實現了對信息實時監(jiān)測的目的。監(jiān)控中心可以通過管理軟件發(fā)布指令，由GPRS無線調制解調器、數據采集器傳送給監(jiān)測站點及各監(jiān)測儀器，可以對監(jiān)測站點、儀器控制、通訊方式等進行參數設置。

        七、結語

        省級污水處理廠無線數據傳輸監(jiān)測系統的建設使省級相關決策部門能更及時、準確、具體、全面地掌握全省污水處理企業(yè)污染物排放的數據和信息，為強化管理提供技術支持。整合現有資源，充分發(fā)揮和最大限度地利用已有網絡、監(jiān)測設備的作用，使全省已有的污水處理質量監(jiān)測數據能夠實時和比較全面地在全省得到利用。省污水處理監(jiān)控中心的數據分析功能可以為科學決策提供技術支持。