淺論數據采集傳輸儀在環保物聯網中的應用

梁揚志

摘要：本文簡要介紹數據采集傳輸儀的原理和結構，提出了滿足HJ/T212標準的環境自動監測系統通用數據采集傳輸儀的技術指標和使用要求。闡述它在環保物聯網中的應用，實現感知層的各類監測儀器的數據匯總、處理和傳輸上傳等重要功能，推動環保物聯網的發展。

關鍵詞：數據采集傳輸儀；環保物聯網；應用

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0225-02

由于各類水、氣、聲等現場自動監測設備生產廠商繁多，監測設備沒有統一的接口協議和傳輸標準，以及不同廠家的數據采集傳輸儀也是指標和協議各異，這些因素在一定的程度上影響了物聯網技術在環境監測應用的成效。

為此，國家環保總局發布了《HJ/T212污染源在線自動監控（監測）系統數據傳輸標準》，為污染源在線自動監測（監控）系統的建設提供了統一數據傳輸標準和相關的通訊協議。基于該標準的數據采集傳輸儀改善了儀表設備通訊協議和接口不統一性的局面，以及不同數據采集傳輸儀之間的兼容性和統一性，使建立一個統一的環保物聯網成為可能。

1 數據采集傳輸儀的原理和傳輸協議

數據采集傳輸儀是由數據記錄儀發展而來，它在數據儲存的基礎上增加了統計分析和傳輸功能。其原理結構圖如圖1所示，有對外接口、數據采集處理、存儲、顯示和數據傳輸等主要核心單元，分別實現數據采集、匯總處理、存儲和向上位機傳輸數據的功能，起到承上啟下的作用。

HJ/T212中規定了基礎傳輸層依據不同的傳輸網絡可有兩類實現方式：基于TCP/IP協議的和基于非TCP/IP協議的。TCP/IP協議具有良好的傳輸硬件適應性，同時也具有面向建立連接的特點。數據采集傳輸儀與上端的通訊服務器之間的通訊協議是ISO/OSI中的應用層，即是第7層協議，保證即使出于不同傳輸網絡數據采集傳輸儀與通訊服務器自己提供交互通訊。目前，市場上數據采集傳輸儀種類很多，有單片機系統、工控機系統、嵌入式計算機系統或可編程控制器等類型。

2 數據采集傳輸儀在環保物聯網中的應用

2.1 技術指標要求

根據環保總局對自動監測技術規范的最新要求，適用自動監測系統的數據采集傳輸儀應滿足如下的最低基本技術指標要求：

（1）具有較高的穩定性和安全性，符合HJ/T212數據傳輸標準中的通訊、控制和報警等的協議要求。性能要求：采集誤差≤1‰，系統時鐘誤差±51‰，能實現反控制功能。

（2）數據采集單元：數采端口兼容，采集精度應至少達到12位分辨率，應具備RS232/RS485數字輸入通道4個以上，至少具備8個模擬量輸入通道，實現數據、命令雙向傳輸。開關量I/O端口：至少具備4個開關量輸入輸出通道。

（3）數據儲存單元：存儲容量應滿足實時數據和各類均值數據存儲時間和傳輸的有關要求，至少存儲14400條記錄。

（4）數據傳輸單元：具備無線和有線兩種兼容方式：GPRS、3/4G等無線方式；局域網（以太網）、Internet等有線方式；顯示單元：能顯示分、時、日均值和月均值等數據，能以圖形的形式查看實時值。

2.2 在環境監測物聯網中的應用

環保物聯網分為感知層、傳輸網絡層和應用層，主要由水、氣、聲和污染源等現場的各種自動監測儀器組成的監測感知網絡、傳輸網絡、監控中心和數據應用組成，如圖2所示。數據采集傳輸儀是物聯網的核心必備核心組件之一，它位于感知層和傳輸網絡層之間，起到承上啟下的連接作用。

（1）在感知層中的作業：它與具有RS232/RS485輸出接口的現場儀器設備相連和進行通訊，采集監測設備原始數據，通過數字通道、模擬通道采集獲取各類監測數據和設備狀態信息，并對數據進行匯總和儲存，實現各類數據的匯總和歸一化管理，并根據HJ/T212的協議進行編碼、打包和封裝，以及向上端上傳數據。

（2）對傳輸網絡層的作用：根據HJ/T212的數據傳輸標準，如TCP/IP傳輸協議，利用3/4G、VPN、光纖等有線或無線網絡，通過各種通訊信道與環境監控中心的通信服務器相連，實現在線實時通訊，監測數據源源不斷地上傳和存儲在海量數據庫服務器上，以供環保信息化各種應用系統使用。

（3）通過數據采集傳輸儀的數據管理和分析功能，實現對在線設備的故障自動診斷和實時報警功能。此外，它還完成上端反向控制下端設備，實現遠距離監控、監測的功能。

3 結語

基于HJ/T212的數據采集傳輸儀在環保物聯網中的應用有如下優點：

（1）管理歸一化：符合國家標準的“現場儀表+數采儀”模式，很好地實現了感知層的各類數據的匯總和封裝處理。

（2）運維規范化：使用穩定的數據采集傳輸儀，就可實現運維工作程式化、規范化，以提高系統維護、應急處理的效率。

（3）傳輸標準化：所有上位機監控平臺供應商均采用了標準的HJ/T212-2005協議與現場機進行通訊，數據采集傳輸儀兼容這些通訊方式，將儀表輸出信號或數據進行標準化數據處理，使得不同種類的儀表與各個數據監控平臺都可實現“透明傳輸”。

參考文獻

[1]HJ/T212-2005，污染源在線自動監控（監測）系統數據傳輸標準[S].

[2]張宏偉.物聯網在環境監測和保護中的應用研究[J].物聯網技術，2011，1（06）：73-76.