1、.PAGE ：.；第章 緒論. 課題的意義隨著我國經濟的迅速開展，環境維護也日益遭到國家和寬廣群眾的關注，全國環保機構也在環境維護方面加大力度。近年來國民經濟突飛猛進，工業企業不斷增多，由此帶來的問題就是污染源的添加和分布的復雜。在普遍環保認識薄弱和利益的驅使下，環保的監控管理任務日益復雜。傳統的環境監測方法需求環保職能部門將大量的精神投入到環境現場的數據采作之中。但是隨著污染源的添加，這種原有的監測方式，曾經無法起到實時監染的目的。利用現代化最先進的電子技術，通訊技術，軟件技術，建立一套環動監控系統，實現監控系統的自動化，從更高的層次上對工業污染進展有效的監測，表達了環保作為一個新興行業的開

2、展方向；有利于監控污染企業，添加企業的自律，促進他們履行本人的環境義務，協助 企業提高治理設備的程度；可以大大環境污染，提高企業經濟效益的同時，也提高了環保投資的社會效益。. 環境監測的歷史、現狀和開展世紀年代以來，環境問題逐漸從地域性問題演化成全球性問題。在處理環境問題的長期探求中，國際社會曾經逐漸認識到，單純依托污染控制技術曾經處理不了日趨復雜和廣泛的環境問題，只需按照生態可繼續性和經濟可繼續性要求，改革傳統意義上單純追求經濟增長的戰略和政策，對傳統的經濟增長方式，包括消費和消費方式做出艱苦的改革，加強對人口增長的控制，改動現有的技術和消費構造，減少自然資源的耗費，加強對人口增長的控制，改

3、動現有的技術和消費構造，減少自然資源的耗費，人類才有能夠實現本身的可繼續開展。可見，可繼續開展思想的提出源于人們對環境問題的逐漸認識和熱切的關注，而且“環境維護任務應試開展進程的一個整體組成部分，不能脫離這一進程來思索年結合國環發大會。作為環境維護的重要組成部分，環境監測曾被籠統地比喻為環境維護的耳目、哨兵和尺子，是獲取環境信息、認識環境變化、評價環境質量、監視排污情況的重要途徑，是監視執行環境法規、環境規范的重要技術手段。因此，做好各項環境維護任務，特別是做好環境管理任務，必需充分注重、依托和發揚環境監測的作用。隨著工業、農業和鄉鎮企業的飛速開展，我國國民經濟迅速增長。與此同時，以城市為中心

4、的環境污染依然很嚴重，并經過鄉鎮企業擴展到鄉村，嚴重影響我國的可繼續開展進程。這就給環境維護和環境監測任務提出了新的問題和要求。作為一門技術性很強的實驗科學，環境監測技術是環境監測的根底和根本根據。因此，需求不斷加強環境監測技術的開發研討和更新。目前，全國已構成了國家、省、市、縣四級環境監測網絡，共有專業、行業監測站多個，其中環保系統監測站多個，行業監測站多個，國控的空氣質量監測網站個，酸雨監測網站個，水質監測網站個。同時，還建有噪聲監測網、輻射監測網和區域監測網等。到年，國控環境監測網絡調整為：環境空氣監測網站個，測點數個；酸雨監測網站個，測點數個；水質監測網站個，監測斷面個；生態監測網站個

5、。目前，我國已制定各類國家環境規范項，覆蓋了大氣、水質、土壤、噪聲、輻射、固體廢物、農藥等領域。已開展了環境質量監測，環境質量周報、日報、預告監測，污染源監測，污染事故應急監測，污染物總量控制監測，污染源解析監測，環境污染治理工程效果監測等，需監測的污染因子達百余種。 環境監測及監測儀器開展趨勢：以目前人工采樣和實驗室分析為主，向自動化、智能化和網絡化為主的監測方向開展。由勞動密集型向技術密集型方向開展。由較窄領域監測向全方位領域監測的方向開展。由單純的地面環境監測向與遙感環境監測相結合的方向開展。環境監測儀器將向高質量、多功能、集成化、自動化、系統化和智能化的方向開展。環境監測儀器將向物理、

6、化學、生物、電子、光學等技術綜合運用的高技術領域開展。. 國內現有環境監測面臨的問題環境監測任務面臨的主要問題有：、污染信息傳送得慢，不順應環境管理任務的需求。突發性環境污染事故，一旦發生，來勢兇猛，在瞬時或時間內能夠排放大量的污染物質，對環境呵斥嚴重的污染破壞，給國家和人民財富帶來嚴重損失。只需在最短的時間內，經過檢測部門拿出東西來，通知上級主管部門如今有什么污染，應采取什么措施，對控制污染及救援善后提供技術支持和指點，才干博得珍貴時間，將突發性環境污染事故呵斥的損失降到最低限制。但是，按照突發性環境污染事故應急監測任務性質的高規范要求，環境應急監測才干還存在著一些亟待仔細研討，加以能處理的

7、問題。比如：該出東西的時候出不來，該仲裁的時候拿不出數據來。缺乏艱苦環境污染事故應急監測技術和方法，無法提供監測突發性環境污染事故性質、污染影響和長期潛在的污染危害。因此，難以抵御環境污染事故風險和保證軍隊環境平安。、環境監測技術資金投入與環境監測開展要求不相順應.用于環境監測技術的資金投入嚴重缺乏，特別是在儀器設備的計量檢定、維修、更新、增量、試劑購買，人員進展學習、業務培訓等方面投入都沒有固定的投資主渠道以及傾斜的優惠政策，監測任務根本處于自我開展，自生自滅的形狀，致使大部分環境監測任務無法開展。、環境監測儀器配置缺乏與老化影響監測才干的拓展。監測儀器設備是環境監測的必備工具，從目前情況看

8、，監測儀器的更新提高較快，部分監測儀器配置相對于新的國家規范顯得缺乏，而且由于部分監測儀器的維修保養不夠導致老化景象也比較嚴重，直接影響到環境監測任務的進一步拓展。、環境監測法規規章與環境監測任務的規范化，規范化不相順應。監測立法是環境監測任務之本。目前，由于沒有專門的環境監測法律法規，使得環境監測任務的性質，位置，作用等缺乏明確的法律根據，以及取證難，舉證難，執行難的情況，使環境監測管理體制、監測人員管理方式以及監測經費保證方式等不一致和不到位，給環境監測的安康開展呵斥了很大的影響。年月，國家環保局和總后勤部結合發布環監號，正式把軍隊單位污染源監測監視義務交給軍隊監測系統承當，從法規上確認了

9、軍隊環境監測機構的任務范圍，年月，總后勤部和國防科工委結合公布營環字第號，對軍隊單位污染源的范圍，軍隊環境監測系統的組成、位置、資歷、職責等均做了明確規定。年月，總后勤部制定頒發了，對軍隊環境監測的根本原那么，監測機構的設置和職責，監測機構的資質與監測人員的資歷、監測技術與質量等做出了規定。國家和軍隊的這些規定，為軍隊環境監測網絡的構成提供了法律根據。但在實踐任務中，已公布的相關法規文件對有些方面尚未涉及或未明確。比如：到目前為止，沒有一份正式文件明確軍隊環境監測站的人員編制、經費來源，致使監測站任務名不正言不順，監測經費無法保證。從年開場，中央軍委決議不再從事消費運營，大量職工跟隨軍隊企業移

10、交到地方。軍隊要吃“皇糧，而 “皇糧中并沒有涵蓋保管下來的軍隊職工，用工經費部分，職工根本保證資金缺口嚴重。各級指點為此大費腦筋，牽扯了大量的精神。因此，軍隊環境監測法規規章尚不健全，與軍隊環境監測任務的制度化、規范化、規范化管理還不相順應。、環境監測技術總體程度與監測任務的高規范要求及監測技術的快速開展不相順應。根據軍隊環境監測任務面臨的情勢和主要義務是：由單一的實驗室分析轉向實驗室分析與現場/應急快速分析、延續自動分析相結合；由單純的點式采樣分析轉向點式分析與線采樣分析、面采樣分析，空中遙感監測分析結合；由繁重的手工分析轉向手工分析與在線延續自動分析相結合；監測信息的要求由單純的濃度信息轉

11、向濃度與總量，生態風險，環境平安信息相結合。以上這些現代環境分析技術在軍隊環境監測任務中的運用還有很大差距。這不僅與當前軍隊環境監測分析技術的開展趨勢不相匹配，而且使軍隊的環境監測任務必將長期處于被動位置。. 論文的主要研討內容本次設計的主要內容是基于WiFi技術的無線傳輸網絡的環境監測系統，在構造上，它主要包括位于現場的環境監測儀器和數據采集儀，用于進展數據傳輸的無線傳輸系統以及對數據進展分析處置的上位機系統。論文詳細從以下幾個方面進展論述：第一章：引見了本工程的主要背景，分析并提出了本文所設計的環境監測系統的價值和意義。第二章：從整體概念上，引見了整個系統的體系構造，從現場機系統、無線傳輸

12、網絡、上位機系統三個方面對系統進展了大致的分析和引見。第三章：詳細引見了現場機系統的組成和任務方式。第四章：詳細引見了WiFi網絡的構造原理。第五章：詳細引見了上位機系統的管理和控制方式。第章 系統的總體設計. 系統引見整個監測系統在構造上主要包括用于現場數據采集的現場機系統，包括環境監測儀器和數據采集儀器；用于進展數據傳輸的無線傳輸網絡以及對系統進展控制、對數據進展分析處置的上位機系統。如圖.所示：WiFi上位機系統現場機系統無線網絡傳輸數據采集傳輸儀圖. 環境監測系統整體設計方案監測儀器監測儀器WiFi. 現場機系統普通來說，現場機系統有兩種比較典型的組成方式：一種是由儀器單獨聯入傳輸網絡

13、，如圖.所示。這就要求一臺現場儀器本身具備了比較完善的網絡傳輸終端和數據采集、預處置才干。它不僅可以做到數據采集的功能，同時還可以實現和上位機進展完好的數據通訊。這就意味著對于監測儀器本身，其硬件和軟件的技術要求就比較高，也就決議了它的運用范圍比較狹窄，本錢高，不具備通用性。WiFi上位機現場機傳輸網絡監測儀器圖 . 儀器單獨組成的監測系統第二種任務方式是經過數據采集儀將各個監測儀器經過WiFi網絡銜接起來，如圖.所示。分布在現場的監測儀器將各自采集到的數據經過WiFi網送入數據采集儀，而數據采集儀作為一個獨立節點聯入傳輸網絡，再經過傳輸網絡和上位機進展數據交換和通訊。這對于本錢的降低是非常有

14、協助 的，同時也利于系統的管理和維護。WiFi上位機系統現場機系統無線網絡傳輸數據采集傳輸儀圖. 監測儀器經過數據采集儀銜接上位機監測儀器監測儀器WiFi在監測現場，數據采集儀的主要義務是實現對一切現場儀器的管理，以及對監測儀器采集到的實時數據進展匯總并存儲到本地數據庫中。同時它還作為傳輸網絡的一個節點具備WiFi網絡的接口和上位機進展數據交換通訊。在本次設計中采用一臺PC機作為數據采集儀，現場監測儀器經過路由器和PC機組成局域以太網。在以太網中，每個儀器被分配了一個獨立的IP地址，數據采集儀就根據這個IP地址和每個儀器進展數據通訊。PC機上安裝Windows Server操作系統，并且借助S

15、QL Sever 建立一個小型的數據庫，用于實現對現場監測儀器各種參數的設置和保管。儀器的兼容性對于整個系統的可靠性是非常重要的，為了使不同廠商消費的監測儀器在同一系統下可以兼容，采用一種規范化的通訊協議是非常重要的，在此次設計中，儀器局域網絡采用目前工業上常用的Modbus協議作為傳輸協議。Modbus協議的特點在于為網絡中的每一個儀器分配一個獨立的地址，每次對監測儀器進展操作都必需經過這個地址來進展。. 基于WiFi技術的無線傳輸網絡無線傳輸網絡承當了整個系統的數據流通任務，傳輸網絡的實時性，可靠性和穩定性將直接決議整個監測系統能否可以正常、高效地任務。本次設計采用了基于WiFi技術的無線

16、傳輸網絡，WiFi技術具備傳輸速率高、傳輸間隔 遠、覆蓋范圍廣等特點，在無線局域網運用中得到了迅猛的開展。由于此次設計的環境監測系統是在*m的范圍內，所以運用WiFi熱點就可以到達傳輸的目的。在本次設計中，思索設計范圍，所以只需求建立一個WiFi熱點就可以到達設計要求，構造框圖如.所示。WiFi熱點無線路由器無線路由器上位機數據采集儀圖. WiFi熱點運用. 上位機系統上位機是整個監測系統的中心，它在系統中所起的作用是系統管理控制和數據匯總、分析和處置。上位機有權向現場機發送各種命令，例如讀取數據，修正參數，儀器控制等。上位機經過傳輸網絡將命令音訊發送給現場機，再經過現場機系統，實現上位機對各

17、種儀器所發出的控制要求。上位機系統建有一個完好的數據庫管理系統，擔任對整個系統進展集中管理。從硬件構造上說，在此次設計中上位機采用PC機，其中心義務在于監控系統運用軟件的編寫。第章 現場機系統. 現場機系統組成現場機系統中的監測儀器包括丈量溫度、PH值、電導率、溶解氧、含氧量、濁度和氨氮等在內的多種丈量儀器。為了實現環境的實時監控和監測數據管理傳輸，需求經過數據采集儀對多種采集儀器的監測信息進展集中采集、處置和數據傳輸。數據采集儀和環境監測儀器經過WiFi網絡，組成在線環境監測系統，并經過無線路由器向上一級管理中心交換監測數據或控制信息。在監測現場，數據采集儀的主要義務是實現對一切現場儀器的管

18、理，以及對監測儀器采集到的實時數據進展匯總并存儲到本地數據庫中。同時它還作為傳輸網絡的一個節點具備WiFi網絡的接口和上位機進展數據交換通訊。在本次設計中采用一臺PC機作為數據采集儀，現場監測儀器經過路由器和PC機組成局域以太網。在以太網中，每個儀器被分配了一個獨立的IP地址，數據采集儀就根據這個IP地址和每個儀器進展數據通訊。PC機上安裝Windows Server操作系統，并且借助SQL Sever 建立一個小型的數據庫，用于實現對現場監測儀器各種參數的設置和保管。由于不同的環境監測儀器的消費廠家都會制定一套屬于本人的通訊協議，其所用的通訊協議就能夠不同，因此，假設運用不同消費商的儀器，很

19、容易呵斥相互間的沖突，使整個系統不能正常的任務，因此在此次設計中監測儀器和數據采集儀之間的通訊采用的是Modbus協議。. 現場機系統利用Modbus協議編程. Modbus協議簡介Modbus協議定義了一個一切設備都能認識和運用的音訊幀構造，而不用在乎這些儀器設備是經過何種網絡進展通訊的。它描畫了一個設備懇求或訪問其它設備的過程，還規定了如何正確的回應其它設備的懇求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。Modbus協議指定了一套完好的音訊幀的構建和內容格式。當設備在遵照Modbus的網絡上進展通訊時，Modbus協議規定了每個設備都必需求有一個屬于它們本人的獨立的設備地址。一切的通訊數據和命令都是按這個

20、設備地址發來，對于命令的呼應和回復，也同樣需求和這個地址有關。其數據傳輸構造如圖.所示。主設備的查詢音訊從設備的回應音訊功能代碼設備地址錯誤檢測數據段功能代碼設備地址錯誤檢測數據段圖. Modbus協議的數據傳輸構造. 通訊傳送方式通訊傳送分為獨立的信息頭，和發送的編碼數據。其格式如表.所示。以下的通訊傳送方式定義也與MODBUS RTU通訊規約相兼容。表. 通訊傳送的數據格式編碼位二進制起始位位數據位位奇偶校驗位位偶校驗位停頓位位錯誤校驗CRC冗余循環碼初始構造 = 字節的時間；地址碼 = 字節；功能碼 = 字節；數據區 = N 字節；錯誤校檢 = 位CRC碼； 終了構造 = 字節的時間。地

21、址碼：地址碼為通訊傳送的第一個字節。這個字節闡明由用戶設定地址碼的從機將接納由主機發送來的信息。并且每個從機都有具有獨一的地址碼，并且呼應回送均以各自的地址碼開場。主機發送的地址碼闡明將發送到的從機地址，而從機發送的地址碼闡明回送的從機地址。功能碼：通訊傳送的第二個字節。ModBus通訊規商定義功能號為到。本儀表只利用其中的一部分功能碼。作為主機懇求發送，經過功能碼通知從機執行什么動作。作為從機呼應，從機發送的功能碼與從主機發送來的功能碼一樣，并闡明從機已呼應主機進展操作。假設從機發送的功能碼的最高位為(比如功能碼大與此同時)，那么闡明從機沒有呼應操作或發送出錯。數據區：數據區是根據不同的功能

22、碼而不同。數據區可以是實踐數值、設置點、主機發送給從機或從機發送給主機的地址。CRC碼：二字節的錯誤檢測碼。. 通訊規那么當通訊命令發送至儀器時，符合相應地址碼的設備接通訊命令，并除去地址碼，讀取信息，假設沒有出錯，那么執行相應的義務；然后把執行結果返送給發送者。返送的信息中包括地址碼、執行動作的功能碼、執行動作后結果的數據以及錯誤校驗碼。假設出錯就不發送任何信息。信息幀構造，如表.所示。表. 信息幀構造地址碼功能碼數據區錯誤校驗碼位位N位位地址碼：地址碼是信息幀的第一字節(位)，從到。這個字節闡明由用戶設置地址的從機將接納由主機發送來的信息。每個從機都必需有獨一的地址碼，并且只需符合地址碼的

23、從機才干呼應回送。當從機回送信息時，相當的地址碼闡明該信息于何處。功能碼：主機發送的功能碼通知從機執行什么義務。表.列出的功能碼都有詳細的含義及操作。表. 功能碼的含義及操作代碼含義操作讀取數據讀取當前存放器內一個或多個二進制值重置單一存放器把設置的二進制值寫入單一存放器數據區：數據區包含需求從機執行什么動作或由從機采集的返送信息。這些信息可以是數值、參考地址等等。例如，功能碼通知從機讀取存放器的值，那么數據區必需包含要讀取存放器的起始地址及讀取長度。對于不同的從機，地址和數據信息都不一樣。錯誤校驗碼：主機或從機可用校驗碼進展判別接納信息能否出錯。有時，由于電子噪聲或其它一些干擾，信息在傳輸過

24、程中會發生細微的變化，錯誤校驗碼保證了主機或從機對在傳送過程中出錯的信息不起作用。這樣添加了系統的平安和效率。錯誤校驗采用CRC-校驗方法。注：信息幀的格式都根本一樣：地址碼、功能碼、數據區和錯誤校驗碼。錯誤校驗循環冗余碼CRC包含個字節，即位二進制。CRC碼由發送設備計算，放置于發送信息的尾部。接納信息的設備再重新計算接納到信息的CRC碼，比較計算得到的CRC碼能否與接納到的相符，假設兩者不相符，那么闡明出錯。CRC碼的計算方法是，先預置位存放器全為。再逐漸把每位數據信息進展處置。在進展CRC碼計算時只用位數據位，起始位及停頓位，如有奇偶校驗位的話也包括奇偶校驗位，都不參與CRC碼計算。在計

25、算CRC碼時，位數據與存放器的數據相異或，得到的結果向低位移一字節，用填補最高位。再檢查最低位，假設最低位為，把存放器的內容與預置數相異或，假設最低位為，不進展異或運算。這個過程不斷反復次。第次移位后，下一個位再與如今存放器的內容相相異或，這個過程與以上一樣反復次。當一切的數據信息處置完后，最后存放器的內容即為CRC碼值。CRC碼中的數據發送、接納時低字節在前。計算CRC碼的步驟為：預置位存放器為十六進制FFFF即全為。稱此存放器為CRC存放器； 把第一個位數據與位CRC存放器的低位相異或，把結果放于CRC存放器； 把存放器的內容右移一位(朝低位)，用填補最高位，檢查最低位； 假設最低位為：反

26、復第步(再次移位); 假設最低位為：CRC存放器與多項式A 進展異或； 反復步驟和，直到右移次，這樣整個位數據全部進展了處置； 反復步驟到步驟，進展下一個位數據的處置； 最后得到的CRC存放器即為CRC碼。 功能碼，讀取點和前往值：儀表采用Modbus RTU通訊規約，利用通訊命令，可以進展讀取點(“堅持存放器) 或前往值(“輸入存放器 )的操作。堅持和輸入存放器都是位字節值，并且高位在前。這樣用于儀表的讀取點和前往值都是字節。一次最多可讀取存放器數是。由于一些可 編程控制器不用功能碼，所以功能碼被用作讀取點和前往值。從機呼應的命令格式是從機地址、功能碼、數據區及CRC碼。數據區中的存放器數據

27、都是每 兩個字節高字節在前。功能碼，單點保管主機利用這條命令把單點數據保管到儀表的存儲器。從機也用這個功能碼向主機返送信息。上位機是整個系統的控制中心，一切的命令音訊都是由環境監測人員從上位機發出，而現場機作為傳輸網絡的一個節點，它經過對上位機所發出的音訊幀進展解析，從而分析出上位機所發音訊的詳細含義。. 通訊口設置DCB dcb;hCom=CreateFile(COM,GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,NULL,OPEN_EXISTING,NULL);if(hCom=INVALID_HANDLE_VALUE)MessageBox(createfile error,erro

28、r);BOOL error=SetupComm(hCom,);if(!error)MessageBox(setupcomm error);error=GetCommState(hCom,&dcb);if(!error)MessageBox(getcommstate,error);dcb.BaudRate=;dcb.ByteSize=;dcb.Parity=EVENPARITY;/NOPARITY;dcb.StopBits=ONESTOPBIT;error=SetCommState(hCom,&dcb);. CRC校驗碼計算UINT crcvoid calccrc(BYTE crcbuf)BYT

29、E i;crc=crc crcbuf;for(i=;i;crc=crc&xfff;if (TT=)crc=crcxa;crc=crc&xffff;. 數據發送zxaddr=;/讀取地址為的巡檢表數據zxnum=;/讀取十個通道的數據writebuf=zxaddr;writebuf=;writebuf=;writebuf=;writebuf=;writebuf=zxnum;crc=xffff;calccrc(writebuf);calccrc(writebuf);calccrc(writebuf);calccrc(writebuf);calccrc(writebuf);calccrc(write

30、buf);writebuf=crc & xff;writebuf=crc/x;WriteFile(hCom,writebuf,&comnum,NULL);. 數據讀取ReadFile(hCom,writebuf,+zxnum*,&comnum,NULL);/讀取zxnum個通道數據，可添加錯誤處置程序，如地址碼錯誤、CRC碼錯誤判別、通訊缺點處置等。. 現場機數據傳輸的詳細過程上位機是整個系統的控制中心，一切的命令音訊都是由環境監測人員從上位機發出，而現場機作為傳輸網絡總的一個節點，它經過對上位機所發出的音訊幀進展解析，從而分析出上位機所發音訊的詳細含義。對于現場機系統中的儀器局域網絡，現場機

31、是獨一的主設備。在它解析完上位機的命令后，生成對應的Modbus命令，并根據現場機系統的網絡數據傳輸協議，生成儀器可以識別的音訊幀，并發送給儀器。在本次設計中，現場機系統中的局域網絡，采用的是自建以太網，以TCP/IP協議作為數據傳輸的載體，利用TCP/IP數據幀對Modbus協議進展封裝，經過以太網和現場儀器進展通訊。現場機的操作系統中建有一個數據庫系統，其主要有三個用途：.對上位機發出的命令進展解析，并轉化成包含Modbus協議的TCP/IP幀。.存儲現場儀器的各種參數，包括儀器的Modbus地址，在以太網中任務時所分配的IP地址，還包括數據采樣間隔等參數。.將數據采樣得到的數據進展存儲，

32、上位機所需求的數據將從現場機的數據庫中直接調取。在現場機系統中，由于現場機是獨一的主設備，因此一切的環境監測儀器在Modbus網中所處的位置是等價的，每臺監測儀器經過路由器和現場機相連。由于現場機系統采用的是以太網作為局域網，所以在實現通訊之前，必需為每一臺儀器配置獨立的IP地址，在現場機的數據庫中，每臺監測儀器的Modbus地址和以太網的IP地址一一對應。現場機在讀取個多儀器的數據時，采用的是掃描的方式，也就是按照順序分別讀取所需求進展數據采集的儀器。在一次數據掃描終了之后，再反復剛剛的過程，直到完成命令所提出的要求。圖.顯示了現場機與單個監測儀器進展數據通訊的流程。程序初始化讀取系統形狀讀

33、取現場儀器參數能否可以正確銜接現場儀器讀取現場儀器數據并存儲到數據庫數據掃采集能否完成保管一切參數程序終了顯示儀器銜接錯誤否是否是圖. 現場機和儀器進展通訊的流程圖. 現場機系統的硬件組成. 環境監測儀器在本次設計中運用的環境監測儀器主要有：.W-系列多參數水質監測儀W-系列多參數水質監測儀是由日本HORIBA公司消費。W-系列水質監測系統是海洋、河流、水壩、井水、地表水、城市水、雨水徑流、湖泊、池塘和漁場等多種水質評定檢測的最正確選擇。它將HORIBA多年研發電極技術的結晶凝結在一個直徑mm的探頭中，獨創性地開辟了高壓深水領域的運用，并可實現種參數的高精度同時丈量。W-系統兼容的WiFi和數

34、據檢索等功能能銜接電腦，并進展處置和處置數據。每隔分鐘在探頭上記錄一次采集的數據，可實現長達一個月的現場延續監測。.環境氣體分析儀本次設計中采用的環境氣體分析儀的型號是，它是英國消費的。是一種多功能的環境氣體監測儀。主要用于動、植物生理學研討，氣候變化研討，環境控制研討，微氣候研討，生態生理學，果實貯藏，微生物活性與降解等。儀器可丈量CO，水汽的變化，另有個傳感器接口，可接多種傳感器以丈量更多環境參數。. 數據采集儀在現場機系統中，數據采集儀是獨一的主設備，它是一臺具備WiFi接口的PC機，每臺監測儀器可以經過自帶的WiFi和數據檢索功能以及經過參與串口WiFi模塊與數據采集儀相連。本次設計中

35、采用的W-系列多參數水質監測儀器兼容的WiFi和數據檢索等功能能銜接電腦，并進展處置和處置數據。環境氣體分析儀還帶有個傳感器接口，可以接多種傳感器以丈量更多的環境參數，這里還必需加一個模數轉化器，將傳感器采集到的模擬信號轉換成數字信號。系統運用的是ADC模數轉換器，下面對其進展詳細引見。.ADC概述ADC是美國國家半導體公司消費的CMOS工藝通道，位逐次逼近式 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank A/D轉換器。其內部有一個通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通路模擬輸入信號中的一個進展A/D轉換。是目前國內運用最廣泛的位通用A/D芯

36、片。.ADC主要特性和內部構造ADC的主要特性有：路輸入通道，位AD轉換器，即分辨率為位。 具有轉換起停控制端。 轉換時間為s(時鐘為kHz時)，s時鐘為kHz時 單個V電源供電 模擬輸入電壓范圍V，不需零點和滿刻度校準。 任務溫度范圍為-攝氏度 低功耗，約mW。ADC是CMOS單片型逐次逼近式AD轉換器，內部構造如圖.所示，它由路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、位開關樹型A/D轉換器、逐次逼近。圖. 單片機控制A/D轉換器的電路圖.ADC外部特性引腳功能ADC芯片有條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖.所示。下面闡明各引腳功能。 ININ：路模擬量輸入端。 -：位數字量輸出端。 ADDA、A

37、DDB、ADDC：位地址輸入線，用于選通路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： AD轉換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖至少ns寬使其啟動脈沖上升沿使復位，下降沿啟動A/D轉換。 EOC： AD轉換終了信號，輸出，當AD轉換終了時，此端輸出一個高電平轉換期間不斷為低電平。 OE：數據輸出允許信號，輸入，高電平有效。當AD轉換終了時，此端輸入一個高電平，才干翻開輸出三態門，輸出數字量。 CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于KHZ。 REF+、REF-：基準電壓。 Vcc：電源，單一V。 GND：地。圖. ADC引腳圖.ADC的任務過程首先輸入位地址，并

38、使ALE=，將地址存入地址鎖存器中。此地址經譯碼選通路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近存放器復位。下降沿啟動 AD轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進展。直到AD轉換完成，EOC變為高電平，指示AD轉換終了，結果數據已存入鎖存器，這個信號可用作中斷懇求。當OE輸入高電平 時，輸出三態門翻開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上。 轉換數據的傳送 A/D轉換后得到的數據應及時傳送給單片機進展處置。數據傳送的關鍵問題是如何確認A/D轉換的完成，由于只需確認完成后，才干進展傳送。為此可采用下述三種方式。 定時傳送方式 對于一種A/D轉換其來說，轉換時間作為一項技術目的是知的和固定

39、的。例如ADC轉換時間為s，相當于MHz的MCS-單片機共個機器周期。可據此設計一個延時子程序，A/D轉換啟動后即調用此子程序，延遲時間一到，轉換一定曾經完成了，接著就可進展數據傳送。 查詢方式 A/D轉換芯片由闡明轉換完成的形狀信號，例如ADC的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的形狀，即可確認轉換能否完成，并接著進展數據傳送。 中斷方式 把闡明轉換完成的形狀信號EOC作為中斷懇求信號，以中斷方式進展數據傳送。 不論運用上述哪種方式，只需一旦確定轉換完成，即可經過指令進展數據傳送。首先送出口地址并以信號有效時，OE信號即有效，把轉換數據送上數據總線，供單片機接受。模擬信號被轉換成數字信

40、號后，還需求受一個單片機的控制，使數字信號傳輸出去。模數轉換器一方面它接納傳感器送來的模擬信號，另一方面受單片機的控制轉化成數字信號并輸出,它的任務流程圖如圖.所示。系統運用的ADC模數轉換器，它是逐次逼近型位通道A /D模數轉換器，轉換時間典型值為us，模擬信號輸入電壓V，電源電壓為單電源V。開場初始化START=是EOC =是讀轉換結果到輸出口啟動ADC否否通道地址加端口依次訪問終了圖. ADC執行流程系統選用C型單片機控制數字信號的輸出。它在數據采集部分中的作用就是控制ADC何時轉換，何時輸出數據。相應的實現程序為：#includereg.hint a;sbit EOC=p.;sbit

41、START=p.;sbit OE=P.;sbit CLK=p.;void delay_us() int i; for(i=;i=;i+)void main() p=a; a=X; CLK=; delay_us(); CLK=; delay_us(); START=; if(EOC=) START=; OE=; START=; a+; else if OE=;轉換后的數據從單片機的P口讀入，這樣就實現了C與ADC的軟件和硬件銜接。單片機要與無線網絡通訊還需加一個串口WiFi模塊。Uart-Wifi模塊是基于Uart接口的符合wifi無線網絡規范的嵌入式模塊，內置無線網絡協議IEEE.協議棧以及T

42、CP/IP協議棧，可以實現用戶串口數據到無線網絡之間的轉換。經過Uart-Wifi模塊，傳統的串口設備也能輕松接入無線網絡。然后數據采集儀再利用本身自帶的WiFi接口經過無線路由器與上位機之間通訊。. 現場機系統的硬件框圖綜上所述，現場機系統的硬件框圖如圖.所示。W-系列多參數水質監測儀環境氣體分析儀數據采集儀無線路由器溫濕度傳感器光照傳感器ADC A/D轉換器無線傳輸網絡上位機圖. 現場機系統的硬件框圖串口WiFi模塊單片機模塊第章 無線傳輸網絡無線傳輸網絡是整個環境監測系統的中心部分，傳輸網絡能否可以實時有效的進展數據傳輸，是決議整個系統能否正常穩定任務的最主要要素。本設計將日趨成熟的無線

43、數據傳輸網絡引入進來，改動傳統的環境監測的可挪動性得到實現，而且也在很大程度上降低了監測設備的投入本錢。無線傳輸技術的開展越來越快，相比起過去，無論在傳輸速度和傳輸穩定性上都有了前所未有的提高，這種飛躍使得大量數據的無線數據傳輸可以得到實現，這對于現代環境監測技術是非常重要的。面對每天不同監測點的大量數據源，假設數據傳輸速率得不到保證，那么整個系統的設計也就變得沒有任何意義。. WiFi的概念WiFi是一種可以將個人電腦、手持設備如PDA、手機等終端以無線方式相互銜接的技術。WiFi是一個無線網絡通訊技術的品牌，由WiFi聯盟WiFi Alliance所持有。目的是改善基于IEEE.規范的無線

44、網路產品之間的互通性。如今人們普通會把WiFi及IEEE.混為一談。甚至把WiFi等同于無線網際網絡。WiFi聯盟成立于年，當時的稱號叫做Wireless Ethernet Compatibility AllianceWECA。在年月，正式改名為WiFi Alliance。通俗說法，WiFi原先是無線保真的縮寫，WiFi的英文全稱為Wireless Fidelity,在無線局域網的范疇是指“無線相容性認證，本質上是一種商業認證，同時也是一種無線聯網的技術，以前經過網線銜接電腦，而如今那么是經過無線電波來連網；常見的就是一個無線路由器，那么在這個無線路由器的電波覆蓋的有效范圍都可以采用WiFi銜

45、接方式進展聯網，假設無線路由器銜接了一條ADSL線路或者別的上網線路，那么又被稱為“熱點。如今市面上常見的無線路由器多為M速度以及M速度，另有M速度的WiFi路由器正在逐漸趨于普遍。WiFi下一代規范制定啟動最高傳輸速率可達.G。當然這個速度并不是上互聯網的速度，上互聯網的速度主要取決于WiFi熱點的互聯網線路。. 無線傳輸網絡的根本構造WiFi協議的根本內容.協議是IEEE 任務組定義的第一個被國際認可的無線局域網協議。跟傳統的有線局域網相比，基于WiFI協議的無線局域網具有可挪動性，動態拓撲構造和易搭建的特點。因此用戶可以根據需求和環境選擇適宜的局域網技術來構造本人的網絡。從無線局域網協議

46、出臺到今天十年開展中，該組織相繼對協議進展了完善。.b高速協議的提出，用來對.協議進展補充，在.的Mbps和Mbps速率下，.b又添加了.Mbps和Mbps兩個新的網絡吞吐率，后來又演進到.g的Mbps，直至今天.n的Mbps。.協議規定了WiFi的根本網絡包括物理層、介質訪問接入控制層MAC層及邏輯鏈路控制層LLC層。其三層構造可如圖.所示。.LLCLogical Link Control. MAC. PHYFHSS. PHYDSSS. PHYIR/DSSS. PHYOFDM. PHYDSSS/OFDM.bMbit/s .GHz.a Mbit/s GHz. Mbit/s .GHz圖. .協議

47、的三層構造物理層。由圖.可以看到，.b定義了任務在.GHz的ISM頻段上總數據傳輸率設計為Mbps；.a定義了一個任務在GHz的ISM頻段上總數據傳輸率設計為Mbps的物理層；最近的.g定義了任務在.GHz的ISM頻段上總數據傳輸率設計為Mbps的物理層。MAC層。WiFi規范為一切物理層定義了一個公共的MAC層，這使得有添加新物理層的需求時，不再需求對MAC層進展改動。其職能與.協議的MAC層非常類似，都是在一個共享媒體之上支持多個用戶共享資源，由發送者在發送數據前先進展網絡可用性的調理。邏輯鏈路控制層LLC。其運用的是與.完全一樣的LLC層和位MAC地址，這使得無線和有線之間的橋接非常方便

48、，但MAC地址只對無線局域網獨一確定。WiFi網絡的組成部分IEEE .體系由假設干部分組成，這些元素經過相互作用來提供無線局域網效力，并向上層支持站點的挪動性。這些根本的組成部分有：* 站點station。這是網絡最根本的組成部分。可以是一臺PC機，也可以是如PDA等手持無線設備。* 根本效力單元Basic Service Set，BSS。.規范規定的無線局域網的最下構件。一個根本效力單元包括一個基站和假設干個站點，一切的站點在本BSS內都可以直接通訊，但在和本BSS以外的站點通訊時都必需經過本基站。最簡單的效力集可以只由兩個站點組成，每個站點都可以動態的結合到根本效力單元中。* 分配系統D

49、istribution System，DS。用于銜接不同的根本效力單元。分配系統經過必要的邏輯效力將匹配地址分配給目的站點，使挪動終端設備得到支持，并在多個BSS間實現無縫整合。正是分配系統DS，使擴展效力單元ESS對上層的表現就像一個根本效力單元BSS一樣。* 接入點Access Point，AP。根本效力單元里面的基站就叫做接入點AP，但其作用與網橋類似。AP即有普通站點的身份，又有接入到分配系統的功能。* 擴展效力單元Extended Service Set，ESS。由分配系統和根本效力單元組合而成。一個根本效力單元可以是孤立的，也可以經過接入點AP銜接到主干分配系統DS，然后再接入到另

50、一個根本效力單元BSS，這樣就構成了一個擴展效力單元ESS。* 門橋Portal。.定義的新名詞，作用就相當于網橋。用于將無線局域網和有線局域網或者其他網絡聯絡起來。一切非.局域網的數據都要經過門橋才干進入IEEE .的網絡構造。門橋可以使這兩種類型的網絡實現邏輯上的綜合。圖.綜合了IEEE .無線局域網一切組成元素及效力的完好構造圖。圖. IEEE.無線局域網的組成元素和效力. 無線傳輸網絡的根本任務原理WiFi的典型設置通常包括一個或多個接入點AP及一個或多個客戶端。每個接入點AP每隔ms將效力單元標識SSID(Service Set Identifier)即網絡稱號(Network Na

51、me)經由beacons封包廣播一次。Beacons封包的傳輸速率為Mbps，并且該封包的長度非常短，因此這個廣播動作對WiFi網絡的性能影響并不大。又由于WiFi規定的最低傳輸速率為Mbps，所以足以確保一切接納到這個SSID廣播封包的WiFi客戶端都能至少在Mbps的速率下進展通訊。基于如SSID這樣的設置，客戶端可以決議能否結合到某個接入點AP。假設同一個SSID的兩個接入點AP都在客戶端的接納范圍內，客戶端可以根據信號的強度選擇與哪個接入點的SSID結合。對于WiFi網絡的信道頻率，除了.lla運用的是GHz頻率，WiFi的頻譜都分布在.G Hz左右，由于該頻率段是對全世界各國都開放的

52、無需答應的，雖然確切的頻率分配，如最大允許功率，在各地有著細微差別。但按頻率劃分的信道數量是在全世界做了一致規范的，因此所授權的頻率段可經過信道數量進展區分。. 無線傳輸網絡的操作方式IEEE . 規范定義兩種根本操作方式:Infrastructure方式和Ad hoc自組網絡方式。) Infrastructure方式。屬于有固定根底設備的無線局域網。組成構造至少包括一個與無線網絡銜接的無線接入點AP，以及一系列無線的終端站點。該方式主要為在覆蓋范圍內的各個站點提供效力。這些客戶終端可經過接入點AP實現之間的相互通訊。Infrastructure方式也可以經過門橋提供與有線網絡即因特網入口相銜

53、接的能夠性。這種配置(一個AP及假設干站點的組合)可以構成一個根本效力集合BSS。在同一個BSS覆蓋范圍內，一切站點都運用一樣的無線頻率。一個擴展效力集合ESS是由兩個或多個BSS構成的一個單一子網。由于很多無線的運用者需求訪問有線網上的設備或效力，如文件效力器、打印機、互聯網鏈接，他們都會采用這種Infrastructure方式。圖.所示為Infrastructure方式的構造。圖. Infratructure方式的構造) Ad hoc自組網絡方式。由一組客戶終端組成，作為獨立的根本效力單元BSS即IBSS(Independent Basic Service Set)。該方式不需求任何根底設

54、備(如接入點AP或到分配系統的銜接)的支持就可以實現其覆蓋范圍內的站點之間的通訊。每個站點不需經過接入點AP就都可以與一樣IBSS下的任何其他站點建立通訊。圖.所示為Ad hoc方式的構造。圖. Ad hoc方式的構造. WiFi的根本特點一、無線電波的覆蓋范圍廣，基于 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 藍牙技術的電波覆蓋范圍非常小，半徑大約只需英尺左右約合米，而Wi-Fi的半徑那么可達英尺左右約合米，辦公室自不用說，就是在整棟大樓中也可運用。最近，由Vivato公司推出的一款新型交換機。據悉，該款產品可以把目前Wi-Fi HYPERLINK b

55、aike.baidu/view/.htm t _blank 無線網絡英尺接近米的通訊間隔 擴展到英里約.公里。 二、雖然由Wi-Fi技術傳輸的無線通訊質量不是很好，數據平安性能比藍牙差一些，傳輸質量也有待改良，但傳輸速度非常快，可以到達Mbps，符合個人和社會信息化的需求。 三、廠商進入該領域的門檻比較低。廠商只需在機場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設置“熱點，并經過高速線路將因特網接入上述場所。這樣，由于“熱點所發射出的電波可以到達距接入點半徑數十米至米的地方，用戶只需將支持無線LAN的筆記本電腦或PDA拿到該區域內，即可高速接入因特網。也就是說，廠商不用耗費資金來進展網絡布線接入

56、，從而節省了大量的本錢。四、無須布線。WiFi最主要的優勢在于不需求布線，可以不受布線條件的限制，因此非常適宜挪動辦公用戶的需求，具有寬廣市場前景。目前它曾經從傳統的醫療保健、庫存控制和管理效力等特殊行業向更多行業拓展開去，甚至開場進入家庭以及教育機構等領域。五、安康平安。IEEE .規定的發射功率不可超越毫瓦，實踐發射功率約毫瓦，這是一個什么樣的概念呢？手機的發射功率約毫瓦至瓦間，手持式對講機高達瓦，而且無線網絡運用方式并非像手機直接接觸人體，是絕對平安的。根據無線網卡運用的規范不同，WIFI的速度也有所不同。其中IEEE HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t

57、_blank .b最高為Mbps部分廠商在設備配套的情況下可以到達Mbps，IEEE.a為Mbps、IEEE.g也是Mbps。 WIFI是由 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank AP(Access Point)和無線網卡組成的無線網絡。AP普通稱為網絡橋接器或接入點，它是當作傳統的有線局域網絡與無線局域網絡之間的橋梁，因此任何一臺裝有無線網卡的PC均可透過AP去分享有線局域網絡甚至廣域網絡的資源，其任務原理相當于一個內置無線發射器的HUB或者是路由， 而無線網卡那么是擔任接納由AP所發射信號的CLIENT端設備。 而wireless b/g表示網卡

58、的型號，按照其速度與技術的新舊可分為.a-、.b-、.g-、.n- 講起無線網，大家都有一種似是而非的覺得，無線能否簡單地兩臺計算機互聯？No！這曾經是上個世紀的無線概念，新一代的無線網絡，將以無須布線和運用相對自在，建立起人們對無線局域網的全新感受。需求決議了市場的開展，很少見到哪種IT技術或是產品可以象它樣有如此迅猛的增長勢頭，不受任何約束隨時隨地訪問互聯網不再是夢想，其中，WiFi發揚了至關重要的作用。Wi-Fi代表了“無線保真，指具有完全兼容性的.規范IEEE.b子集，它運用開放的.GHz直接序列擴頻，最大 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blan

59、k 數據傳輸速率為Mbps，也可根據信號強弱把傳輸率調整為.Mbps、Mbps和Mbps帶寬。無需直線傳播傳輸范圍為室外最大米，室內有妨礙的情況下最大米，是如今運用的最多的傳輸協議。第章 上位機系統上位機是整個環境監測系統的控制中心，主要承當數據查詢、形狀查詢、數據存貯、控制管理等各種任務。上位機在其軟件系統上向監測系統的操作人員提供友好的環境界面，操作人員經過簡單的鼠標、鍵盤或觸摸屏的操作，就可以實現對現場儀器的各種控制管理和數據匯總任務。環境監測的運用軟件采用Microsoft在其網絡新方案中所發布的VC#.NET作為軟件編寫和調試平臺。基于.NET平臺優秀的才干，可以非常簡便的實現各種處

60、理方案，包括用戶界面的編寫、數據傳輸協議的實現、數據庫系統的操作等等。在本次設計中上位機的軟件體系可以分成兩個主要的部分：上位機與現場機數據傳輸部分和數據庫部分，其構造如圖.所示。數據通訊協議無線網絡數 據 庫現 場 機數 據 庫上 位 機圖. 上位機構造. 上位機與現場機數據傳輸部分. 數據通訊協議本次設計的環境監測系統，上位機與現場機之間的數據通訊對應的通訊協議是ISO/OSI定義的層協議的運用層。運用層依賴于所選用的傳輸網絡，在選定的傳輸網絡上進展運用層的數據通訊，在根底傳輸層曾經建立的根底上，整個運用層的協議和詳細的傳輸網絡無關。. 協議的通訊方式協議的通訊過程是上位機和現場機的一個信