数据采集系统在环保工程中的应用研究

唐怡粼

摘 要：近年来，尽管我国的经济在不断发展，但对环境也造成了较大的影响，许多地区都已经出现了严重的环境污染问题。随着环保意识的提升，人们逐渐开始关注生态环境。因此，要想保证环境质量，首先要保证环境工作的透明化。从当前环保工程开展的实际情况出发，结合数据采集系统的研发实况进行了阐述，以期提高环保工程质量。

关键词：数据采集；环保工程；主控单片机；存储模块

中图分类号：X830.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.102

与国外一些国家相比，我国的环境保护事业起步较晚，并且企业的环保意识比较薄弱。但是，随着环境问题的日益突出，人们对环境质量的关注程度有了明显的提升。因此，在全民环保意识提升的大背景下，如何构建实用性强、覆盖面广的环境保护自动监测系统，便成为相关工作人员面临的主要问题。下面将对其进行阐述。

1 环境保护自动监控系统结构

从当前的技术发展情况来看，环境保护自动监控系统大多是由自动检测设备和监控中心两部分组成。按照从下到上的排列顺序，环境保护自动监控系统分为现场机、传输网络和上位机这三个模块。其中，上位机的主要作用是传送传输网络和现场交换机产生的数据。现场监控仪表包括模拟接口和数字接口两种形式，主要作用是连接传输仪，上位机的数据交换作用就是通过传输仪实现的。

2 数据采集系统分析

2.1 主控单片机结构

数据采集系统主要使用的是主控单片机，其工作电压在3.4～5.5 V之间，是5 V的单片机，工作频率一般在0～40 MHz之间。通过检验实际工作效率发现，主控单片机的工作频率可以达到48 MHz。系统用户应用程序空间的大小为32 KB，片上集成可以达到1 280 KB的RAM。在线系统是可以编程的，并且也可以实现在线应用，变成程序的编制，不需要使用专用的编程器或者仿真器来构建系统，可通过串口直接下载相对应的用户程序，3 s左右的时间可以完成单片下载。该系统通用口数量为36个，不仅加密性比较强，而且是无法解密的。与传统系统相比，该系统的抗静电能力更强，并且不会受到电源抖动的影响，在其内部可集成专用复位电路。在计数器方面，可以将一定数量的定时器当作计数器使用，其外部可以中断4路，下降时延中断或者低电平触发。Power Down模式是从外到内的一种中断低平触发中断方式，其工作温度在-40～85 ℃之间。

2.2 系统的硬件结构

系统的硬件部分主要由模拟数字量采集模块、多路数据采集模块和数据存储模块等组成。系统的整体设计思路比较清晰，根据系统设计的原理，秉承模块化的设计思想，完成系统设计。模拟数字量采集模块的设计是系统比较显著的一个特点，可以将模拟量从根本上分为电压和电流两种模式，并分别对其进行处理。外界的传感器数据一般都是电压或电流量，因此可以用分压电路或分流电路来实现系统的操作。本文所设计的系统电压是5 V。当电压超过5 V但低于10 V时，可以对其进行分压处理。数字量采集通过12位的转换芯片来实现。将采集模拟量转化成数字量进行处理，系统采取8路信号即可满足需求。另外，系统的这种工作模式可以使上位机在接收到数据信号时更好地对数字量信号进行储存，从而提升分析的准确性。具体的时钟传送时序如图1所示。

2.3 存储模块和传输模块

在存储模块方面，将24C256非易失性铁电介质作为读写储存器来使用，不存在延时写入问题，可以长时间地保存存入其中的数据，可供数十万次的读写。如果在使用过程中出现断电等情况，24C256非易失性铁电介质还可以在断电的模式下保护数据，属于比较先进的一种储存芯片。在传输模块方面，传输模块设计是系统中较为关键的一个环节，可以采用传输模块设计的方式，使通信方式更为多元化，从而打破传统工作方式所具有的单一性缺陷，满足数据通信需求。本文所提到的设计模块可以利用12C的方式与上位机交换数据，提升数据传输的准确性和可靠性。四路传输与开关切换芯片相连接，每次工作都只选择单一的路线完成连接，S1和S0的工作方式是00、10时，使用RS232；11时，选用RS422。

2.4 时钟模块和硬件模块数据协议

时钟模块是比较关键的一个模块，并且PCF8565也是某公司近年来刚刚研发的一种总线接口，可以将不必要的功能消耗控制在极低的范围内，属于日历芯片的一种形式。MCU可以通过P1.0和P1.1这两个脚管来模拟12C的总线，并将其连接到其余各个脚中。数据采集与系统编码表息息相关，在对环保工程进行数据采集时，主要关注空气污染情况、大气环境污染情况、海洋环境污染情况、地表环境污染情况以及地下、地表水体的污染情况等。明确各种条件下的污染情况，保证不同污染模式编号都是正常且有序可循的，可以融入到系统建设中。

2.5 系统的软件流程

科学的系统软件流程是保证系统运行质量的关键。系统的软件流程为：初始化处理串口→中断、定时初始化→事件中断→返回到函数的主循环中。除此之外，还有其余多种模式的系统工作流程。常见的采集方式是定时采集，采集的目标可以是某路或者某电流信号。在明确采集对象之后，对指定的信号进行采集。如果出现循环情况，则8路要模拟电压和电流信号，4路可以传输数据信号。当完成数据信号采集之后，要对数据信号进行存储。如果存储直接完成，则代表传输完毕；如果存储涉及IIC传输，可以在IIC成功传输到通信模块中之后，判断是否完成数据传输。

3 结束语

数据采集对环保工程的发展具有十分重要的意义。本文首先对环境保护自动监控系统进行了分析，之后分别从主控单片机结构、系统的硬件结构、存储模块和传输模块、时钟模块和硬件模块数据协议、系统的软件流程等角度详细地阐述了如何将数据采集系统更好地应用到环保工程中，以期提升环保工程质量。

参考文献

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[3]谢勇.智能环保工程测控系统的设计与应用[J].自动化应用，2015（12）：63-65.

〔编辑：刘晓芳〕