專利名稱：環(huán)境在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄、通訊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于記錄和通訊設(shè)備，特別涉及一種環(huán)境在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄、通訊裝置。
背景技術(shù)：
環(huán)境監(jiān)測(cè)是環(huán)境保護(hù)工作中的一個(gè)主要組成部分，環(huán)境監(jiān)測(cè)具體分為環(huán)保設(shè)施運(yùn)行情況的監(jiān)測(cè)、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、自然水環(huán)境監(jiān)測(cè)和污水排放監(jiān)測(cè)和廢氣排放監(jiān)測(cè)。環(huán)境監(jiān)測(cè)可以幫助我們了解我們居住的環(huán)境污染狀況，為治理環(huán)境，改善生產(chǎn)工藝，節(jié)約能源等提供第一手資料。
環(huán)境監(jiān)測(cè)手段分為1，人工監(jiān)測(cè)(人工取樣，人工分析或使用儀器輔助分析)，2，儀器監(jiān)測(cè)(又分為在線儀器監(jiān)測(cè)，及單次現(xiàn)場(chǎng)儀器分析)，3，儀器在線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)(將在線分析儀器監(jiān)測(cè)結(jié)果通過計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，管理人員可以及時(shí)得到監(jiān)測(cè)結(jié)果)。
目前，我國(guó)的環(huán)境監(jiān)測(cè)手段主要以人工監(jiān)測(cè)為主，極少單位采用了儀器監(jiān)測(cè)，在線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)才剛剛開始。隨著大氣法的出臺(tái)，及國(guó)家環(huán)?？偩痔岢鰧?duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的要求，環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)也逐步從人工隨機(jī)監(jiān)測(cè)發(fā)展到儀表在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，最終實(shí)現(xiàn)在線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)。在線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)將改變現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)控手段落后的狀況，鞏固污染治理成果，確保環(huán)境質(zhì)量持續(xù)好轉(zhuǎn)以及提高環(huán)境管理自動(dòng)化水平的重要措施。
近年來出現(xiàn)了集水質(zhì)監(jiān)測(cè)、又可進(jìn)行煙氣監(jiān)測(cè)且成本相對(duì)較低、技術(shù)附值較高的環(huán)境在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，它是由作為中央處理器的單片機(jī)、A/D(模/數(shù))測(cè)量電路、光電隔離接口電路、打印機(jī)接口電路、通訊接口電路、顯示電路、作為人機(jī)界面的按鍵處理電路、與單片機(jī)相連的復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)器構(gòu)成，A/D測(cè)量電路接在線污染物濃度檢儀表或傳感器(水及氣體等)，通訊接口與PC機(jī)連網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊或與局域網(wǎng)相連，整個(gè)系統(tǒng)在單片機(jī)程序控制下實(shí)現(xiàn)接口測(cè)量、數(shù)據(jù)處理，定時(shí)控制，報(bào)警輸出及動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)操作及通訊傳送數(shù)據(jù)。現(xiàn)有的環(huán)境在線監(jiān)測(cè)裝置使用MODEM通訊的穩(wěn)定性和可靠性品均沒有很好解決，原因一采用商用調(diào)制解調(diào)器(MODEM)，當(dāng)MODEM長(zhǎng)期工作時(shí)其穩(wěn)定性和可靠性下降(商用MODEM的抗干擾能力差，且自身長(zhǎng)期工作發(fā)熱較嚴(yán)重)，使得系統(tǒng)通訊出現(xiàn)問題。原因二使用工業(yè)級(jí)MODEM，系統(tǒng)的造價(jià)成幾倍的增加，產(chǎn)品沒有競(jìng)爭(zhēng)力，還沒有廠家采用。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于解決上述問題，提供一種可使通訊的穩(wěn)定性和可靠性得到極大的提高且不增加生產(chǎn)成本的環(huán)境在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄、通訊裝置。
該環(huán)境在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄、通訊裝置包括A/D數(shù)據(jù)采集電路、用作數(shù)據(jù)處理運(yùn)算的單片機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、作為人機(jī)界面的顯示電路和按鍵處理電路、打印機(jī)控制電路和通訊接口，其特殊之處是在所述的通訊接口上接有調(diào)制解調(diào)器控制電路，所說的調(diào)制解器控制電路包括與電話線路相連且檢測(cè)振鈴信號(hào)的電話振鈴檢測(cè)接口電路，所說的電話振鈴檢測(cè)接口電路輸出的振鈴脈沖信號(hào)由單片機(jī)檢測(cè)，單片機(jī)檢測(cè)有效振鈴信號(hào)后輸出控制信號(hào)至調(diào)制解調(diào)器電源控制電路和用來延時(shí)接通電話線路的電話線路控制電路。
上述的環(huán)境在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄、通訊裝置，所述的通訊接口包括標(biāo)準(zhǔn)通訊接口和用于局域網(wǎng)和設(shè)備或儀表的接續(xù)連網(wǎng)的擴(kuò)展通訊接口。
上述的環(huán)境在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄、通訊裝置，所說的電話振鈴檢測(cè)電路由隔直降壓電路及光電隔離電路構(gòu)成，以有效地減小電話線路對(duì)系統(tǒng)的干擾及正確識(shí)別振鈴信號(hào)和干擾信號(hào)。
上述的環(huán)境在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄、通訊裝置，所說的電話線路控制電路中延時(shí)電路為RC延時(shí)電路。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1，雙通訊接口使現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)充分集成，積木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成全部校準(zhǔn)控制子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通訊子系統(tǒng)功能。同時(shí)實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)通訊，和與其他儀表設(shè)備的數(shù)字通信，及通過該系統(tǒng)對(duì)其它儀表設(shè)備的PC機(jī)控制，例如遠(yuǎn)程通訊時(shí)只要一個(gè)通訊線路即可實(shí)現(xiàn)與本系統(tǒng)的連接又可通過本系統(tǒng)再與其他儀表設(shè)備的連接。
2，制造成本低廉，技術(shù)附加值高等特點(diǎn)；且安裝、維護(hù)容易，使用壽命長(zhǎng)，可靠性高。
3，操作簡(jiǎn)單，由一個(gè)8位顯示器，狀態(tài)指示燈，6個(gè)(或4個(gè))多功能按鍵組成操作及顯示系統(tǒng)，菜單式管理，只要依據(jù)儀表面板文字說明即可實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表的操作，不需專門培訓(xùn)。
4，全部輸入通道采用通用測(cè)量接口設(shè)計(jì)，可與任何具有標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)輸出的儀表進(jìn)行接口。引入線性處理、浮點(diǎn)數(shù)處理技術(shù)使測(cè)量范圍可達(dá)到0.001-65535。滿足與任何環(huán)境監(jiān)測(cè)儀表的數(shù)據(jù)接口要求。使系統(tǒng)組合靈活，可大可小。
5，特別是采用智能調(diào)制解調(diào)器(MODEM)電源管理設(shè)計(jì)，即通過檢測(cè)電話振鈴啟動(dòng)調(diào)制解調(diào)器的工作電源，并且延遲3～5秒再接通連接調(diào)制解調(diào)器的電話線路，實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)器之間的遠(yuǎn)程通訊；通訊結(jié)束后關(guān)閉調(diào)制解調(diào)器電源及斷開連接調(diào)制解調(diào)器的電話線路。在系統(tǒng)正常工作時(shí)調(diào)制解調(diào)器并沒有處于通電待機(jī)狀態(tài)，僅在通訊時(shí)才啟動(dòng)調(diào)制解調(diào)器工作，從而使通訊的穩(wěn)定性和可靠性得到了極大的提高。


圖1是本實(shí)用新型的電路方框圖；圖2是本實(shí)用新型的主控制程序流程圖；圖3是本實(shí)用新型中單片機(jī)計(jì)時(shí)器中斷子程序流程圖；圖4本實(shí)用新型中通訊中斷子程序流程圖。
圖5是本實(shí)用新型中調(diào)制解調(diào)器控制電路的電路原理圖；圖6是本實(shí)有新型中調(diào)制解調(diào)器控制電路的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
該裝置以CPU9(單片機(jī)8051系列)為核心，包括2個(gè)RS232通訊接口11、4，12位A/D(模/數(shù))測(cè)量電路1，打印機(jī)接口電路6，8LED顯示電路8，6或4個(gè)多功能按鍵處理電路3，看門狗復(fù)位電路7，時(shí)鐘電路2，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM電路5，調(diào)制解調(diào)器(MODEM)電源控制電路10，調(diào)制解調(diào)器12(也可外配)，整機(jī)控制、及數(shù)據(jù)處理程序組成。
整個(gè)電路在CPU9程序控制下實(shí)現(xiàn)了接口測(cè)量，數(shù)據(jù)處理，定時(shí)控制，報(bào)警輸出及動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)操作，并通過通訊接口11、4實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)連網(wǎng)通訊和對(duì)其它儀表或設(shè)備的控制和多級(jí)連網(wǎng)。
其各單元組成及工作原理如下1，12位A/D測(cè)量電路1，與在線污染物濃度檢測(cè)儀表或傳感器相連，該電路由10路I/V轉(zhuǎn)換器將測(cè)量的4-20mA(0 20mA)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成0.4-2V(0-2V)電壓信號(hào)，該信號(hào)通過濾波電路傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器將輸入信號(hào)與基準(zhǔn)電壓比較得到與之相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并通過SPI總線傳輸?shù)紺PU9。
2，通過該裝置的第二通訊口4控制的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氣體環(huán)境監(jiān)測(cè)功能和污水自動(dòng)采樣器的控制。
3，打印機(jī)接口電路6，標(biāo)準(zhǔn)打印機(jī)輸出D25接口，其輸出打印格式按TP-uP微型打印機(jī)(外接)設(shè)計(jì)，可以定時(shí)、或手動(dòng)打印測(cè)量結(jié)果。
4，2個(gè)RS232及通訊接口電路11、4，該接口包括RS232驅(qū)動(dòng)(MAX232)組成，其中第二個(gè)通訊接口4采用了光電隔離技術(shù)，保證了系統(tǒng)與儀表或設(shè)備連接的可靠性。
5、調(diào)制解調(diào)器控制電路10包括與電話線路相連且檢測(cè)振鈴信號(hào)的電話振鈴檢測(cè)接口電路13，所說的電話振鈴檢測(cè)接口電路13輸出的振鈴脈沖信號(hào)與CPU(單片機(jī))9相連并由單片機(jī)9檢測(cè)，單片機(jī)9檢測(cè)有效振鈴信號(hào)后輸出控制信號(hào)至調(diào)制解調(diào)器電源控制電路14和用來延時(shí)接通電話線路的電話線路控制電路15的輸入端。具體組成為電話接頭16，電路振鈴檢測(cè)電路13由接在電話接頭16輸出端的電阻R1、電容C1、降壓管Z1、Z2和續(xù)流二極管D1(構(gòu)成隔直降壓電路)、光耦O1(光電隔離電路)及接在光耦O1輸出端和電源VCC的電阻R2構(gòu)成，所說的光耦輸出端O1即為電話振鈴電路13的輸出端17，該輸出端信號(hào)與單片機(jī)(CPU)9的輸入端相連，通過單片機(jī)9輸出相應(yīng)控制信號(hào)至控制端18，調(diào)制解調(diào)器電源控制電路14由電阻R6、三極管N2、繼電器J2及保護(hù)二極管D3、通過繼電器接點(diǎn)J2引出的電源輸入端19及由變壓器T1直接引出的電源輸入端20、接在電源輸入端19、20之間的電容C3和電阻R7(RC吸收電路)構(gòu)成，其中電源輸入端19、20接調(diào)制解調(diào)器電源輸入端，電話線路控制電路15由電阻R4、延時(shí)電容C2和電阻R5(RC延時(shí)電路)、三極管N1和繼電器J1及接在電話接頭16和MODEM電話輸入端之間的繼電器接點(diǎn)J1構(gòu)成，在直流電源VCC和調(diào)制解調(diào)器電源控制電路14、電話線路控制電路15輸入端之間接有上拉電阻R3，所說的調(diào)制解調(diào)器電源控制電路14和電話線路控制電路15輸入端還與由電話振鈴檢測(cè)電路13輸出端17控制的CPU控制端18相連。
5，8LED顯示電路8，由ICM7218B、8個(gè)0.5時(shí)共陰極數(shù)碼顯示器、LED指示燈、及接口連接電纜組成，用于顯示儀器系統(tǒng)時(shí)間，測(cè)量結(jié)果，及設(shè)置的參數(shù)；及報(bào)警狀態(tài)，動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)狀態(tài)。
6，多功能按鍵處理電路3，由74LS244、及電阻排組成、及鍵盤陣列組成，用于查看時(shí)間、測(cè)量結(jié)果、手動(dòng)打印、設(shè)置參數(shù)等。
7，看門狗復(fù)位電路7，由X25045電路組成，完成整機(jī)的上電復(fù)位及當(dāng)系統(tǒng)受到干擾系統(tǒng)死機(jī)自動(dòng)重新復(fù)位，同時(shí)X25045內(nèi)部的SPI總線RAM用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)，8，時(shí)鐘電路2，由DS12887組成，該芯片為實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，內(nèi)置鋰電池，系統(tǒng)斷電后時(shí)鐘連續(xù)走時(shí)，提供秒計(jì)時(shí)中斷，及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)間標(biāo)志。
9，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM電路5，由X25045、24C256組成，其中X25045用于存儲(chǔ)設(shè)置參數(shù)，24C256用于存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)RAM(24C256)為EEPRAM電路，具有掉電后數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存功能，(掉電后數(shù)據(jù)可保存100年)，使用I2C總線，存儲(chǔ)器抗干擾能力強(qiáng)，易于擴(kuò)展。
10，整機(jī)控制、及數(shù)據(jù)處理程序，程序由PLM51程序語言編制，包括系統(tǒng)初始化程序及主程序，A/D測(cè)量子程序，繼電器輸出子程序，打印輸出子程序，SPI總線控制子程序，I2C總線控制子程序，看門狗復(fù)位控制子程序，數(shù)據(jù)處理、計(jì)算子程序，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子程序，顯示子程序，按鍵處理子程序，通訊控制子程序。系統(tǒng)全部功能均由中斷子程序完成，(1)顯示輸出、按鍵掃描及處理、通訊狀態(tài)檢測(cè)，由T0中斷子程序完成，每隔50ms執(zhí)行1次。(2)接口測(cè)量、數(shù)據(jù)計(jì)算處理、報(bào)警控制、動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)控制，由時(shí)鐘電路秒中斷通過INT0子程序完成，每隔1S執(zhí)行1次。(3)通訊命令接收、數(shù)據(jù)發(fā)送由串行口中斷子程序完成，該中斷優(yōu)先級(jí)別最高，隨時(shí)響應(yīng)中斷(見系統(tǒng)程序框圖)。
11，數(shù)據(jù)處理、計(jì)算說明該系統(tǒng)引入了數(shù)據(jù)線性處理，其目的是使儀器的顯示結(jié)果能夠與分析儀表的測(cè)量結(jié)果相對(duì)應(yīng)。
通訊部分是本系統(tǒng)的關(guān)鍵，作為在線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控儀表，通訊的可靠性直接關(guān)系到系統(tǒng)穩(wěn)定性和可實(shí)施性，其工作原理如下標(biāo)準(zhǔn)RS232接口11可以直接與PC機(jī)連網(wǎng)通訊也可以通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換器4實(shí)現(xiàn)局域多機(jī)連網(wǎng)。當(dāng)使用MODEM實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程連網(wǎng)通訊時(shí)，系統(tǒng)通過電話振鈴檢測(cè)電路13檢測(cè)到電話振鈴后，其輸出端17輸出信號(hào)至單片機(jī)9，由單片機(jī)9輸出信號(hào)至MODEM電源控制電路14輸入端和電話接線控制電路15輸入端，先將繼電器J2吸合，通過其接點(diǎn)啟動(dòng)MODEM電源；由電路接線控制電路15輸入端輸入的信號(hào)經(jīng)RC延時(shí)電路延遲3～5秒后，使繼電器J1得電吸合，其接點(diǎn)接通，連接電話線路到MODEM，以防止MODEM上電時(shí)對(duì)電話線路的干擾。當(dāng)通訊結(jié)束后(MODEM的CD狀態(tài)結(jié)束或長(zhǎng)時(shí)間沒有數(shù)據(jù)通訊操作)，由單片機(jī)9使控制端18輸出低電位，使MODEM電源控制電路14和電話接線控制電路15中的繼電器J2、J1線圈釋放，其接點(diǎn)斷開，關(guān)閉MODEM電源及斷開電話線路的連接(可以使系統(tǒng)的抗雷擊能力更好)。
權(quán)利要求1.一種環(huán)境在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄、通訊裝置，包括A/D數(shù)據(jù)采集電路、用作數(shù)據(jù)處理運(yùn)算的單片機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、作為人機(jī)界面的顯示電路和按鍵處理電路、打印機(jī)控制電路、通訊接口，其特征是在所述的通訊接口上接有調(diào)制解調(diào)器控制電路，所說的調(diào)制解調(diào)器控制電路包括與電話線路相連且檢測(cè)振鈴信號(hào)的電話振鈴檢測(cè)接口電路，所說的電話振鈴檢測(cè)接口電路輸出的振鈴脈沖信號(hào)由單片機(jī)檢測(cè)，單片機(jī)檢測(cè)有效振鈴信號(hào)后輸出控制信號(hào)至調(diào)制解調(diào)器電源控制電路和用來延時(shí)接通電話線路的電話線路控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄、通訊裝置，其特征是所述的通訊接口包括標(biāo)準(zhǔn)通訊接口和用于局域網(wǎng)和設(shè)備或儀表的接續(xù)連網(wǎng)的擴(kuò)展通訊接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄、通訊裝置，其特征是所說的電話振鈴檢測(cè)電路由隔直降壓電路及光電隔離電路構(gòu)成，以有效地減小電話線路對(duì)系統(tǒng)的干擾及正確識(shí)別振鈴信號(hào)和干擾信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄、通訊裝置，其特征是所說的電話線路控制電路中延時(shí)電路為RC延時(shí)電路。
專利摘要一種可使通訊的穩(wěn)定性和可靠性得到極大的提高且不增加生產(chǎn)成本的環(huán)境在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄、通訊裝置,包括A/D數(shù)據(jù)采集電路、用數(shù)據(jù)處理運(yùn)算的單片機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、作為人機(jī)界面的顯示電路和按鍵處理電路、打印機(jī)控制電路、通訊接口,其在通訊接口上接有調(diào)制解調(diào)器控制電路,所說的調(diào)制解器控制電路包括與電話線路相連且檢測(cè)振鈴信號(hào)的電話振鈴檢測(cè)接口電路,所說的電話振鈴檢測(cè)接口電路輸出的振鈴脈沖信號(hào)由單片機(jī)檢測(cè),單片機(jī)檢測(cè)有效振鈴信號(hào)后輸出控制信號(hào)至調(diào)制解調(diào)器電源控制電路和用來延時(shí)接通電話線路的電話線路控制電路,當(dāng)通訊結(jié)束后關(guān)閉MODEM電源及斷開電話線路的連接。
文檔編號(hào)H04M11/06GK2520616SQ0125118
公開日2002年11月13日 申請(qǐng)日期2001年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月27日
發(fā)明者孔小兵 申請(qǐng)人:孔小兵