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基于GPRS的粉塵監(jiān)控系統(tǒng)方案

發(fā)布時(shí)間：2011-10-19 15:14:00

一、概述

粉塵是指懸浮在空氣中的固體微粒，按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的規(guī)定，粒徑小于75μm的固體懸浮物定義為粉塵。粉塵對(duì)人類健康有著極大的危害，飄逸在大氣中的粉塵往往含有許多有毒成分，如鉻，錳，鎘，鉛，汞，砷等。當(dāng)人體吸入粉塵后，小于5μm的微粒，極易深入肺部，引起中毒性肺炎或矽肺，有時(shí)還會(huì)引起肺癌。

隨著人們生活水平的提高，對(duì)身體健康的關(guān)注越來(lái)越高，人們對(duì)于身體健康和環(huán)境安全的要求也逐步提高。如何有效監(jiān)測(cè)并預(yù)警粉塵污染，保障人民的身體健康和環(huán)境安全，正日益成為一個(gè)突出的問(wèn)題，嚴(yán)峻地?cái)[在了人類的面前。

近年來(lái)，我國(guó)的環(huán)境污染監(jiān)測(cè)工作取得重要進(jìn)展，隨著物聯(lián)網(wǎng)理念的提出與發(fā)展，以在線自動(dòng)分析儀器為核心，以移動(dòng)通訊為傳輸媒介，運(yùn)用現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)、信息技術(shù)以及相關(guān)的監(jiān)控分析軟件所組成的一個(gè)綜合性的粉塵監(jiān)控系統(tǒng)是重要的發(fā)展方向。

二、項(xiàng)目分析

2.1系統(tǒng)組成
粉塵監(jiān)控系統(tǒng)主要由三部分組成：粉塵濃度采集終端、無(wú)線通訊設(shè)備、監(jiān)控調(diào)度中心。

2.1.1粉塵濃度采集終端
根據(jù)粉塵檢測(cè)的不同場(chǎng)所需求，在現(xiàn)場(chǎng)安裝粉塵濃度采集終端，該終端通過(guò)外置探頭時(shí)刻感知空氣中懸浮的顆粒物大小與含量，經(jīng)過(guò)終端內(nèi)部的微電腦激光原理和靜電交流感應(yīng)原理，實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度數(shù)據(jù)采集到智能監(jiān)控終端內(nèi)。

2.1.2無(wú)線通訊傳輸設(shè)備
對(duì)于無(wú)線通訊傳輸設(shè)備，我們選擇廈門四信通信科技有限公司的F2103 IP Modem(gprs dtu)。該設(shè)備采用RS-232/485接口，金屬外殼設(shè)計(jì)，具有體積小、功耗低、配置使用簡(jiǎn)單、即插即用，支持主備份數(shù)據(jù)通道、并行多數(shù)據(jù)通道，實(shí)時(shí)在線和按需在線多種工作方式，并且支持APN網(wǎng)絡(luò)接入等功能，不僅可以保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽浚€可以讓客戶根據(jù)需要有選擇性的進(jìn)行傳輸，節(jié)省資費(fèi)。

2.1.3監(jiān)控調(diào)度中心
監(jiān)控調(diào)度中心主要由中心服務(wù)器和系統(tǒng)軟件組成，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)粉塵濃度采集終端上傳上來(lái)的各項(xiàng)粉塵數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、發(fā)布，并對(duì)各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)下達(dá)各種控制指令或發(fā)布各種預(yù)警信息。

2.2系統(tǒng)構(gòu)架
粉塵濃度采集終端通過(guò)RS232/485通訊接口與無(wú)線通訊傳輸設(shè)備F2103串口連接，監(jiān)控調(diào)度中心可以采用多種網(wǎng)絡(luò)連接，例如固定公網(wǎng)IP、移動(dòng)專網(wǎng)APN、ADSL撥號(hào)上網(wǎng)等。無(wú)線通訊傳輸設(shè)備F2103通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)，與中心建立TCP/IP連接后開啟透明數(shù)據(jù)通道。當(dāng)粉塵濃度采集終端需要上報(bào)數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)直接送往串口，此時(shí)F2103會(huì)把串口讀取到的數(shù)據(jù)原封不動(dòng)地發(fā)送到監(jiān)控調(diào)度中心的服務(wù)器主機(jī)；當(dāng)監(jiān)控調(diào)度中心下發(fā)的指令或數(shù)據(jù)通過(guò)通道傳送到F2103后，F(xiàn)2103通過(guò)串口輸出到采集終端，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的雙向透明傳輸。

2.3系統(tǒng)功能

1)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接收、處理：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的粉塵濃度、顆粒大小等數(shù)據(jù)；
2)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)應(yīng)答、查詢：定時(shí)或人工查詢監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的粉塵濃度及設(shè)備工作狀態(tài)；
3)數(shù)據(jù)庫(kù)管理：包含原始、歷史、預(yù)報(bào)或成果數(shù)據(jù)庫(kù)的形成、檢索、查詢等；
4)數(shù)據(jù)輸出：可通過(guò)顯示器（包括大屏幕顯示）、打印機(jī)、繪圖儀等直觀輸出粉塵濃度、顆粒大小的直方圖、曲線圖、過(guò)程線等；
5)粉塵預(yù)報(bào)及優(yōu)化調(diào)度：包括粉塵預(yù)報(bào)參數(shù)初始化、參數(shù)設(shè)置或修改、定時(shí)預(yù)報(bào)、脫機(jī)估報(bào)、優(yōu)化調(diào)度、成果存貯與輸出等；
6)聯(lián)網(wǎng)通訊：可將粉塵監(jiān)測(cè)結(jié)果接入局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，可實(shí)現(xiàn)多計(jì)算機(jī)的串行通訊，通過(guò)電話線即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能；
7)狀態(tài)告警：根據(jù)先前設(shè)定的告警濃度，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聲光告警，并可通過(guò)電話線實(shí)現(xiàn)電話語(yǔ)言報(bào)警。

三、系統(tǒng)構(gòu)架實(shí)施方案

3.1 粉塵濃度采集終端與無(wú)線通信設(shè)備連接
F2103 IP Modem(dtu)同時(shí)支持RS232/485通訊接口，粉塵濃度采集終端通過(guò)RS232/485與IP Modem進(jìn)行連接，接口定義如下圖所示：

3.2監(jiān)控調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)接入分析

3.2.1 專線接入
監(jiān)控調(diào)度中心采用 APN 專線，所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP客戶中心通過(guò)一條2M APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請(qǐng)?jiān)揂PN，只有用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能），只有通過(guò)認(rèn)證的用戶才允許接入。用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過(guò)認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過(guò)程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過(guò)濾。此種方案適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下該連接方式為最佳組網(wǎng)方式。

3.2.2 ADSL撥號(hào)連接（動(dòng)態(tài)公網(wǎng)IP地址）
監(jiān)控調(diào)度中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的。客戶先與 DNS服務(wù)商聯(lián)系開通動(dòng)態(tài)域名，IP Modem先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，繼而建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種連接方式適合小規(guī)模應(yīng)用。

3.2.3 通過(guò)固定公網(wǎng)IP連接
監(jiān)控調(diào)度中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。此種連接方式先向INTERNET運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的，IP Modem直接向中心發(fā)起連接。該連接方式運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，推薦此種。

3.2.4監(jiān)控調(diào)度中心軟件平臺(tái)構(gòu)建
監(jiān)控調(diào)度中心端軟件的構(gòu)建有多種方式，對(duì)于傳入數(shù)據(jù)方式的不同，我們提供不同的軟件來(lái)幫助客戶快速地實(shí)現(xiàn)監(jiān)控調(diào)度中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理。目前四信通信公司提供以下三種方式的中心接口：

首先是組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了廈門四信通信公司的驅(qū)動(dòng)，如易控、力控、亞控、紫金橋等，客戶可以直接配置使用；其次對(duì)于原本是讀取串口數(shù)據(jù)的程序，提供一個(gè)虛擬串口軟件（TCP2COM）；最后是對(duì)于想開發(fā)自己獨(dú)有的數(shù)據(jù)中心軟件的客戶，四信通信公司會(huì)提供一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)及數(shù)據(jù)中心測(cè)試軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進(jìn)行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)?？蛻艨梢酝ㄟ^(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)快速開發(fā)一個(gè)靈活的、穩(wěn)定的、功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件。

四、方案特點(diǎn)

1. 粉塵監(jiān)控系統(tǒng)可以遍布于城市的各個(gè)角落，尤其是粉塵污染高發(fā)地段，比如公路路口、施工現(xiàn)場(chǎng)或者水泥生產(chǎn)基地等，采用GPRS無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控粉塵濃度，大大提高了監(jiān)控效率，同時(shí)也大大降低了維護(hù)成本。

2. 粉塵監(jiān)控系統(tǒng)分布廣泛，區(qū)域間隔比較遠(yuǎn)，如果到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)做修改的話，將是一個(gè)浩大的工程，四信通信公司依據(jù)人性化設(shè)計(jì)可以遠(yuǎn)程直接對(duì)F2103進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置，無(wú)需到現(xiàn)場(chǎng)做參數(shù)修改，達(dá)到時(shí)間和人力的合理利用。

3. 粉塵監(jiān)控系統(tǒng)一般都是全天24小時(shí)處于工作狀態(tài)，在設(shè)備狀態(tài)不正常時(shí)可以自我恢復(fù)，廈門四信通信的F2103采用高性能工業(yè)級(jí)處理器以及看門狗等安全機(jī)制設(shè)計(jì)，保證IP Modem永遠(yuǎn)在線，即使通信中斷也會(huì)自行檢測(cè)并自動(dòng)斷電重啟，保證通信鏈路正常。

4. 隨著目前城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，粉塵監(jiān)控系統(tǒng)也會(huì)相應(yīng)的增加，采用F2103的粉塵監(jiān)控系統(tǒng)可以隨時(shí)增加新的監(jiān)控站點(diǎn)，而不會(huì)對(duì)現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)造成任何影響，體現(xiàn)了系統(tǒng)組網(wǎng)的靈活性。

5. 廈門四信通信的F2103 IP Modem采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)串口通信，即插即用，無(wú)需太多的專業(yè)技能和知識(shí)既能便可很快完成操作，且高規(guī)格的模具設(shè)計(jì)，體積小巧、方便維護(hù)。

6. 粉塵監(jiān)控系統(tǒng)需由幾個(gè)部門多層管理，廈門四信通信的F2103采用多中心設(shè)計(jì)，可同時(shí)設(shè)置5個(gè)中心以監(jiān)控粉塵濃度采集終端，避免因某個(gè)中心網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或者關(guān)閉導(dǎo)致無(wú)法對(duì)粉塵監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控而造成安全隱患。

7. 廈門四通通信的F2103設(shè)備采用高規(guī)格材料選配，可在-25~+65ºC、相對(duì)濕度 95%(無(wú)凝結(jié))環(huán)境下正常工作。

8. 廈門四通通信的F2103支持TCP、UDP協(xié)議傳輸和自定義應(yīng)用協(xié)議等多種協(xié)議功能，給用戶更多的選擇空間。

9. 廈門四信通信提供數(shù)據(jù)中心軟件的二次開發(fā)包和多語(yǔ)言版本軟件源代碼，客戶可根據(jù)自己的需要進(jìn)行二次開發(fā)，增加了客戶使用的靈活性。

五、方案總結(jié)

粉塵監(jiān)控系統(tǒng)方案在無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，監(jiān)控調(diào)度中心能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地獲取終端監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比、分析并迅速做出判斷，為有關(guān)部門掌握各地粉塵污染狀況提供重要依據(jù)。同時(shí)，有效的監(jiān)測(cè)并預(yù)警粉塵污染，能夠保障人民的身體健康和環(huán)境安全，為和諧社會(huì)的構(gòu)建再添一份力。

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