|
一、 课题背景
1、国内外发展现状
自20世纪以来，随着微电子技术、通信技术和网络技术的飞速发展，远程检测技术和远程控制技术得到了广泛的应用。通过远程监测可以实现现场运行数据的实时采集和快速集中，获得现场监控数据，为远程故障诊断技术提供了物质基础；通过远程监测，技术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以监视并测量生产系统和现场设备的运行状态及各种参数，方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制，以维护设备的正常运营，从而减少值守工作人员，最终实现远端的无人或少人值守，全天24小时的监控，达到减员增效的目的[1]。目前，越来越多的企业集团呈跨地域的发展趋势，利用网络技术实现远程监控，对企业降低生产成本，提高劳动生产率，提高企业产品的科技含量，以及增强企业的综合竞争实力等方面都具有十分重要的意义。远程监测系统采用上下位拓扑结构，，下位机为无人职守形式，对于移动通信基站电源的电压、电流及环境温度等远程监测有重要意义。下位机的分散模式使系统具有了更多的开放性、可操作性、分散性，并且具有自检、自动稳零等功能，自动应答上位机呼叫并上传数据[2]。例如：大型设备的故障远程诊断，典型的如席梦思床垫衍缝机远程故障诊断系统；无人职守设备的状态远程监测，典型的如移动通讯基站电源的电压、电流及环境温度等参数的远程监测系统；远程控制，如工业废水的集污及排污控制系统；远程智能家电，如具有远程控制能力的空调，可以通过电话或因特网远程控制空调的开启与关闭、设定温度等。空气质量参数远程监测系统的实现正是基于以上技术的不断发展而发展起来的。
空气质量远程监测系统是一套以智能仪器为核心的自动远程监测系统。空气质量的自动监测系统一般采用湿法和干法两种方式来实现。湿法的测量原理是库仑法和电导法等，需要大量试剂，存在试剂调整和废液处理等问题，操作繁琐、故障率高、维护量大，该法在日本应用较广，但自1996年起，日本在法定的测量方法中增加了干式测量原理，湿法现已处于淘汰阶段。干法基于物理光学测量原理，使样品始终保持在气体状态，没有试剂的损耗，维护量较小，干法以欧美国家为主，代表了目前的发展趋势。
近年来，美国、法国等欧美国家均研制成功了基于常规光源的长光程吸收光谱仪器，并相继用于城市大气污染的常规监测中。例如法国ESA公司推出的典型的SANON长光程测控系统，其特点是采用RS-232串行接口将每台仪器的所有数据通过MODEM用电话线与中心站计算机系统相连，随机配套的通讯软件可通过仿真数据采集器和仪器操作面板实现对子站的远程控制和诊断，与干法仪器设备组合可组成长光程与干法共存的混合系统，其特点是能在长光程主机故障时不影响其它参数的测量[3]。
我国在二十世纪七十年代后期由北京分析仪器厂、沈阳分析仪器厂等厂家推出了一批库仑式湿法仪器；到了二十世纪八十年代中期，北京分析仪器厂又引进了美国MONITOR公司的88系列干法仪器的生产技术，随着该系列仪器的过时和淘汰，目前已无厂家生产：进入二十一世纪后，沈阳东宇公司引进美国DASIBI公司的生产技术，开始组装基于干法的空气质量自动监测系统；河北先河公司则自主研制成功基于干法的空气质量自动监测系统，但这仍处于起步阶段，系统的各项性能指标还有待于进一步的提高和完善。
2、研究的目的和意义
随着社会经济的快速发展和工业化水平的提高，我们在创造经济价值的同时也产生了不同程度的环境污染，面对日益严峻的大气污染，对大气质量及变化趋势进行实时、准确的大量监测，对污染源及其治理进行监督监测，是全国环境保护工作中最艰难的任务之一。目前，我国许多城市都在开展环境空气质量日报或预报工作，开展这一工作的基本条件之一是必须建立环境空气质量自动监测系统。由于国内目前的研发水平和能力有限，空气质不方便，往往与我国的具体实际情况结合不够，尤其是在系统结构、数据采集、远程控制与诊断方面同我们的实际要求相差较远。为此本文将针对国内的实际情况，给出一个适合我国当前需要且适用的空气质量自动监测系统的设计方案及该系统下位机的具体实现过程[4]。
目前空气质量监测污染物有三项，即二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物(飘尘)。因此本文的目的是研制出一套可以自动测量空气中二氧化硫和二氧化氮含量的空气质量参数监测系统，其下位机设计所包含的主要内容是：
1． 完成对二氧化硫和二氧化氮含量的测量；
2． 具有自检、自动稳零等功能，以实现远程无人职守；
3． 自动应答上位机呼叫并上传数据；
4． 上、下位机远程通信方式的研究[5]。
本系统硬件设计的关键是通信接口电路、模拟信号采样电路及满足无人职守要求的下位机控制电路的设计；软件设计的重点在于1)通信接口程序，关键是软件握手信号的处理；2)模拟/数字转换接口程序；3)主模块框架的构建；4)适应无人职守的系统可靠性设计。
根据上述设计要求，结合实际情况，对空气质量参数的远程监测系统采取如下所述的研究方法和技术路线：
本系统是以智能仪器为核心的自动监测系统，因此其整体性能的好坏在很大程度上取决于CPU的先进性和灵活性[8]。随着半导体、单片机技术的发展，陆续出现了不少增强型的CPU，高档的单片机层出不穷，特别是随着微电子技术和超大规模集成电路技术的发展，单片微型计算机以其体积小、性价比高、功能强、可靠性高等独特的特点，在各个领域(如工业控制、家电产品、智能仪器仪表等)得到了广泛的应用，相关技术也越来越成熟。基于以上原因，本系统采用成熟的单片机技术组成智能仪器的主控系统，围绕主控系统扩展相应的外围电路，以完成硬件设计要求，然后再编制与硬件电路相对应的软件程序[10]。
参考文献
[1]贾平，穆欣，远程监测系统的研究[J]，信息与电脑，2009.7
[2]何希才,新型实用电子电路400例[J],电子工业出版社,2000年
[3]刘光斌.刘冬.姚志成.单片机系统实用抗干扰技术[N].人民邮电出版社，2003：21~23
[4]沈红卫.远程监测系统中下位机瘫痪及其主要对策[J].计算机测量与控制，2004：87~89
[5]潘凯.空气质量参数的远程监测系统[D].西南石油大学，2006：5~20
[6]基于单片机的智能系统设计与实现[M]，沈红卫著，电子工业出版社 2005：34~39
[7]单片机应用技术[M]，吴国经主编，中国电力出版社 2004.1
[8]何立民,单片机应用系统设计[C],北京：航天航空大学出版社.2010.6
[9]51单片机设计实例[J]，楼然苗等编著，北京航空航天大学出版社 2003.3
[10]单片机原理及应用[M]，李全利、仲伟峰、徐军著，清华大学出版社，2006：12~18
|
