一种基于Lonworks总线技术的环境监测系统

　　引言

　　随着科学技术，特别是信息技术的高速发展，我国的环境监测领域也迎来了信息技术革命。可以利用计算机远程通信和控制技术，将分散的监测点连接成区域环境实时监测网络，实现污染源数据的自动连续监测，完成数据的实时采集、动态显示、报警、报表、归档和打印等，实现数据的24h监测，完成各类环境信息的收集、分析评价，提高环境综合管理水平，为环境决策管理提供技术支持。

　　本文利用设计开发的采集节点和基于Lon—Works的网络化计算机集中监测和控制技术对各环境监测点的各种监测仪器的数据进行实时采集，并通过PSTN （公众交换电话网）将数据及时传送至环境监测部门，为管理部门提供所需信息。用快速、准确、真实的数据全面反映各监测点的环境状况及设备的运行状况。通过对监测数据的科学分析、处理，可定性或定量地对环境指数给予准确的评价，可以以大量的技术数据为依据，为有关部门提供管理和决策支持，对环境执法实施技术监督。

　　1  系统概述

　　环境监测系统主要完成物资仓库的环境状况监测、数据的自动采集、数据的传输和处理，实时地获取环境信息数据，系统及时采取相应处理措施。

　　系统由监控中心、现场监测控制节点和通信网络三部分组成。监控中心配有监控主机和大型设备运行状态显示屏；现场监测控制节点由控制模块和传感器组组成，其数据采集传感器主要有：温度传感器、湿度传感器、可燃有害气体传感器、空气污染监测器、烟雾探测器、水浸开关等；系统通信网络可由 Lonworks现场总线支持的多种通信介质与路由设备组成。系统工作原理为：数据采集传感器组将获取的环境信息转换为电信号，而后电信号再经数模或电平转换由控制模块以网络变量的形式传送至Lonworks总线网络上的控制节点，把处理命令传送给空调、消防系统的控制节点，监控中心实现系统的监控、管理、维护以及与其他计算机系统之间的信息交互，从而实现控制信息与管理信息的集成。系统网络拓扑结构图如图1所示。

　　系统网络拓扑结构图

　　2  控制节点硬件设计

　　控制节点的开发采用基于控制模块的硬件设计方式。Lonworks控制模块集成了一个神经芯片、通信收发器、存储器和晶振，控制模块仅需添加一个电源、外围电路接口和在神经芯片上运行的应用程序就可以构成一个完整的节点。控制模块通过两个连接器端口P1和P2建立与应用传感器以及与 Lonworks总线的连接。基于控制模块构成的控制节点的结构图如图2所示。

　　基于Lonworks 总线技术的数据采集方案如下：由采集节点对现场数据进行数据采集，经信号转换后发送至节点控制模块，控制模块再以网络变量形式发送数据至Lonworks 总线；上位机根据需要通过网络读取数据，显示于控制界面。数据采集硬件设计根据传感器输出信号的类型区分为模拟量信号的数据采集和开关量信号的数据采集。

　　2.1 模拟量信号数据采集电路

　　普通的环境监测传感器往往因为热敏元件、湿敏元件等自身的差异而使得它们所表现出来的电压、电流等信号与温度、湿度呈不确定的非线性关系，而且，由于电压、电流等模拟信号在远距离传输时难免有损耗，必将导致测量度下降，从而影响环境监测系统中的监测现场信息的度，在损耗严重的情况下将直接导致监测数据丢失。因此，在控制节点设计中将普通的温湿度传感器产生的电信号进行模数转换处理后，直接以数字量的形式通过网络变量传到 Lonworks总线上，避免了模拟量传输引起的损耗，从而提高了现场测量的度。

　　模拟量信号数据采集电路的主要功能是将传感器输出的模拟信号通过光电隔离、滤波放大、A/D转换变成数字量，输入控制模块，再传送至 Lonworks总线。流程如图3所示。其中：光隔继电器用来选择所需要测量的传感器输入信号，离滤波电路用于滤除模拟输入信号中的高频干扰，隔离放大电路用于内部模拟信号的隔离，A/D转换一般实现12位A/D转换，送给Lonworks控制模块。

　　2.2 开关量信号数据采集电路

　　环境监测系统中有许多开关量信号传感器，如：水浸开关等。开关量数据采集电路的主要功能是将开关信号通过电平转换，由移位寄存器将并行信号转换为串行信号，经控制模块处理后，送至Lonworks总线。流程如图4所示。

　　3  环境监测系统软件设计

　　环境监测系统软件包括系统管理软件和控制节点软件两部分。环境监测系统是自动化立体仓库管理信息系统的一部分，基于客户机／服务器（C/S）与浏览器／服务器（B/S）相结合的模式，通过DDE服务建立上层的监控应用，实现控制信息和管理信息的集成。控制节点软件设计是环境监测系统软件设计的，其Neuron芯片的编程语言是Neuron C，它是基于ANSI C专门为神经芯片设计的一种编程语言，并且进行了扩展以直接支持Neuron芯片的固件例程。控制节点的软件设计主要内容是数据的输入接口以及控制节点与监控中心或其他控制节点之间的通信。

　　3.1 输入接口设计

　　串行A/D转换器MAX186把模拟信号转换成数字信号并传送给控制模块，其控制字的写入与A/D转换的数据输出通过串行数据线完成，其各个输入通道由控制字进行选择。输入接口程序如下：

　　IO_8 Neurowire master select（IO_1）MAX186 //定义I/O对象为neurowire，IO_8为时钟输出，IO_10为串行输入，IO_9

　　为串行数据输出，选择主控模式，MAX186片选信号由IO_1输出

　　IO_1 output bit MAX186_CS=1

　　When（time_expires （clock_1））

　　{io_out（MAX186_CS ,0）

　　io_out（，10001111）

　　imput=io_in（MAX186,& input,16）

　　input=input>.>4;

　　io_out（MAX186_CS,1）；

　　}

　　3.2 控制节点之间的通信

　　控制节点之间的通信可采用网络变量的方法进行互相通信，网络变量分输入和输出两种。若一节点将其某一变量设置为输出网络变量，则该变量的值将会传送到Lonworks总线网络上所有与某一变量相联系的控制节点。输入变量和输出变量的连接可利用数据的绑定的方法实现。

　　3.3 控制节点与监控中心之间的通信

　　监控主机可以采用多种技术和Lonworks总线进行通讯，LonManager DDE、LNS DDE和LNS API已自主完成了多种驱动软件的开发，实现了与多种工业组态软件与LON网络的连接，方便了用户界面的迅速开发。同时也支持Delphi、VB、VC等语言的开发。

　　4  结论

　　本文针对目前中、小型立体仓库自动化程度低、环境监测系统不够完善的现状，阐述了Lonworks总线技术的优越性，提出了基于Lonworks总线技术中、小型自动化立体仓库环境监测系统的设计方案，并根据数据采集节点输入信号类型分别给出节点的数据采集流程图和软件设计。基于Lonworks总线技术的环境监测系统具有稳定、可靠、可扩展等特点，可推广应用于相关领域。实践证明，该方案具有可行性。