基于GPRS的污染源在线监测系统的设计

沈志鸿

（ 浙江创源环境监控技术有限公司，浙江 嘉兴 314006）

国家规定在十二五计划内实现国内生产总值能耗比2010年下降16%，化学需氧量、二氧化硫排放总量减少8%，氨氮、氮氧化物排放总量减少10%的约束性目标[1]。由此看来随着国民经济的高速发展，节能减排、污染治理是一项长期而艰巨的重要工作，为促使各企业在生产制造过程中所产生的废气、废水的排放达到国家规定相关标准要求，对各企业的污染源、点均设计并安装了诸如化学需氧量（COD）、二氧化硫（SO2）、氨氮（NH3-N）、氮氧化物、重金属（Cr、Ni）等化学分析检测仪、流量计等计量检测设备以及数据采集控制装置，按各地环保部门的要求综合监测生产企业的废水、废气排放情况。

目前通常采用的在线监测方式是将污染源化学分析检测仪、流量计与数据采集设备联机后以有线网络方式通过Internet互联网与上位机监控中心服务器实现对现场检测数据的采集、分类、入库保存。但是这种有线网络传输方式，操作上有他的局限性，由于排污口环境条件比较复杂，使用电缆连接，现场必须用电缆管对电缆进行保护，并将电缆管埋置与地面以下，加以保护，否则极易遭到外力的破坏，而且在放置电缆时需穿墙破洞，大大增加了施工的工程量，操作上也很不方便。加上排污口及污水处理设施所占场地地域辽阔，施工时需要大量电缆，从而增加了材料及施工成本。由于远距离使用电缆，使得通讯过程中抗干扰能力减弱，信噪比下降，降低了数据通讯的质量，影响在线监测数据的准确性及实时性。

而GPRS无线通信系统利用移动通信网络进行数据传输，凡具有移动通信网络覆盖的地区，均可采用，提高了安装实施的效率，降低了施工及材料成本，使得在线监测系统的实施显得更为方便，数据的传输更加及时、准确与可靠，而且易于运行维护和保养。

1 系统构成

系统由三个部分构成：

第一部分，监测终端，由数据采集仪与化学分析仪组成，对污染源的检测数据进行采集。

第二部分，网络通信系统。现场采集的数据通过GPRS模块发送，经移动通信网络系统将实时数据通过Internet互联网传输至监控中心。

第三部分，监控中心，由服务器、数据库、人机接口界面及辅助设备，如UPS电源、空气调节装置组成。

监测数据通过GPRS经Internet互联网传输至监控中心，中心将数据分析处理，归类入数据库进行保存，并可根据需要对各污染源化学分析设备进行远程控制操作。系统构成如图1所示。

2 硬件配置

2.1 监测终端的设计

监测终端采用的是以NHPXA270CS为核心的W5100HB型触摸液晶屏智能数据采集仪，通过串口通讯将采集到的污染源检测数据经初步处理后传送至GPRS传输模块，实现无线网络的通讯。这款W5100HB数据采集仪具有两个RS485、六个RS232增强型全双工串口，RS485串口接收来自污染源检测设备发送的检测数据，故一台W5100HB型数据采集仪通过RS485连接可实现多台检测设备的数据采集。RS232实现与GPRS传输模块的数据通讯。

GPRS模块的作用是实现监控中心与监控终端的通信。从污染源化学分析检测设备及流量计采集的实时监测数据通过W5100HB数据采集仪的微处理经RS232通信串口发送至GPRS模块，由于GPRS无线数据通信网络和Intnet互联网均遵从TCP/IP国际标准通信协议，并且互为沟通，模块对所采集的数据按TCP/IP协议格式重新打包后，通过GPRS无线数据通信网络传输到监控中心[2]。

本设计的系统中选用TGM810型GPRS MODEM无线传输模块，其内嵌了TCP/IP协议栈，用户只需通过设置软件对模块进行监控中心服务器的IP地址、端口及SIM卡号等相关参数的设置并保存，连接数据采集仪的RS232接口，即可实现无线数据的传输。监控终端设计如图2所示。

2.2 数据通讯的实现

从监控终端采集的检测数据经数采仪中的微处理器经RS232串口发送至GPRS模块，通过GPRS网络将数据通过移动通信网络的接入点端口（CMNET）进入中国移动内网，通过GPRS支持节点（GGSN 网关）把数据传输到Internet互联网上指定的监控中心服务器，通过接收软件对数据进行分类并保存，根据需要还可将各类检测数据转发至内网中其他数据服务器上，监控中心还可以根据需要实现对监测终端进行反控。数据通讯过程均根据国际通信TCP/IP协议标准设计。

监控中心与各监控点组成一个在线监控的网络，中心管理着多个监测点的IP地址和检测设备的ID号，监控中心服务器软件对各监测点的IP地址和ID号定时发出数据请求命令或对某设备发出操作指令，监测终端就会按要求进行数据上传或按操作指令执行相应的操作[2]。

监控中心由服务器、人机界面、接收保存数据资料所需数据库服务器、服务程序软件组成，为保证数据传输的速率及带宽，监控中心服务器的Internet互联网接入采用固定IP地址的光缆接入方式，所以监控中心无须设计安装GPRS模块。监控终端通过GPRS网络经与固定IP地址的监控中心建立通讯，监控中心服务器接收GPRS网络发送的监测数据后，通过服务程序软件对各类数据进行分析、分类，存储到数据服务器中（入库保存）[3]，并可按相关职能部门的要求提供查询各类污染源排放浓度及污水排放量报表，系统可自动对超标、超量进行报警和远程控制。这些工作均由一套服务程序软件设计完成。还可以通过人机界面实现实时监控。

3 系统软件设计

软件设计包括监控终端软件、GPRS通信软件、监控中心软件的设计，在此仅以通信软件的设计为例说明。系统上电后，GPRS 模块复位，通过AT指令对其进行初始化，包括对GPRS模块的波特率、工作类型等参数的设置，使设备连接到GPRS网。然后进行拨号与GGSN进行通信链路的协商，即进行握手认证以及协议配置，PPPOE协商，最后获得动态IP地址，完成了接入Internet互联网。这样GPRS无线终端通过网络就可以实现与远程监控中心的全双工数据通信[2]。软件流程图如图3所示。

至此，文章分析了环保污染源在线监测数据的GPRS远程无线传输系统的架构、硬件组成和软件设计。利用GPRS网络覆盖范围广、可靠性高、费用低等优点完成数据的采集、现场状态的监控等功能，提高了污染源监测的效率和准确性。同时，通过水样采集器可对废水污染源超标排放进行实时留样，供相关监管部门分析、判断、追踪。为执法提供可靠的依据，控制超标排放，达到减排目的。本设计符合国家对环保污染源在线监测的要求，具有一定的推广应用价值。当然，随着无线网络的发展，数据传输方式也可以采用其它网络进行传输，如中国联通的CDMA网络等，同样可以实现对环保污染源的在线监测。

[1]国家环境保护“十二五”规划 国发〔2011〕42号.

[2]张新成，李庆亮.基于GPRS远程数据采集系统的设计与实现[M].计算机工程与设计.2006，7.

[3]叶小荣，刘晓晖.网络服务器配置与应用[M].2011，3.