基于GPRS通信的在线环境监测仪的研究与设计

罗旋++王茂励++郝慧娟++郝凤琦++李成攻

摘要：为了及时获得环境参数动态变化信息，掌握现状和预测发展趋势，必须采用自动连续监测技术。本文应用ARM嵌入式系统，采用温度、湿度、空气等传感器仪表采集环境参数，通过GPRS通信传输测量数据，设计一种在线环境监测仪。

关键词：环境参数 在线监测 嵌入式 GPRS

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0146-01

1 引言

随着我国经济社会发展，环境的影响作用越来越突出。环境监测在环境保护、生态环境建设管理、农业生产等领域受到广泛重视，其作用也越来越明显。借助物联网、信息技术的发展，环境参数监测由传统人工定时现场采集向自动在线监测信息的方式改变。环境参数在线监测，即是在监测区域合适的点位上安装各种监测仪器仪表和数据采集传输仪，通过各种通讯信道与环境监控中心的通信服务器相连，实现在线实时通讯，将传感器感知点位的环境参数源源不断地送到环境管理中心，并存储在海量数据库服务器上，以供各种环境信息化应用系统使用。对于环境参数监测工作而言，在线监测仪器仪承担着及时准确提供监测数据的重任。

2 在线环境监测仪结构设计

在线环境监测仪的结构设计包括硬件和软件结构设计。硬件结构主要由环境参数检测仪器、ARM嵌入式主板、触摸显示屏、通讯模块等部分组成（见图1）。软件结构主要由接口程序，测量数据采集程序，数据存储程序，数据处理程序，人机交互界面，通信传输程序等部分组成（见图2）。环境参数检测仪器将测量数据信号送到处理模块接口，处理模块通过接口程序接收各个通道的测量数据。采集程序计算解析测量参数，并进行数字滤波后，由存储程序保存到本地数据库。数据处理程序调取分析存储数据，并将结果输出到人机交互界面。通信传输程序和通讯模块与环境监测中心建立连接并交换数据。在线环境监测仪采用ARM嵌入式系统开发，模块化设计，配置触摸显示屏显示数据修改参数。

3 在线环境监测仪硬件设计

3.1 ARM嵌入式主板

在线环境监测仪主板采用基于CortexTM-A8的Samsung S5PV210处理器，具有2个RS232串口，1个RS485接口，2个可AV输入接口，1个标准SD卡座，1块7寸触摸显示屏等组件。

3.2 温湿度传感器

温湿度传感器采用CMOSens数字传感器，通过集成芯片将数据转换为Modbus RTU通信协议输出到标准RS485总线接口。HT3200传感器可采集-55℃～+125℃范围的温度和0～100%RH的湿度测量值。

3.3 光照度传感器

光照度传感器利用半导体PN结光伏效应检测光照强度。NHZD 10CI传感器测量范围0～200000Lux，输出4～20mA电流信号。

3.4 二氧化碳传感器

红外二氧化碳传感器是根据CO2对特定波段红外辐射的吸收作用，使透过测量室的辐射能量减弱，通过测量CO2气体对辐射的影响，确定CO2气体的浓度。ESENSE-K-D传感器测量范围0-2000ppm，输出4-20MA电流信号。

3.5 模拟信号采集器

模拟信号采集器通过A/D转换电路采集4-20mA信号，再将原始值组装为标准的Modbus RTU协议。应用模拟信号采集器，可以通过RS-485扩展采集点数和增加主板抗干扰性。

4 软件设计开发

在线环境监测仪开发环境选择Linux操作系统。集成开发环境选择能跨平台运行的Qt Creator。数据库采用开放源码的MySQL Sever。在PC机上搭建开发环境，按照图2在线环境监测仪软件结构进行程序设计开发，再移植到监测仪主板上。接口程序设计有标准的Modbus RTU 协议，与带有此协议的仪器通讯。监测仪与GPRS模块的通信是透明传输，数据格式按照环境监控中心的协议要求设计。采样频率根据实际检测要求设置。

5 GPRS通信实现

在线监测仪通过GPRS DTU模块与环境监测中心传输数据。GPRS DTU接入GSM网络，在GPRS PPP拨号成功后，通过设置的数据中心IP地址等参数，主动向数据中心发起TCP或UDP通信请求。在得到响应建立通信连接后，即可进行数据双向通信。DTU接收到在线监测仪的串口数据，就立即把数据封装在一个TCP/UDP包里，发送给数据中心。反之，当DTU收到数据中心发来的TCP/UDP包时，从中取出数据内容，立即通过串口发送给在线监测仪。这样在线监测仪的数据就可以实时连续的传输给环境监测数据中心。

6 结语

在线环境监测仪采用开放式、模块化的硬件结构，可以根据检测仪器输出的信号类型，选择扩展与之匹配的接口电路，实现多种参数信息采集，通过GPRS通信模块实时连续向环境监控中心传输数据。为环境在线监测系统提供了设备保障，为环境管理用户及时、准确的监测环境参数现状及发展趋势，管理规划环境提供数据依据。

参考文献

[1]杨恒.最新物联网实用开发技术[M].清华大学出版社，2012，1.

[2]王凯雄.环境监测 [M].化学工业出版社，2011，7.

[3]蓝箭.基于嵌入式的水资源监测系统[J].微计算机信息，2008年28期.endprint

摘要：为了及时获得环境参数动态变化信息，掌握现状和预测发展趋势，必须采用自动连续监测技术。本文应用ARM嵌入式系统，采用温度、湿度、空气等传感器仪表采集环境参数，通过GPRS通信传输测量数据，设计一种在线环境监测仪。

关键词：环境参数 在线监测 嵌入式 GPRS

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0146-01

1 引言

随着我国经济社会发展，环境的影响作用越来越突出。环境监测在环境保护、生态环境建设管理、农业生产等领域受到广泛重视，其作用也越来越明显。借助物联网、信息技术的发展，环境参数监测由传统人工定时现场采集向自动在线监测信息的方式改变。环境参数在线监测，即是在监测区域合适的点位上安装各种监测仪器仪表和数据采集传输仪，通过各种通讯信道与环境监控中心的通信服务器相连，实现在线实时通讯，将传感器感知点位的环境参数源源不断地送到环境管理中心，并存储在海量数据库服务器上，以供各种环境信息化应用系统使用。对于环境参数监测工作而言，在线监测仪器仪承担着及时准确提供监测数据的重任。

2 在线环境监测仪结构设计

在线环境监测仪的结构设计包括硬件和软件结构设计。硬件结构主要由环境参数检测仪器、ARM嵌入式主板、触摸显示屏、通讯模块等部分组成（见图1）。软件结构主要由接口程序，测量数据采集程序，数据存储程序，数据处理程序，人机交互界面，通信传输程序等部分组成（见图2）。环境参数检测仪器将测量数据信号送到处理模块接口，处理模块通过接口程序接收各个通道的测量数据。采集程序计算解析测量参数，并进行数字滤波后，由存储程序保存到本地数据库。数据处理程序调取分析存储数据，并将结果输出到人机交互界面。通信传输程序和通讯模块与环境监测中心建立连接并交换数据。在线环境监测仪采用ARM嵌入式系统开发，模块化设计，配置触摸显示屏显示数据修改参数。

3 在线环境监测仪硬件设计

3.1 ARM嵌入式主板

在线环境监测仪主板采用基于CortexTM-A8的Samsung S5PV210处理器，具有2个RS232串口，1个RS485接口，2个可AV输入接口，1个标准SD卡座，1块7寸触摸显示屏等组件。

3.2 温湿度传感器

温湿度传感器采用CMOSens数字传感器，通过集成芯片将数据转换为Modbus RTU通信协议输出到标准RS485总线接口。HT3200传感器可采集-55℃～+125℃范围的温度和0～100%RH的湿度测量值。

3.3 光照度传感器

光照度传感器利用半导体PN结光伏效应检测光照强度。NHZD 10CI传感器测量范围0～200000Lux，输出4～20mA电流信号。

3.4 二氧化碳传感器

红外二氧化碳传感器是根据CO2对特定波段红外辐射的吸收作用，使透过测量室的辐射能量减弱，通过测量CO2气体对辐射的影响，确定CO2气体的浓度。ESENSE-K-D传感器测量范围0-2000ppm，输出4-20MA电流信号。

3.5 模拟信号采集器

模拟信号采集器通过A/D转换电路采集4-20mA信号，再将原始值组装为标准的Modbus RTU协议。应用模拟信号采集器，可以通过RS-485扩展采集点数和增加主板抗干扰性。

4 软件设计开发

在线环境监测仪开发环境选择Linux操作系统。集成开发环境选择能跨平台运行的Qt Creator。数据库采用开放源码的MySQL Sever。在PC机上搭建开发环境，按照图2在线环境监测仪软件结构进行程序设计开发，再移植到监测仪主板上。接口程序设计有标准的Modbus RTU 协议，与带有此协议的仪器通讯。监测仪与GPRS模块的通信是透明传输，数据格式按照环境监控中心的协议要求设计。采样频率根据实际检测要求设置。

5 GPRS通信实现

在线监测仪通过GPRS DTU模块与环境监测中心传输数据。GPRS DTU接入GSM网络，在GPRS PPP拨号成功后，通过设置的数据中心IP地址等参数，主动向数据中心发起TCP或UDP通信请求。在得到响应建立通信连接后，即可进行数据双向通信。DTU接收到在线监测仪的串口数据，就立即把数据封装在一个TCP/UDP包里，发送给数据中心。反之，当DTU收到数据中心发来的TCP/UDP包时，从中取出数据内容，立即通过串口发送给在线监测仪。这样在线监测仪的数据就可以实时连续的传输给环境监测数据中心。

6 结语

在线环境监测仪采用开放式、模块化的硬件结构，可以根据检测仪器输出的信号类型，选择扩展与之匹配的接口电路，实现多种参数信息采集，通过GPRS通信模块实时连续向环境监控中心传输数据。为环境在线监测系统提供了设备保障，为环境管理用户及时、准确的监测环境参数现状及发展趋势，管理规划环境提供数据依据。

参考文献

[1]杨恒.最新物联网实用开发技术[M].清华大学出版社，2012，1.

[2]王凯雄.环境监测 [M].化学工业出版社，2011，7.

[3]蓝箭.基于嵌入式的水资源监测系统[J].微计算机信息，2008年28期.endprint

摘要：为了及时获得环境参数动态变化信息，掌握现状和预测发展趋势，必须采用自动连续监测技术。本文应用ARM嵌入式系统，采用温度、湿度、空气等传感器仪表采集环境参数，通过GPRS通信传输测量数据，设计一种在线环境监测仪。

关键词：环境参数 在线监测 嵌入式 GPRS

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0146-01

1 引言

随着我国经济社会发展，环境的影响作用越来越突出。环境监测在环境保护、生态环境建设管理、农业生产等领域受到广泛重视，其作用也越来越明显。借助物联网、信息技术的发展，环境参数监测由传统人工定时现场采集向自动在线监测信息的方式改变。环境参数在线监测，即是在监测区域合适的点位上安装各种监测仪器仪表和数据采集传输仪，通过各种通讯信道与环境监控中心的通信服务器相连，实现在线实时通讯，将传感器感知点位的环境参数源源不断地送到环境管理中心，并存储在海量数据库服务器上，以供各种环境信息化应用系统使用。对于环境参数监测工作而言，在线监测仪器仪承担着及时准确提供监测数据的重任。

2 在线环境监测仪结构设计

在线环境监测仪的结构设计包括硬件和软件结构设计。硬件结构主要由环境参数检测仪器、ARM嵌入式主板、触摸显示屏、通讯模块等部分组成（见图1）。软件结构主要由接口程序，测量数据采集程序，数据存储程序，数据处理程序，人机交互界面，通信传输程序等部分组成（见图2）。环境参数检测仪器将测量数据信号送到处理模块接口，处理模块通过接口程序接收各个通道的测量数据。采集程序计算解析测量参数，并进行数字滤波后，由存储程序保存到本地数据库。数据处理程序调取分析存储数据，并将结果输出到人机交互界面。通信传输程序和通讯模块与环境监测中心建立连接并交换数据。在线环境监测仪采用ARM嵌入式系统开发，模块化设计，配置触摸显示屏显示数据修改参数。

3 在线环境监测仪硬件设计

3.1 ARM嵌入式主板

在线环境监测仪主板采用基于CortexTM-A8的Samsung S5PV210处理器，具有2个RS232串口，1个RS485接口，2个可AV输入接口，1个标准SD卡座，1块7寸触摸显示屏等组件。

3.2 温湿度传感器

温湿度传感器采用CMOSens数字传感器，通过集成芯片将数据转换为Modbus RTU通信协议输出到标准RS485总线接口。HT3200传感器可采集-55℃～+125℃范围的温度和0～100%RH的湿度测量值。

3.3 光照度传感器

光照度传感器利用半导体PN结光伏效应检测光照强度。NHZD 10CI传感器测量范围0～200000Lux，输出4～20mA电流信号。

3.4 二氧化碳传感器

红外二氧化碳传感器是根据CO2对特定波段红外辐射的吸收作用，使透过测量室的辐射能量减弱，通过测量CO2气体对辐射的影响，确定CO2气体的浓度。ESENSE-K-D传感器测量范围0-2000ppm，输出4-20MA电流信号。

3.5 模拟信号采集器

模拟信号采集器通过A/D转换电路采集4-20mA信号，再将原始值组装为标准的Modbus RTU协议。应用模拟信号采集器，可以通过RS-485扩展采集点数和增加主板抗干扰性。

4 软件设计开发

在线环境监测仪开发环境选择Linux操作系统。集成开发环境选择能跨平台运行的Qt Creator。数据库采用开放源码的MySQL Sever。在PC机上搭建开发环境，按照图2在线环境监测仪软件结构进行程序设计开发，再移植到监测仪主板上。接口程序设计有标准的Modbus RTU 协议，与带有此协议的仪器通讯。监测仪与GPRS模块的通信是透明传输，数据格式按照环境监控中心的协议要求设计。采样频率根据实际检测要求设置。

5 GPRS通信实现

在线监测仪通过GPRS DTU模块与环境监测中心传输数据。GPRS DTU接入GSM网络，在GPRS PPP拨号成功后，通过设置的数据中心IP地址等参数，主动向数据中心发起TCP或UDP通信请求。在得到响应建立通信连接后，即可进行数据双向通信。DTU接收到在线监测仪的串口数据，就立即把数据封装在一个TCP/UDP包里，发送给数据中心。反之，当DTU收到数据中心发来的TCP/UDP包时，从中取出数据内容，立即通过串口发送给在线监测仪。这样在线监测仪的数据就可以实时连续的传输给环境监测数据中心。

6 结语

在线环境监测仪采用开放式、模块化的硬件结构，可以根据检测仪器输出的信号类型，选择扩展与之匹配的接口电路，实现多种参数信息采集，通过GPRS通信模块实时连续向环境监控中心传输数据。为环境在线监测系统提供了设备保障，为环境管理用户及时、准确的监测环境参数现状及发展趋势，管理规划环境提供数据依据。

参考文献

[1]杨恒.最新物联网实用开发技术[M].清华大学出版社，2012，1.

[2]王凯雄.环境监测 [M].化学工业出版社，2011，7.

[3]蓝箭.基于嵌入式的水资源监测系统[J].微计算机信息，2008年28期.endprint