數據采集系統在環保工程中的應用研究

唐怡粼

摘 要：近年來，盡管我國的經濟在不斷發展，但對環境也造成了較大的影響，許多地區都已經出現了嚴重的環境污染問題。隨著環保意識的提升，人們逐漸開始關注生態環境。因此，要想保證環境質量，首先要保證環境工作的透明化。從當前環保工程開展的實際情況出發，結合數據采集系統的研發實況進行了闡述，以期提高環保工程質量。

關鍵詞：數據采集；環保工程；主控單片機；存儲模塊

中圖分類號：X830.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.102

與國外一些國家相比，我國的環境保護事業起步較晚，并且企業的環保意識比較薄弱。但是，隨著環境問題的日益突出，人們對環境質量的關注程度有了明顯的提升。因此，在全民環保意識提升的大背景下，如何構建實用性強、覆蓋面廣的環境保護自動監測系統，便成為相關工作人員面臨的主要問題。下面將對其進行闡述。

1 環境保護自動監控系統結構

從當前的技術發展情況來看，環境保護自動監控系統大多是由自動檢測設備和監控中心兩部分組成。按照從下到上的排列順序，環境保護自動監控系統分為現場機、傳輸網絡和上位機這三個模塊。其中，上位機的主要作用是傳送傳輸網絡和現場交換機產生的數據。現場監控儀表包括模擬接口和數字接口兩種形式，主要作用是連接傳輸儀，上位機的數據交換作用就是通過傳輸儀實現的。

2 數據采集系統分析

2.1 主控單片機結構

數據采集系統主要使用的是主控單片機，其工作電壓在3.4～5.5 V之間，是5 V的單片機，工作頻率一般在0～40 MHz之間。通過檢驗實際工作效率發現，主控單片機的工作頻率可以達到48 MHz。系統用戶應用程序空間的大小為32 KB，片上集成可以達到1 280 KB的RAM。在線系統是可以編程的，并且也可以實現在線應用，變成程序的編制，不需要使用專用的編程器或者仿真器來構建系統，可通過串口直接下載相對應的用戶程序，3 s左右的時間可以完成單片下載。該系統通用口數量為36個，不僅加密性比較強，而且是無法解密的。與傳統系統相比，該系統的抗靜電能力更強，并且不會受到電源抖動的影響，在其內部可集成專用復位電路。在計數器方面，可以將一定數量的定時器當作計數器使用，其外部可以中斷4路，下降時延中斷或者低電平觸發。Power Down模式是從外到內的一種中斷低平觸發中斷方式，其工作溫度在-40～85 ℃之間。

2.2 系統的硬件結構

系統的硬件部分主要由模擬數字量采集模塊、多路數據采集模塊和數據存儲模塊等組成。系統的整體設計思路比較清晰，根據系統設計的原理，秉承模塊化的設計思想，完成系統設計。模擬數字量采集模塊的設計是系統比較顯著的一個特點，可以將模擬量從根本上分為電壓和電流兩種模式，并分別對其進行處理。外界的傳感器數據一般都是電壓或電流量，因此可以用分壓電路或分流電路來實現系統的操作。本文所設計的系統電壓是5 V。當電壓超過5 V但低于10 V時，可以對其進行分壓處理。數字量采集通過12位的轉換芯片來實現。將采集模擬量轉化成數字量進行處理，系統采取8路信號即可滿足需求。另外，系統的這種工作模式可以使上位機在接收到數據信號時更好地對數字量信號進行儲存，從而提升分析的準確性。具體的時鐘傳送時序如圖1所示。

2.3 存儲模塊和傳輸模塊

在存儲模塊方面，將24C256非易失性鐵電介質作為讀寫儲存器來使用，不存在延時寫入問題，可以長時間地保存存入其中的數據，可供數十萬次的讀寫。如果在使用過程中出現斷電等情況，24C256非易失性鐵電介質還可以在斷電的模式下保護數據，屬于比較先進的一種儲存芯片。在傳輸模塊方面，傳輸模塊設計是系統中較為關鍵的一個環節，可以采用傳輸模塊設計的方式，使通信方式更為多元化，從而打破傳統工作方式所具有的單一性缺陷，滿足數據通信需求。本文所提到的設計模塊可以利用12C的方式與上位機交換數據，提升數據傳輸的準確性和可靠性。四路傳輸與開關切換芯片相連接，每次工作都只選擇單一的路線完成連接，S1和S0的工作方式是00、10時，使用RS232；11時，選用RS422。

2.4 時鐘模塊和硬件模塊數據協議

時鐘模塊是比較關鍵的一個模塊，并且PCF8565也是某公司近年來剛剛研發的一種總線接口，可以將不必要的功能消耗控制在極低的范圍內，屬于日歷芯片的一種形式。MCU可以通過P1.0和P1.1這兩個腳管來模擬12C的總線，并將其連接到其余各個腳中。數據采集與系統編碼表息息相關，在對環保工程進行數據采集時，主要關注空氣污染情況、大氣環境污染情況、海洋環境污染情況、地表環境污染情況以及地下、地表水體的污染情況等。明確各種條件下的污染情況，保證不同污染模式編號都是正常且有序可循的，可以融入到系統建設中。

2.5 系統的軟件流程

科學的系統軟件流程是保證系統運行質量的關鍵。系統的軟件流程為：初始化處理串口→中斷、定時初始化→事件中斷→返回到函數的主循環中。除此之外，還有其余多種模式的系統工作流程。常見的采集方式是定時采集，采集的目標可以是某路或者某電流信號。在明確采集對象之后，對指定的信號進行采集。如果出現循環情況，則8路要模擬電壓和電流信號，4路可以傳輸數據信號。當完成數據信號采集之后，要對數據信號進行存儲。如果存儲直接完成，則代表傳輸完畢；如果存儲涉及IIC傳輸，可以在IIC成功傳輸到通信模塊中之后，判斷是否完成數據傳輸。

3 結束語

數據采集對環保工程的發展具有十分重要的意義。本文首先對環境保護自動監控系統進行了分析，之后分別從主控單片機結構、系統的硬件結構、存儲模塊和傳輸模塊、時鐘模塊和硬件模塊數據協議、系統的軟件流程等角度詳細地闡述了如何將數據采集系統更好地應用到環保工程中，以期提升環保工程質量。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕