CN204536806U - 基于物联网技术的环境质量在线远程监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网技术的环境质量在线远程监测系统，其特征在于：系统主要由监控中心、现场监测站；监控中心与现场监测站之间通过传输网络实现通信；所述监控中心中包括数据库和通信服务器。本实用新型所述的基于物联网技术的环境质量在线远程监测系统，空气环境质量自动监测管理系统以空气环境质量自动监测站为基础，针对环境管理部门的需求，建立环境质量在线监测系统，实时监控空气环境质量，实现在线数据查询及统计报表、在线数据自动报警、电子地图与环保信息综合发布等。通过建立与环境地理信息系统的接口，结合地理信息图层进行集成，将计算结果数据通过专题图的形式进行发布，实现环境空气质量专题图层的展示功能，实时表现各地区空气质量情况。

Description

基于物联网技术的环境质量在线远程监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种远程监测系统，具体来讲是一种基于物联网技术的环境质量在线远程监测系统。

背景技术

由于近二十年来经济社会的快速发展和城市化进程的加快，在经济发达地区，大气污染已由局部的单一城市燃煤型污染转变成煤烟型与机动车尾气等污染共存区域复合型污染。虽然在我国各主要城市也都建设了数量不等的空气自动监测站，然而由于先前在建设时期缺乏对大气污染的区域性和复合型的认识，还存在如下问题。(1)监测指标偏少，目前我国空气质量监测网络主要监测项目为SO₂、NOx、和可吸入颗粒物，缺乏对反应区域空气污染特征的污染物的监测。(2)缺乏监测网络的优化和设计，难以全面且准确地反映空气污染情况。(3)空气自动监测站监测手段单一，缺乏流动观测和立体观测的技术手段。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，在此提供一种基于物联网技术的环境质量在线远程监测系统。

本实用新型是这样实现的，构造一种基于物联网技术的环境质量在线远程监测系统，其特征在于：系统主要由监控中心、现场监测站；监控中心与现场监测站之间通过传输网络实现通信；所述监控中心中包括数据库和通信服务器；现场监测站中包括无线数据采集终端和数据采集传输服务器；所述无线数据采集终端包括MCU、模拟量输入模块、开关量输入模块、继电器输出模块、数字量输出模块、SRAM模块、RTC模块、看门狗模块、RS232/RS485/RS422模块、无线模块以及电源模块；模拟量输入模块、开关量输入模块与MCU连接，MCU与继电器输出模块、数字量输出模块连接，同时MCU还与SRAM模块、RTC模块、看门狗模块、RS232/RS485/RS422模块、无线模块以及LED指示灯连接；RS232/RS485/RS422模块与用户接口电路连接，无线模块连接天线和SIM/UIM卡接口电路。

本实用新型所述的基于物联网技术的环境质量在线远程监测系统；(1)可在线实时24小时连续的采集和记录监测点位的温度、湿度、风速、二氧化碳、光照、空气洁净度、供电电压电流等各项参数情况，以数字、图形和图像等多种方式进行实时显示和记录存储监测信息，监测点位可扩充多达上千个点；(2)可设定各监控点位的温湿度报警限值，当出现被监控点位数据异常时可自动发出报警信号，报警方式包括：现场多媒体声光报警、网络客户端报警、电话语音报警、手机短信息报警等。上传报警信息并进行本地及远程监测，系统可在不同的时刻通知不同的值班人员；(3)数据集中器端提供具有信号输出协议的端口，可接通信设备(GPRS IP MODEM等)进行无线传输；(4)温湿度监控实时显示、记录各监测点的温湿度值和曲线变化，统计温湿度数据的历史数据、最大值、最小值及平均值，累积数据，报警画面；(5)监控主机端可随时打印每时刻的温湿度数据及运行报告；(6)强大的数据处理与通讯能力，采用计算机网络通讯技术，局域网内的任何一台电脑都可以访问监控电脑，在线查看监控点位的温湿度变化情况，实现远程监测。

本实用新型的优点在于：本实用新型所述基于物联网技术的环境质量在线远程监测系统，空气环境质量自动监测管理系统以空气环境质量自动监测站为基础，针对环境管理部门的需求，建立环境质量在线监测系统，实时监控空气环境质量，实现在线数据查询及统计报表、在线数据自动报警、电子地图与环保信息综合发布等。通过建立与环境地理信息系统的接口，结合地理信息图层进行集成，将计算结果数据通过专题图的形式进行发布，实现环境空气质量专题图层的展示功能，实时表现各地区空气质量情况。运用无线通信技术，可以方便地增加、优化系统前端采集设备的部署，搭建新型空气质量在线监测系统。其优势包括：组网灵活、工期较短与投资节省。空气质量在线远程监测系统担负起前端数据采集与后端监测控制平台之间的数据无线传输通道。具体负责系统所采集数据的传输，与平台服务器保持实时连接，自动上传采集数据、接收控制指令并返回状态，实现实时、稳定、高效传输。新型空气质量在线监测系统可对空气质量进行连续实时监测，动态掌握超标情况，对污染的监督、防止污染事故的发生,提高空气质量等都具有重大意义，具有极高的推广价值。

附图说明

图1是本实用新型系统架构图

图2是无线数据采集终端原理图

图3无线数据采集终端接口信号定义说明示意图

图中：监控中心1、数据库1a、通信服务器1b、现场监测站2、无线数据采集终端3、数据采集传输服务器4、

MCU31、模拟量输入模块32、开关量输入模块33、继电器输出模块34、数字量输出模块35、SRAM模块36、RTC模块37、看门狗模块38、RS232/RS485/RS422模块39、无线模块40以及电源模块41、用户接口42、天线43、SIM/UIM卡接口电路44、LED指示灯45。

具体实施方式

下面将结合附图1-3对本实用新型进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型在此提供一种基于物联网技术的环境质量在线远程监测系统，系统主要由监控中心1、现场监测站2；监控中心1与现场监测站2之间通过传输网络实现通信；所述监控中心1中包括数据库1a和通信服务器1b；现场监测站2中包括无线数据采集终端3和数据采集传输服务器4；所述无线数据采集终端3包括MCU31、模拟量输入模块32、开关量输入模块33、继电器输出模块34、数字量输出模块35、SRAM模块36、RTC模块37、看门狗模块38、RS232/RS485/RS422模块39、无线模块40以及电源模块41；模拟量输入模块32、开关量输入模块33与MCU31连接，MCU31与继电器输出模块34、数字量输出模块35连接，同时MCU31还与SRAM模块36、RTC模块37、看门狗模块38、RS232/RS485/RS422模块39、无线模块40以及LED指示灯45连接；RS232/RS485/RS422模块39与用户接口电路42连接，无线模块40连接天线43和SIM/UIM卡接口电路44。

本实用新型所述基于物联网技术的环境质量在线远程监测系统，空气环境质量自动监测管理系统以空气环境质量自动监测站为基础，针对环境管理部门的需求，建立环境质量在线监测系统，实时监控空气环境质量，实现在线数据查询及统计报表、在线数据自动报警、电子地图与环保信息综合发布等。通过建立与环境地理信息系统的接口，结合地理信息图层进行集成，将计算结果数据通过专题图的形式进行发布，实现环境空气质量专题图层的展示功能，实时表现各地区空气质量情况。运用无线通信技术，可以方便地增加、优化系统前端采集设备的部署，搭建新型空气质量在线监测系统。其优势包括：组网灵活、工期较短与投资节省。空气质量在线远程监测系统担负起前端数据采集与后端监测控制平台之间的数据无线传输通道。具体负责系统所采集数据的传输，与平台服务器保持实时连接，自动上传采集数据、接收控制指令并返回状态，实现实时、稳定、高效传输。新型空气质量在线监测系统可对空气质量进行连续实时监测，动态掌握超标情况，对污染的监督、防止污染事故的发生,提高空气质量等都具有重大意义，具有极高的推广价值。

系统基本构架：空气质量在线监测系统将自动控制、网络通信、计算机(或智能手机)以及GIS等信息技术引入空气质量监测领域,采用工业级的无线传输模块组建无线数据传输网络、实现各环境要素的空气质量采集、传输与监测。是一种物联网无线数据终端，利用公用GPRS网络为用户提供无线长距离数据传输功能。

该空气质量在线远程监测系统采用高性能的工业级32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供RS232和RS485(或RS422)接口，可直接连接串口设备，实现数据透明传输功能；低功耗设计，最低功耗小于1mA；提供5路I/O，可实现数字量输入输出、脉冲输出、模拟量输入、脉冲计数等功能。

基于物联网技术的空气环境质量在线远程监测系统，集成了模拟信号采集、开关量输入、开关量输出、计数和无线数据通信于一体的高性能测控装置，可以直接接入各种传感器、标准变送器信号、仪表等输出的模拟信号、电平信号、干触点、脉冲信号等，采用高性能的工业级32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供RS232和RS485接口，可以实现模拟信号的采集、量值转换和数字信号的采集等，数据的存储周期和上报周期可以根据用户环境的要求而调整。

(1)工业级应用设计

1.采用高性能工业级无线模块；

2.采用高性能工业级32位通信处理器；

3.低功耗设计，支持多级休眠和唤醒模式，最大限度降低功耗；

4.内置实时时钟(RTC)，支持定时开关机功能；

5.采用金属外壳，保护等级IP30。金属外壳和系统安全隔离，特别适合于工控现场的应用；

6.宽电源输入(DC 5～35V)。

(2)稳定可靠

1.WDT看门狗设计，保证系统稳定；

2.采用完备的防掉线机制，保证数据终端永远在线；

3.S232/RS485接口内置15KV ESD保护；

4.IM/UIM卡接口内置15KV ESD保护；

5.电源接口内置反相保护和过压保护；

6.天线接口防雷保护(可选)。

(3)标准易用：

1.采用工业端子接口，特别适合于工业现场应用；

2.提供标准RS232和RS485接口，可直接连接串口设备；

3.可定制TTL电平串口；

4.智能型数据终端，上电即可进入数据传输状态；

5.提供功能强大的中心管理系统，方便设备管理(可选)；

6.使用方便，灵活，多种工作模式选择；

7.方便的系统配置和维护接口；

8.支持串口升级和远程维护，支持远程升级。

(4)功能强大：

8路模拟量输入,分辨率达16bit,输入电压(0-5V),输入电流(0-20mA),精度小于±0.5％；

4路继电器输出(干接点)，驱动能力5A/30VDC,5A/250VAC；

4路光隔离数字量输出，集电极开路输出，最大支持30V,最大电流40mA，最大功率125mW；

8路开关量输入,输入范围(0-3.3V为低电平，10-24V为高电平)其中包含一路计数功能(计数频率为1KHz)；

支持双数据中心备份传输及多数据中心同步传输(5个数据中心)。支持多中心多功能(例如：一个中心可以是MODBUS RTU协议，一个中心是RTU扩展协议)；

支持多种上下线触发模式，包括短信、电话振铃、串口数据触发上下线模式；

支持根据域名和IP地址访问中心；

支持RS232/RS485MODBUS RTU协议；

支持TCP转换虚拟串口的MODBUS RTU协议(实现MODBUS RTU数据的远程传输)；

支持MODBUS RTU查询8路开关量与8路模拟量采集数据(模拟量采集是实际数据，用户不需要换算)；

支持MODBUS RTU控制4路光耦输出与4路继电器输出；

支持MOBDBUS RTU设置计数器的初值，以及查询计数器的当前值；

支持RTU扩展协议。协议的格式统一，方便客户开发；

支持RTU扩展协议：实现采集数据(8路模拟量输入与8路开关量输入)间隔上报；

支持RTU扩展协议：采集数据上报的通道可以选择网络或短信，也可以选择先用网路，网络失败才用短信；

支持RTU扩展协议：采集数据主动上报失败时，采集的数据可以缓存到2M字节的SPI FLASH中，数据永久保存，供用户随时查询和读取；

支持RTU扩展协议：中心主动查询采集数据；

支持RTU扩展协议：实现计数功能。计数器的初值可以设置，计数的值可以读取；

支持RTU扩展协议：实现R232/RS485与中心数据透明传输功能；

支持RTU扩展协议：实现采集数据报警信息上传(报警的触发条件各个通道可以独立设置)；

支持RTU扩展协议：可以远程重启设备；

支持RTU扩展协议：可以远程配置参数；

支持RTU扩展协议：可以设置远程升级参数并远程升级；

采集数据的报警功能，报警信息可以通过RTU扩展协议，短信或同时使用两者通知管理员；

采集数据的报警信息用短信上报方式时，报警号码与报警内容各个通道可以独立设置；

短信配置远程升级参数，使设备进行远程升级；

短信远程配置参数；

内置工业时钟，可以实时记录采集时间；

设备加电自动连接网络，断线后自动重连；

设备定时开关机的功能，使设备工作在低功耗模式。

本实用新型所述基于物联网技术的空气环境质量在线远程监测系统还可以具备以下特点。本系统无需外接电源、无需布线特点，可以做到固定设点在线实时监测空气环境质量状态，也可以车载方式移动实时在线对空气环境质量进行监测，可大大降低施工成本和设备运行成本，系统配置相应的传感器，将采集到的风速、风向、雨量、温度、湿度、气压、太阳辐射、PM2.5等气象参数，通过本系统无线采集终端，通过GPRS网络实时上传监测中心服务器，即可实时了解到各监测站的实时空气环境质量监测数据。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种基于物联网技术的环境质量在线远程监测系统，其特征在于：系统主要由监控中心(1)、现场监测站(2)；监控中心(1)与现场监测站(2)之间通过传输网络实现通信；所述监控中心(1)中包括数据库(1a)和通信服务器(1b)；现场监测站(2)中包括无线数据采集终端(3)和数据采集传输服务器(4)；所述无线数据采集终端(3)包括MCU(31)、模拟量输入模块(32)、开关量输入模块(33)、继电器输出模块(34)、数字量输出模块(35)、SRAM模块(36)、RTC模块(37)、看门狗模块(38)、RS232/RS485/RS422模块(39)、无线模块(40)以及电源模块(41)；模拟量输入模块(32)、开关量输入模块(33)与MCU(31)连接，MCU(31)与继电器输出模块(34)、数字量输出模块(35)连接，同时MCU(31)还与SRAM模块(36)、RTC模块(37)、看门狗模块(38)、RS232/RS485/RS422模块(39)、无线模块(40)以及LED指示灯(45)连接；RS232/RS485/RS422模块(39)与用户接口电路(42)连接，无线模块(40)连接天线(43)和SIM/UIM卡接口电路(44)。