GPRS无线数据传输监测系统设计

      省级污水处理厂GPRS无线数据传输监测系统设计与实施

        摘 要：以辽宁省环境信息中心为例，介绍了利用GPRS (通用分组无线业务)无线传输技术监测全省污水处理厂污水排污水处理情况的省级污水处理GPRS无线数据传输监测系统 该系统将对污水处理厂各监测仪器进行实时监控，并把监测器送到PLC采集器中的数据通过无线传输上传到省污水处理监控中心，在监控中心可以对数据实时监测 ，对监测仪器设备实监控，并对数据进行处理，使污染排放监管部门能更及时 准确具体全面地掌握全省环境质量环境监控和重点污染源的数和信息，以提高执法的快速反应能力全面的监管能力和科学决策的支持能力。

        一、引言

        省级污水处理GPRS 无线数据传输监测系统采用先进 成熟的网络数据传输设备和先进的网络数据传输技术，将分布在辽宁省十几个污水处理厂的多个监测子站数据传送给省环境保护局监控中心从而逐步建立起全省范围内污水处理在线监控网络，为全省的污水处理监管提供实时准确具体全面的质量和监控数据信息。

        二、系统构成

        省级污水处理GPRS无线数据传输监测系统由数据采集器GPRS 无线传输和数据管理系统 部分构成(图 1)针对目前监测子站在线监测设备的情况，数据采集器采用8路输入信号GPRS 数据采集器实现将在线监测设备输出的电压或电流的模拟信号采集后通过设备传输到监测中心为了解决数据传输上存在的问题，GPRS 数据传输采用 方式进行无线数据上传，利用GPRS设备和移动通讯提供的GPRS网络实现数据的无线实时上传，保证数据传输的稳定性 数据管理系统实现对上传数据进行存储统计和分析，实现不同监测子站单参数多参数的实时数据小时数据日数据的报表日图表等不同方式的表现和分析，为使用者提供准确 的统计分析结果。

        图1 省级污水处理GPRS无线数据传输监测系统

        三、数据采集器

        3.1、特点

        (1)物理层RS232 ，RS-422 ， RS485，实现通用型监测数据采集器的每路通信口按不同的规约，一点对多点与各种在线监测仪进行数字通信(ASCII)。

        (2)实现通用型监测数据采集器8路0~5V，1~5V，0~10mA或4~20mA的数据采集。

        3.2、功能及参数

        (1)按照用户要求的时间定时采集数据、存储数据、加工数据、转送到上层微机或指定的信息系统;采集、加工好的数据可通过数据采集器的另外一个通信接口以ASCII码格式传送给另外一台微机或信息系统。

        (2)系统可同时采集8路0~10mA或4~20mA传感器信息或在线监测仪输出0~10mA或4~20mA信息(包括0~5V，1~5V)，通过电路板上跳线可对0~10mA或4~20mA(0~5V或1~5V)硬件线路进行切换。该数据采集器可适合于各种0~10mA或4~20mA传感器或在线监测仪输出的0~10mA或4~20mA的数据连接。

        (3)数据采集仪具有4路RS-232口，2路RS-422口，1路RS-485口，另专门提供1路RS-232口连接适配器或其他标准设备。用户通过微机可对以上7路通信接口的每一路进行接入设定，可设定接入在线监测仪的名称(COD测量仪、pH计、污水流量计等)、通信命令、波特率、通信位数、数据结构等(数据字节要求为ASCII码)。

        (4)数据采集器提供512K的存储空间，保证至少可以保存3d的数据，数据每隔一定的时间保存一次，保证在断电的情况下不丢失数据。

        四、GPRS数据传输

        4.1GPRS简介

        GPRS是欧洲电信协会GSM系统中有关分组数据所规定的标准，它可以提供高达115Kbps的空中接口传输速率。GPRS使若干移动用户能够同时共享一个无线信道，一个移动用户也可以使用 多个无线信道。有了GPRS，用户的呼叫建立时间大为缩短，几乎可以做到“永远在线”(alwaysonline)。实际上，即使永远在线而不发送或接收数据包的用户仅占很小一部分网络资源。此外，GPRS是营运商能够以传输的数据量而不是连接时间为基准来计费，从而使每个用户的服务成本更低。GPRS采用信道捆绑和增强数据速率来实现高速接入，目前GPRS的设计可以在一个载频或8个信道中实现捆绑，将每个信道的传输速率提高到14.4Kbps，因此GPRS方式最大速率是8×14.4=115.2Kbps。GPRS发展的下一步是通过增强数据速率改进(EDGE)将每个信道的速率提高到48Kbps，因此第二代的GPRS设计速率为384Kbps。

        4.2GPRS特点

        4.2.1应用广泛

        用户喜欢的方式应该是无缝地与网络连接，不分时间和地点。所有现有的以TCP/IP协议为基础的应用都可以很好地运行在GPRS系统上，就像是连接在局域网(LAN)上一样。

        4.2.2快速登录

        全新的分组服务，无需以往长时间的拨号建立连接过程。只要激活GPRS应用后，每次连接只需2s将永远保持在线，不存在掉线问题，类似于一种无线专线网络。

        4.2.3按量计费

        虽然可以保持永远在线，但不必担心费用问题，因为只有产生通信流量时才计费。它是一种按照用户数据传输流量来计费的方式，计费更加科学合理。

        4.2.4高速传输

        GPRS最高理论传输速率为115.2Kbps,目前使用GPRS可以支持40Kbps左右的传输速率。

        4.2.5可扩展性

        可扩展的模块化设计结构使GSM系统的分组数据处理能力能够满足数据传输业务量的需求。它可让低成本、小容量的GSM系统通过添加新硬件和更新软件的方法来扩容，而对现有硬件只需进行很小的改动。综上所述，采用GPRS传输方案是保证整个系统灵活性、高效性、经济合理性、可扩展性的保障，同时可以降低系统推广的难度。

        五、数据管理系统

        在线监测数据传输系统是对监测数据进行接收、存储、管理、统计和分析的系统。系统由2部分组成：服务器端和客户端。

        5.1、软件工作原理

        (1)各个监测子站的数据采集器将采集到的实时数据通过GPRS设备和GPRS网络传送到应用部门监测中心的服务器上;

        (2)安装在服务器上的程序将接收到的数据自动存储在数据库中;

        (3)安装在不同地点的客户端的程序，通过内部的局域网根据各自不同的权限得到相应监测子站的数据;

        (4)通过客户端提供的功能可以得到实时数据、小时数据、日数据、报表和分析图表;

        (5)可以通过手机短信随时接收到某一点位的实时数据监测信息。

        5.2、服务器端

        主要功能是：

        (1)在线站点设置。设置在线站点的名称、地址、地址编号、ID号等。

        (2)实时数据。可以查看各个监测子站的数据。

        (3)在线用户。可以查看当前在线的用户。

        (4)权限设置。对不同的用户设置查看不同子站数据的权限。

        5.3、客户端

        主要功能是各种报告和各种图表生成，包括单站多参数、多站单参数、多站多参数。此外还有实时数据查看、小时数据查看、报表预览打印、数据查询等功能。

        在监控中心所在局域网内，任何一台经过授权的终端都可以查看实时或历史数据，数据按地理位置显示，直观明了。

        整个系统完成了从监测子站至省污水处理监控中心至监控中心各客户端的完整的监测数据的管理体系。能够为用户提供翔实、准确、及时、全面的监测数据，同时可以根据需要将监测数据上传到上级管理部门。

        六、系统工作原理

        本解决方案充分利用移动通讯提供的网络条件，利用数据采集设备和GPRS设备进行数据的传输，保证了网络的稳定性和数据传输的快速、及时和准确。通过本系统可以对多个监测站点进行实时监测，使每个站点的监测仪器数据能够实时的显示在监测中心的主机上，设计了由数据采集器接收多个监测仪器数据，使用专用GPRS无线调制解调器把数据发送给GPRS网络，再通过INTER-NET主干网(或GPRS网络专线)上传给省环境保护局监控中心，在监控中心进行实时监测、监控并管理的解决方案。

        每一个现场信息监测站点配置一台数据采集器、一台GPRS无线调制解调器，调制解调器通过RS-232接口与数据采集器相连，数据采集器与现场在线监测仪器(如污水、流量、压力等监测仪)连接，并以一定的时间间隔采集、上传数据，并实时监测上传数据及仪器运行状态。GPRS无线调制解调器接收上端发布的各种指令，向下传送给数据采集器及在线监测仪器，同时接收在线监测仪器上传的数据，并在不改变数据格式的前提下为数据打包，将采集数据发送到GPRS网络上。

        GPRS网络通过INTERNET主干网(或GPRS网络专线)上传给监控中心。监控中心对各类数据进行实时显示、存储、分析并自动生成所需报表，实现了对信息实时监测的目的。监控中心可以通过管理软件发布指令，由GPRS无线调制解调器、数据采集器传送给监测站点及各监测仪器，可以对监测站点、仪器控制、通讯方式等进行参数设置。

        七、结语

        省级污水处理厂无线数据传输监测系统的建设使省级相关决策部门能更及时、准确、具体、全面地掌握全省污水处理企业污染物排放的数据和信息，为强化管理提供技术支持。整合现有资源，充分发挥和最大限度地利用已有网络、监测设备的作用，使全省已有的污水处理质量监测数据能够实时和比较全面地在全省得到利用。省污水处理监控中心的数据分析功能可以为科学决策提供技术支持。