基于ARM和LINUX的嵌入式远程污染数据采集终端.pdf

为了提高远程污染数据采集的信息化程度和通信效率，本发明提供了一种基于ARM和LINUX的嵌入式远程污染数据采集终端，包括：基板和插接于其上的多个功能板，所述功能板包括：定位模块、电压调整单元、串行通信连接单元、传感单元、控制字单元；所述基板包括：嵌入式处理器、存储器和网络通信单元。本发明使得网络通信能够减轻服务器端的通信负载压力，避免由于服务器端或其通信模块工作失常而导致整个在线监控系统瘫痪。

权利要求书
1.  一种基于ARM和LINUX的嵌入式远程污染数据采集终端，其特征在于， 包括：基板和插接于其上的多个功能板，
所述功能板包括：
定位模块，其提供该采集终端的GPS信息；
电压调整单元，用于调整电压数据；
串行通信连接单元，用于以串行通信形式采集污染数据；
传感单元，用于采集污染数据；
控制字单元，其用于检测所述采集终端的状态并输出该状态；
所述基板包括：
嵌入式处理器，该处理器基于嵌入式ATMEL AT91SAM9260和Linux操作平 台，与处理器和串行通信连接单元相连，用于控制接收和发送污染数据；
存储器，其分别与嵌入式处理器和网络通信单元相连，用于存储该采集终 端采集到的污染数据；
网络通信单元，与嵌入式处理器相连，用于发送污染数据及接收控制命令， 该网络通信单元还包括基于ARM的路径计算单元，所述路径计算单元用于根据 所述GPS信息查找符合预订区域内的所有该传感单元的唯一通信标识信息，且 所述数据收发器根据所述查找的结果获得该区域内各个该传感单元的工作状 态，所述该传感单元根据所述工作状态，向所述区域内距离服务器最短前三个 传感单元分别传输环境污染监测数据，其中该被传输的污染监测数据被按照预 定的比例划分为三个部分分别传输到所述的三个传感单元。

2.  根据权利要求1所述的数据采集终端，其特征在于，所述传感单元进一 步包括：
模拟量连接单元，包括多路模拟量输入输出端以采集模拟信号；
开关量连接单元，包括多路开关量输入输出端采集开关量信号及接收开关 量控制信号。

3.  根据权利要求1所述的数据采集终端，其特征在于，所述基板还包括供 电单元，其与所述嵌入式处理器/存储器和网络通信单元相连。

4.  根据权利要求1所述的数据采集终端，其特征在于，所述嵌入式处理器 包括ARM核心模块、USART模块和USB模块，该USART模块与所述串行通信连接 单元相连，该USB模块与所述网络通信单元相连，该ARM核心模块与USART模 块和USB模块相连。

5.  根据权利要求2所述的数据采集终端，其特征在于，所述模拟量连接单 元的每个模拟量输入端连接有一电压跟随器电路，该电压跟随器电路采用LM321 芯片。

6.  根据权利要求2所述的数据采集终端，其特征在于，所述开关量连接单 元的每个开关量输出端连接有一光耦隔离电路。

7.  根据权利要求2所述的数据采集终端，其特征在于，所述处理器包括有 模数转换单元，该模数转换单元与所述模拟量连接单元的输出端相连用于将模 拟信号转换成数字信号。

8.  根据权利要求1所述的数据采集终端，其特征在于，所述串行通信连接 单元包括RS232模块和RS485模块。

9.  根据权利要求1所述的数据采集终端，其特征在于，网络通信单元为3G 和/或4G网络通信模块。

10.  根据权利要求1所述的数据采集终端，其特征在于，所述网络通信单元 包括自身的太阳能电池模块，用于为所述网络通信单元提供备用电力。

说明书基于ARM和LINUX的嵌入式远程污染数据采集终端
技术领域
本发明涉及一种环境监控设备，更具体地，涉及一种基于ARM和LINUX的 嵌入式远程污染数据采集终端。
背景技术
我国环境监测部门对污染源的监测长期以来一直停留在浓度监测上，由于 总量控制与浓度控制的巨大差异，因而，在污染物排放总量监理的过程中必然 会出现一些问题。比如，由于监测方法不规范、监测设备技术标准不统一和监 测人员水平不一所造成的环境监理工作质量难控制；再比如，由于环境监测信息 传递、加工不及时，经常影响管理部门和监测部门之间的工作协调和及时决策， 致使环境管理和监测经常出现被动局面等等。从目前我国环境监测存在的问题 看，我国的环境监理工作存在的问题是非常突出的，它严重影响了环境监测数 据的质量，制约了我国污染物排放总量控制的有效实施。归纳出现这些问题的 原因，主要是监理信息化程度低，急需建立国家环境监测信息系统。在网络化 技术迅速发展的今天，这个问题尤其体现在远程污染数据采集终端。
在环境监测领域，一直存在现场检测仪表与仪器提供的数据接口方式不统 一的弊病，为了有效地解决这一矛盾，集成多种数据接口的适配器应运而生。 随着新的检测内容、检测技术、检测仪器的不断增加，要求适配器在不改变主 体结构的情况下，通过灵活选择接口模块实时配置仪器。另外，因特网作用日 趋明显，借助网络远程监控仪器仪表已是大势所趋。在网络通信过程中，现有 的采集模块往往对同一数据仅进行一次数据传输，这种传输方式对通信信道和 通信质量要求过高。
发明内容
本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种基于ARM和LINUX的嵌入 式远程污染数据采集终端，包括：基板和插接于其上的多个功能板，
所述功能板包括：
定位模块，其提供该采集终端的GPS信息；
电压调整单元，用于调整电压数据；
串行通信连接单元，用于以串行通信形式采集污染数据；
传感单元，用于采集污染数据；
控制字单元，其用于检测所述采集终端的状态并输出该状态；
所述基板包括：
嵌入式处理器，该处理器基于嵌入式ATMEL AT91SAM9260和Linux操作平 台，与处理器和串行通信连接单元相连，用于控制接收和发送污染数据；
存储器，其分别与嵌入式处理器和网络通信单元相连，用于存储该采集终 端采集到的污染数据；
网络通信单元，与嵌入式处理器相连，用于发送污染数据及接收控制命令， 该网络通信单元还包括基于ARM的路径计算单元，所述路径计算单元用于根据 所述GPS信息查找符合预订区域内的所有该传感单元的唯一通信标识信息，且 所述数据收发器根据所述查找的结果获得该区域内各个该传感单元的工作状 态，所述该传感单元根据所述工作状态，向所述区域内距离服务器最短前三个 传感单元分别传输环境污染监测数据，其中该被传输的污染监测数据被按照预 定的比例划分为三个部分分别传输到所述的三个传感单元。
进一步地，所述传感单元进一步包括：
模拟量连接单元，包括多路模拟量输入输出端以采集模拟信号；
开关量连接单元，包括多路开关量输入输出端采集开关量信号及接收开关 量控制信号；
进一步地，所述基板还包括供电单元，其与所述嵌入式处理器/存储器和 网络通信单元相连。
进一步地，所述嵌入式处理器包括ARM核心模块、USART模块和USB模块， 该USART模块与所述串行通信连接单元相连，该USB模块与所述网络通信单元 相连，该ARM核心模块与USART模块和USB模块相连。
进一步地，所述模拟量连接单元的每个模拟量输入端连接有一电压跟随器 电路，该电压跟随器电路采用LM321芯片。
进一步地，所述开关量连接单元的每个开关量输出端连接有一光耦隔离电 路。
进一步地，所述处理器包括有模数转换单元，该模数转换单元与所述模拟 量连接单元的输出端相连用于将模拟信号转换成数字信号。
进一步地，所述串行通信连接单元包括RS232模块和RS485模块。
进一步地，网络通信单元为3G和/或4G网络通信模块。
进一步地，所述网络通信单元包括自身的太阳能电池模块，用于为所述网 络通信单元提供备用电力。
本发明的有益效果如下：(1)能够充分利用ARM和LINUX丰富的接口资源 满足对多种采集终端控制要求；(2)网络通信能够减轻服务器端的通信负载压 力，避免由于服务器端或其通信模块工作失常而导致整个在线监控系统瘫痪； (3)能够最大限度地确保通信数据的稳定性和完整性。
附图说明
图1示出了根据本发明的优选实施例的基于ARM和LINUX的嵌入式远程污 染数据采集终端的结构框图。
具体实施方式
以下结合图1通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1，示出了根据本发明的优选实施例的基于ARM和LINUX的嵌入式远 程污染数据采集终端的结构框图。
该嵌入式远程污染数据采集终端包括：基板和插接于其上的多个功能板， 这种插接采用针式插接接口实现。
所述功能板包括：
定位模块，其提供该采集终端的GPS信息；
电压调整单元，用于调整电压数据，以来自该采集终端的电源输出的电平， 使之适应232接口、485接口、USB接口等对于输入电压的不同要求；
传感单元，用于采集污染数据；
控制字单元，其用于检测所述采集终端的状态并输出该状态。其集成4路 开关量输入,4路开关量输出,每路前端均采用光电隔离,由发光二级管进行指 示。
所述基板包括：
嵌入式处理器，该处理器基于嵌入式ATMEL AT91SAM9260和Linux操作平 台，与处理器和串行通信连接单元相连，用于控制接收和发送污染数据；该处 理器采用STM32F103VC的微处理芯片，该芯片内包括有模数转换单元，该模数 转换单元与模拟量连接单元的输出端相连用于将模拟信号转换成数字信号。其 对模拟信号的转换过程如下：物理量→传感器信号→标准电信号(模拟量信号) →A/D转换→数值显示。例如，对于0～50℃的温度变送器，该变送器输出的电 信号为4～20mA，将该变送器接到模拟量连接单元的输入端，地址为AIW0。根 据模拟量输入值的对应关系，AIW0中的值为0～1000。
存储器，其分别与嵌入式处理器和网络通信单元相连，用于存储该采集终 端采集到的污染数据；
网络通信单元，与嵌入式处理器相连，用于发送污染数据及接收控制命令， 该网络通信单元还包括基于ARM的路径计算单元，所述路径计算单元用于根据 所述GPS信息查找符合预订范围内的所有该传感单元的唯一通信标识信息，且 所述数据收发器根据所述查找的结果获得该区域内各个该传感单元的工作状 态，所述根据所述工作状态，向所述区域内距离服务器最短前三个传感单元分 别传输环境污染监测数据，其中该被传输的污染监测数据被按照预定的比例划 分为三个部分分别传输到所述的三个传感单元。
更具体地讲，首先，所述存储器中预先保存有所有基于ARM和LINUX的嵌 入式远程污染数据采集终端的GPS信息。假定某基于ARM和LINUX的嵌入式远 程污染数据采集终端X的网络通信模块经过查找预定的10KM范围内的所有基于 ARM和LINUX的嵌入式远程污染数据采集终端以后，得到这些基于ARM和LINUX 的嵌入式远程污染数据采集终端的唯一通信标识信息。然后，设备X与这些基 于ARM和LINUX的嵌入式远程污染数据采集终端进行通信，以获得上述各个基 于ARM和LINUX的嵌入式远程污染数据采集终端的工作状态。这种工作状态是 通过各种传感单元自身具有的通信协议实现的，例如：发送读取当前读数以后， 能够得到其有效数值，则判断其工作状态有效。在本发明的优选实施例中，这 些传感单元采用自身具有自检功能的传感器，因此，状态的获得将变得更加方 便。至此，该设备X即可获得所有的在上述预定区域内的传感单元的工作状态。
接下来，根据上述工作状态，找到各个工作状态处于正常的传感单元，再 计算这些工作正常的传感单元哪三个距离服务器端最近。确定(例如是设备Y) 以后，该设备X即将自身监测的数据发送给设备Y，其中该被传输的污染监测数 据被按照预定的比例划分为三个部分分别传输到所述的三个传感单元。
所述功能板还包括串行通信连接单元，用于以串行通信形式采集污染数据， 包括RS232模块和RS485模块，以串行通信形式采集污染数据。其模块集成2 路RS232接口和1路RS485接口,通过嵌入式处理器与它们的电压调整单元相 连。
所述传感单元进一步包括：模拟量连接单元和开关量连接单元。根据本发 明的优选实施例，其中：
模拟量连接单元包括多路模拟量输入输出端以采集模拟信号；其包括16路 模拟量输入输出端，由多个单8通道数字控制模拟电子开关CD4051组成。每个 模拟量输入端连接有一电压跟随器电路，该电压跟随器电路采用LM321芯片及 外围电路组成，可将4-20mA转换为0-3V。因此，模拟量连接单元可接收0～5V 的电压模拟信号或4～20mA的电流模拟信号等。实际应用中，该模拟量连接单 元可连接多功能点表，三相电度表，单相电度表，以及各类输出为模拟量信号 的传感器等。
开关量连接单元包括多路开关量输入输出端采集开关量信号及接收开关量 控制信号。其包括4路开关量输入输出端，每个开关量输出端连接有一光耦隔 离电路以实现电气隔离，该光耦隔离电路可采用PC521及其外围电路实现。实 际应用中，该开关量连接单元可连接开关的辅助触点，行程开关，继电器辅助 触点，接触器辅助触点等。
嵌入式处理器，与处理器和串行通信连接单元相连。其基于嵌入式处理器 ATMEL AT91SAM9260和Linux平台，用于接收污染数据及发送开关量控制信号等。
该嵌入式处理器包括ARM核心模块、USART模块、USB模块、SPI flash、 SDRAM、Nand Flash等。该USART模块52与串行通信连接单元的RS232模块和 RS485模块相连用于传输污染数据等。
该ARM核心模块与USART模块和USB模块相连，根据本发明的一个实施例， 采用ATMEL AT91SAM9260，系统内构建了调度式的轮询任务机制，可以及时改变 采集时间周期而不用重启采集终端，且及时生效。及时准确的对任务端口中进 行数据采集及控制，达到正负0.1秒的采集精度。
所述基板还包括供电单元，其与所述嵌入式处理器/存储器和网络通信单 元相连。该供电单元具有110-220V输入，DC9V电压输出。
优选地，所述模拟量连接单元的每个模拟量输入端连接有一电压跟随器电 路，该电压跟随器电路采用LM321芯片。
所述开关量连接单元的每个开关量输出端连接有一光耦隔离电路。该光耦 隔离电路可采用PC521及其外围电路实现。
优选地，所述处理器包括有模数转换单元，该模数转换单元与所述模拟量 连接单元的输出端相连用于将模拟信号转换成数字信号。
优选地，网络通信单元为3G和/或4G网络通信模块。
优选地，所述网络通信单元包括自身的太阳能电池模块，用于为所述网络 通信单元提供备用电力。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡 利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行 为。