第1章 绪
11 课题意义
着国济迅速发展环境保护日益受国家广群众关注全国环保机构环境保护方面加力度年国民济突飞猛进工业企业断增带问题污染源增加分布复杂普遍环保意识薄弱利益驱环保监控理工作日益复杂
传统环境监测方法需环保职部门量精力投入环境现场数采作中着污染源增加种原监测方式已法起实时监染目利现代化先进电子技术通讯技术软件技术建立套环动监控系统实现监控系统动化更高层次工业污染进行效监测体现环保作新兴行业发展方利监控污染企业增加企业律促进履行环境义务帮助企业提高治理设施水环境污染提高企业济效益时提高环保投资社会效益
12 环境监测历史现状发展
20世纪60年代环境问题逐渐区性问题演变成全球性问题解决环境问题长期探索中国际社会已逐渐认识单纯污染控制技术已解决日趋复杂广泛环境问题生态持续性济持续性求改革传统意义单纯追求济增长战略政策传统济增长模式包括生产消费模式做出重改革加强口增长控制改变现技术生产结构减少然资源消耗加强口增长控制改变现技术生产结构减少然资源消耗类实现身持续发展见持续发展思想提出源环境问题逐步认识热切关注环境保护工作应试发展进程整体组成部分脱离进程考虑（1992年联合国环发会里约宣言）[1]
作环境保护重组成部分环境监测形象喻环境保护耳目哨兵尺子获取环境信息认识环境变化评价环境质量监督排污状况重途径监督执行环境法规环境标准重技术手段做项环境保护工作特做环境理工作必须充分重视发挥环境监测作着工业农业乡镇企业飞速发展国国民济迅速增长时城市中心环境污染然严重通乡镇企业扩农村严重影响国持续发展进程环境保护环境监测工作提出新问题求作门技术性强实验科学环境监测技术环境监测基础基需断加强环境监测技术开发研究更新[2]
目前全国已形成国家省市县四级环境监测网络专业行业监测站4800中环保系统监测站2200行业监测站2600国控空气质量监测网站103酸雨监测网站113水质监测网站135时建噪声监测网辐射监测网区域监测网等2005年国控环境监测网络调整：环境空气监测网站226测点数793酸雨监测网站239测点数472水质监测网站197监测断面1074生态监测网站15目前国已制定类国家环境标准410项覆盖气水质土壤噪声辐射固体废物农药等领域已开展环境质量监测环境质量周报日报预报监测污染源监测污染事应急监测污染物总量控制监测污染源解析监测环境污染治理工程效果监测等需监测污染子达百余种
环境监测监测仪器发展趋势：
1．目前工采样实验室分析动化智化网络化监测方发展
2．劳动密集型技术密集型方发展
3．较窄领域监测全方位领域监测方发展
4．单纯面环境监测遥感环境监测相结合方发展
5．环境监测仪器高质量功集成化动化系统化智化方发展
6．环境监测仪器物理化学生物电子光学等技术综合应高技术领域发展
13 国现环境监测面问题
环境监测工作面问题：
1污染信息传递慢适应环境理工作需突发性环境污染事旦发生势凶猛瞬时时间排放量污染物质环境造成严重污染破坏国家民财产带严重损失短时间通检测部门出东西告诉级部门现什污染应采取什措施控制污染救援善提供技术支持指导赢宝贵时间突发性环境污染事造成损失降低限度突发性环境污染事应急监测工作性质高标准求环境应急监测力存着亟认真研究加解决问题：该出东西时候出该仲裁时候出数缺乏重环境污染事应急监测技术方法法提供监测突发性环境污染事性质污染影响长期潜污染危害难抵御环境污染事风险保障军队环境安全
2环境监测技术资金投入环境监测发展求相适应环境监测技术资金投入严重足特仪器设备计量检定维修更新增量试剂购买员进行学业务培训等方面投入没固定投资渠道倾斜优惠政策监测工作基处发展生灭状态致部分环境监测工作法开展
3环境监测仪器配置足老化影响监测力拓展监测仪器设备环境监测必备工具目前情况监测仪器更新进步较快部分监测仪器配置相新国家标准显足部分监测仪器维修保养够导致老化现象较严重直接影响环境监测工作进步拓展
4环境监测法规规章环境监测工作规范化标准化相适应监测立法环境监测工作目前没专门环境监测法律法规环境监测工作性质位作等缺乏明确法律取证难举证难执行难状况环境监测理体制监测员理模式监测费保障方式等统位环境监测健康发展造成影响1995年1月国家环保局总勤部联合发布关军队监测系统承担军队单位污染源监测务通知（[1995]环监032号）正式军队单位污染源监测监督务交军队监测系统承担法规确认军队环境监测机构工作范围1996年7月总勤部国防科工委联合颁布军队环境保护计量监督理办法（[1996]营环字第17号）军队单位污染源范围军队环境监测系统组成位资格职责等均做明确规定2003年2月总勤部制定颁发军队环境监测理规定军队环境监测基原监测机构设置职责监测机构资质监测员资格监测技术质量等做出规定国家军队规定军队环境监测网络形成提供法律实际工作中已颁布相关法规文件方面尚未涉未明确：目前止没份正式文件明确军队环境监测站员编制费源致监测站工作名正言监测费法保证1998年开始中央军委决定事生产营量职工军队企业移交方军队吃皇粮 皇粮中没涵盖保留军队职工工费部分职工基保障资金缺口严重级领导费脑筋牵扯量精力军队环境监测法规规章尚健全军队环境监测工作制度化规范化标准化理相适应[3]
5环境监测技术总体水监测工作高标准求监测技术快速发展相适应根军队环境监测工作面形势务：①单实验室分析转实验室分析现场应急快速分析连续动分析相结合②单纯点式采样分析转点式分析线采样分析面采样分析空中遥感监测分析结合③繁重手工分析转手工分析线连续动分析相结合④监测信息求单纯浓度信息转浓度总量生态风险环境安全信息相结合现代环境分析技术军队环境监测工作中应差距仅前军队环境监测分析技术发展趋势相匹配军队环境监测工作必长期处动位[14]
14 文研究容
次设计容基WiFi技术线传输网络环境监测系统结构包括位现场环境监测仪器数采集仪进行数传输线传输系统数进行分析处理位机系统
文具体方面进行阐述：
第章：介绍项目背景分析提出文设计环境监测系统价值意义
第二章：整体概念介绍整系统体系结构现场机系统线传输网络位机系统三方面系统进行致分析介绍
第三章：具体介绍现场机系统组成工作方式
第四章：具体介绍WiFi网络结构原理
第五章：具体介绍位机系统理控制方式
第2章 系统总体设计
21 系统介绍
整监测系统结构包括现场数采集现场机系统包括环境监测仪器数采集仪器进行数传输线传输网络系统进行控制数进行分析处理位机系统图21示：
WiFi
位机系统
现场机系统
线网络传输
数采集传输仪
图21 环境监测系统整体设计方案
监测仪器
监测仪器
……
WiFi
现场机系统
般说现场机系统两种较典型组成形式：
种仪器单独联入传输网络图22示求台现场仪器身具备较完善网络传输终端数采集预处理力仅够做数采集功时够实现位机进行完整数通信意味着监测仪器身硬件软件技术求较高决定范围较狭窄成高具备通性
WiFi
位机
现场机
传输网络
监测仪器
图 22 仪器单独组成监测系统
第二种工作模式通数采集仪监测仪器通WiFi网络连接起图23示分布现场监测仪器采集数通WiFi网送入数采集仪数采集仪作独立节点联入传输网络通传输网络位机进行数交换通信成降低非常帮助时利系统理维护
WiFi
位机系统
现场机系统
线网络传输
数采集传输仪
图23 监测仪器通数采集仪连接位机
监测仪器
监测仪器
……
WiFi
监测现场数采集仪务实现现场仪器理监测仪器采集实时数进行汇总存储数库中时作传输网络节点（具备WiFi网络接口）位机进行数交换通信次设计中采台PC机作数采集仪现场监测仪器通路器PC机组成局域太网太网中仪器分配独立IP址数采集仪根IP址仪器进行数通信
PC机安装Windows 2000 Server操作系统助SQL Sever 2000建立型数库实现现场监测仪器种参数设置保存
仪器兼容性整系统性非常重厂商生产监测仪器系统够兼容采种标准化通信协议非常重次设计中仪器局域网络采目前工业常Modbus协议作传输协议Modbus协议特点网络中仪器分配独立址次监测仪器进行操作必须通址进行
基WiFi技术线传输网络
线传输网络承担整系统数流通工作传输网络实时性性稳定性直接决定整监测系统否够正常高效工作次设计采基WiFi技术线传输网络WiFi技术具备传输速率高传输距离远覆盖范围广等特点线局域网应中迅猛发展
次设计环境监测系统300*300m范围运WiFi热点达传输目次设计中考虑设计范围需建立WiFi热点达设计求结构框图24示
WiFi热点
线路器
线路器
位
机
数采集仪
图24 WiFi热点应
位机系统
位机整监测系统核心系统中起作系统理控制数汇总分析处理位机权现场机发送种命令例读取数修改参数仪器控制等位机通传输网络命令消息发送现场机通现场机系统实现位机种仪器发出控制求
位机系统建完整数库理系统负责整系统进行集中理硬件结构说次设计中位机采PC机核心务监控系统应软件编写
第3章 现场机系统
31 现场机系统组成
现场机系统中监测仪器包括测量温度PH值电导率溶解氧含氧量浊度氨氮等种测量仪器实现环境实时监控监测数理传输需通数采集仪种采集仪器监测信息进行集中采集处理数传输
数采集仪环境监测仪器通WiFi网络组成线环境监测系统通线路器级理中心交换监测数控制信息
监测现场数采集仪务实现现场仪器理监测仪器采集实时数进行汇总存储数库中时作传输网络节点（具备WiFi网络接口）位机进行数交换通信次设计中采台PC机作数采集仪现场监测仪器通路器PC机组成局域太网太网中仪器分配独立IP址数采集仪根IP址仪器进行数通信
PC机安装Windows 2000 Server操作系统助SQL Sever 2000建立型数库实现现场监测仪器种参数设置保存[4]
环境监测仪器生产厂家会制定套属通信协议通信协议果运生产商仪器容易造成相互间突整系统正常工作次设计中监测仪器数采集仪间通讯采Modbus协议
32 现场机系统利Modbus协议编程
321 Modbus协议简介
Modbus协议定义设备认识消息帧结构仪器设备种网络进行通信描述设备请求访问设备程规定正确回应设备请求样侦测错误记录Modbus协议指定套完整消息帧构建容格式设备遵Modbus网络进行通信时Modbus协议规定设备必须属独立设备址通信数命令设备址发命令响应回复样需址关[5]数传输结构图31示
设备查询消息
设备回应消息
功代码
设备址
错误检测
数段
功代码
设备址
错误检测
数段
图31 Modbus协议数传输结构
322 通讯传送方式
通讯传送分独立信息头发送编码数格式表31示通讯传送方式定义MODBUS RTU通讯规约相兼容
表31 通讯传送数格式
编码
8位二进制
起始位
1位
数位
8位
奇偶校验位
1位（偶校验位）
停止位
1位
错误校验
CRC（冗余循环码）
初始结构 ≥4字节时间
址码 1 字节
功码 1 字节
数区 N 字节
错误校检 16位CRC码
结束结构 ≥4字节时间
址码：址码通讯传送第字节字节表明户设定址码机接收机发送信息机具唯址码响应回送均址码开始机发送址码表明发送机址机发送址码表明回送机址
功码：通讯传送第二字节ModBus通讯规约定义功号1127仪表利中部分功码作机请求发送通功码告诉机执行什动作作机响应机发送功码机发送功码样表明机已响应机进行操作果机发送功码高位１(功码时127)表明机没响应操作发送出错
数区：数区根功码数区实际数值设置点机发送机机发送机址
CRC码：二字节错误检测码
323 通讯规
通讯命令发送仪器时符合相应址码设备接通讯命令址码读取信息果没出错执行相应务然执行结果返送发送者返送信息中包括址码执行动作功码执行动作结果数错误校验码果出错发送信息
1．信息帧结构表32示
表32 信息帧结构
址码
功码
数区
错误校验码
8位
8位
N×8位
16位
址码：址码信息帧第字节(8位)0255字节表明户设置址机接收机发送信息机必须唯址码符合址码机响应回送机回送信息时相址码表明该信息处
功码：机发送功码告诉机执行什务表33列出功码具体含义操作
表33 功码含义操作
代码
含义
操作
03
读取数
读取前寄存器二进制值
06
重置单寄存器
设置二进制值写入单寄存器
数区：数区包含需机执行什动作机采集返送信息信息数值参考址等等例功码告诉机读取寄存器值数区必需包含读取寄存器起始址读取长度机址数信息相
错误校验码：机机校验码进行判接收信息否出错时电子噪声干扰信息传输程中会发生细微变化错误校验码保证机机传送程中出错信息起作样增加系统安全效率错误校验采CRC16校验方法
注：信息帧格式基相：址码功码数区错误校验码
2．错误校验
循环冗余码（CRC）包含2字节16位二进制CRC码发送设备计算放置发送信息尾部接收信息设备重新计算接收信息CRC码较计算CRC码否接收相符果两者相符表明出错
CRC码计算方法先预置16位寄存器全1逐步8位数信息进行处理进行CRC码计算时8位数位起始位停止位奇偶校验位话包括奇偶校验位参CRC码计算
计算CRC码时8位数寄存器数相异结果低位移字节0填补高位检查低位果低位1寄存器容预置数相异果低位0进行异运算[6]
程直重复8次第8次移位8位现寄存器容相相异程样重复8次数信息处理完寄存器容CRC码值CRC码中数发送接收时低字节前
计算CRC码步骤：
（1）预置16位寄存器十六进制FFFF（全1）称寄存器CRC寄存器
（2）第8位数16位CRC寄存器低位相异结果放CRC寄存器
（3）寄存器容右移位(低位)0填补高位检查低位
（4）果低位0：重复第3步(次移位) 果低位1：CRC寄存器项式A001（1010 0000 0000 0001）进行异
（5）重复步骤34直右移8次样整8位数全部进行处理
（6）重复步骤2步骤5进行8位数处理
（7）CRC寄存器CRC码
3．功码03读取点返回值：
仪表采Modbus RTU通讯规约利通讯命令进行读取点(保持寄存器) 返回值(输入寄存器 )操作保持输入寄存器16位（2字节）值高位前样仪表读取点返回值2字节次读取寄存器数60 编程控制器功码03功码03作读取点返回值机响应命令格式机址功码数区CRC码数区中寄存器数 两字节高字节前
4．功码06单点保存
机利条命令单点数保存仪表存储器机功码机返送信息
位机整系统控制中心命令消息环境监测员位机发出现场机作传输网络节点通位机发出消息帧进行解析分析出位机发消息具体含义
324 通讯口设置
DCB dcb
hComCreateFile(COM1
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE
0
NULL
OPEN_EXISTING
0
NULL)
if(hComINVALID_HANDLE_VALUE)
{
MessageBox(createfile errorerror)
}
BOOL errorSetupComm(hCom10241024)
if(error)
MessageBox(setupcomm error)
errorGetCommState(hCom&dcb)
if(error)
MessageBox(getcommstateerror)
dcbBaudRate2400
dcbByteSize8
dcbParityEVENPARITYNOPARITY
dcbStopBitsONESTOPBIT
errorSetCommState(hCom&dcb)
325 CRC校验码计算
UINT crc
void calccrc(BYTE crcbuf)
{
BYTE i
crccrc ^ crcbuf
for(i0i<8i++)
{
BYTE TT
TTcrc&1
crccrc>>1
crccrc&0x7fff
if (TT1)
crccrc^0xa001
crccrc&0xffff
}
}
326 数发送
zxaddr11读取址11巡检表数
zxnum10读取十通道数
writebuf2[0]zxaddr
writebuf2[1]3
writebuf2[2]0
writebuf2[3]0
writebuf2[4]0
writebuf2[5]zxnum
crc0xffff
calccrc(writebuf2[0])
calccrc(writebuf2[1])
calccrc(writebuf2[2])
calccrc(writebuf2[3])
calccrc(writebuf2[4])
calccrc(writebuf2[5])
writebuf2[6]crc & 0xff
writebuf2[7]crc0x100
WriteFile(hComwritebuf28&comnumNULL)
327 数读取
ReadFile(hComwritebuf5+zxnum*2&comnumNULL)读取zxnum通道数增加错误处理程序址码错误CRC码错误判断通讯障处理等
33 现场机数传输具体程
位机整系统控制核心命令消息环境监测员位机发出现场机作传输网络总节点通位机发出消息帧进行解析分析出位机发消息具体含义现场机系统中仪器局域网络现场机唯设备解析完位机命令生成应Modbus命令根现场机系统网络数传输协议生成仪器识消息帧发送仪器
次设计中现场机系统中局域网络采建太网TCPIP协议作数传输载体利TCPIP数帧Modbus协议进行封装通太网现场仪器进行通信
现场机操作系统中建数库系统三处：
1位机发出命令进行解析转化成包含Modbus协议TCPIP帧
2存储现场仪器种参数包括仪器Modbus址太网中工作时分配IP址包括数采样间隔等参数
3数采样数进行存储位机需数现场机数库中直接调取
现场机系统中现场机唯设备环境监测仪器Modbus网中处位置等价台监测仪器通路器现场机相连现场机系统采太网作局域网实现通信前必须台仪器配置独立IP址现场机数库中台监测仪器Modbus址太网IP址应现场机读取仪器数时采扫描方式序分读取需进行数采集仪器次数扫描完毕重复刚程直完成命令提出求
图32显示现场机单监测仪器进行数通信流程
程序初始化
读取系统状态
读取现场
仪器参数
否够正确
连接现场仪器
读取现场仪器数
存储数库
数扫采集
否完成
保存参数
程序结束
显示仪器
连接错误
否
否
图32 现场机仪器进行通信流程图
34 现场机系统硬件组成
环境监测仪器
次设计中环境监测仪器：
1W20系列参数水质监测仪
W20系列参数水质监测仪日HORIBA公司生产W20系列水质监测系统海洋河流水坝井水表水城市水雨水径流湖泊池塘渔场等种水质评定检测佳选择HORIBA年研发电极技术结晶凝结直径47mm探头中独创性开拓高压深水领域应实现13种参数高精度时测量W20系统兼容WiFi数检索等功连接电脑进行处理处理数隔15分钟探头记录次采集数实现长达月现场连续监测
2环境气体分析仪
次设计中采环境气体分析仪型号2250英国生产2250种功环境气体监测仪动植物生理学研究气候变化研究环境控制研究微气候研究生态生理学果实储藏微生物活性降解等仪器测量CO2水汽变化8传感器接口接种传感器测量更环境参数
数采集仪
现场机系统中数采集仪唯设备台具备WiFi接口PC机台监测仪器通带WiFi数检索功通加入串口WiFi模块数采集仪相连次设计中采W20系列参数水质监测仪器兼容WiFi数检索等功连接电脑进行处理处理数环境气体分析仪带8传感器接口接种传感器测量更环境参数里必须加模数转化器传感器采集模拟信号转换成数字信号
系统ADC0809模数转换器面进行详细介绍
1ADC0809概述
ADC0809美国国家半导体公司生产CMOS工艺8通道8位逐次逼式AD转换器部8通道路开关根址码锁存译码信号选通8路模拟输入信号中进行AD转换目前国应广泛8位通AD芯片
2ADC0809特性部结构
ADC0809特性：
（1）8路输入通道8位A／D转换器分辨率8位
（2）具转换起停控制端
（3）转换时间100μs(时钟640kHz时)130μs（时钟500kHz时）
（4）单＋5V电源供电
（5）模拟输入电压范围0～＋5V需零点满刻度校准
（6）工作温度范围40～＋85摄氏度
（7）低功耗约15mW
ADC0809CMOS单片型逐次逼式A／D转换器部结构图33示8路模拟开关址锁存译码器较器8位开关树型AD转换器逐次逼
图33 单片机控制AD转换器电路图
3ADC0809外部特性（引脚功）
ADC0809芯片28条引脚采双列直插式封装图34示面说明引脚功
IN0～IN7：8路模拟量输入端
21～28：8位数字量输出端
ADDAADDBADDC：3位址输入线选通8路模拟输入中路
ALE：址锁存允许信号输入高电效
START： A／D转换启动脉输入端输入正脉（少100ns宽）启动（脉升0809复位降启动AD转换）
EOC： A／D转换结束信号输出A／D转换结束时端输出高电（转换期间直低电）
OE：数输出允许信号输入高电效A／D转换结束时端输入高电开输出三态门输出数字量
CLK：时钟脉输入端求时钟频率高640KHZ
REF（+）REF（）：基准电压
Vcc：电源单＋5V
GND：图34 ADC0809引脚图
4ADC0809工作程
首先输入3位址ALE1址存入址锁存器中址译码选通8路模拟输入较器START升逐次逼寄存器复位降启动 A／D转换EOC输出信号变低指示转换正进行直A／D转换完成EOC变高电指示A／D转换结束结果数已存入锁存器信号作中断申请OE输入高电 时输出三态门开转换结果数字量输出数总线
转换数传送 AD转换数应时传送单片机进行处理数传送关键问题确认AD转换完成确认完成进行传送采述三种方式
（1）定时传送方式
种AD转换说转换时间作项技术指标已知固定例ADC0809转换时间128μs相6MHzMCS51单片机64机器周期设计延时子程序AD转换启动调子程序延迟时间转换肯定已完成接着进行数传送
（2）查询方式
AD转换芯片表明转换完成状态信号例ADC0809EOC端查询方式测试EOC状态确认转换否完成接着进行数传送
（3）中断方式
表明转换完成状态信号（EOC）作中断请求信号中断方式进行数传送
述种方式旦确定转换完成通指令进行数传送首先送出口址信号效时OE信号效转换数送数总线供单片机接受
模拟信号转换成数字信号需受单片机控制数字信号传输出模数转换器方面接收传感器送模拟信号方面受单片机控制转化成数字信号输出工作流程图图35示系统ADC0809模数转换器逐次逼型8位8通道A D模数转换器转换时间典型值100us模拟信号输入电压0～5V电源电压单电源5V
开始
初始化
START1
EOC 1
读转换结果输出口
启动ADC0809
否
否
通道址加1
8端口次访问
结束
图35 ADC0809执行流程
系统选89C52型单片机控制数字信号输出数采集部分中作控制ADC0809时转换时输出数相应实现程序：
#includereg51h
int a
sbit EOCp10
sbit STARTp11
sbit OEP12
sbit CLKp13
void delay_us()
{
int i
for(i0i<10i++)
}
void main()
{
p2a
a0X00
CLK0
delay_us()
CLK1
delay_us()
START1
if(EOC1)
{
START0
OE1
START1
a++
}
else if OE0
}
转换数单片机P0口读入样实现89C52ADC0809软件硬件连接
单片机线网络通信需加串口WiFi模块UartWifi模块基Uart接口符合wifi线网络标准嵌入式模块置线网络协议IEEE80211协议栈TCPIP协议栈够实现户串口数线网络间转换通UartWifi模块传统串口设备轻松接入线网络[12]
然数采集仪利身带WiFi接口通线路器位机间通信
现场机系统硬件框图
综述现场机系统硬件框图图36示W20系列参数水质监测仪
环境气体分析仪
数
采
集
仪
线路器
温湿度传感器
光传感器
……
ADC0809 AD
转换器
线传输网络
位
机
图36 现场机系统硬件框图
串口WiFi模块
单片机模块
第4章 线传输网络
线传输网络整环境监测系统核心部分传输网络否够实时效进行数传输决定整系统否正常稳定工作素设计日趋成熟线数传输网络引入进改变传统环境监测移动性实现程度降低监测设备投入成
线传输技术发展越越快相起传输速度传输稳定性前未提高种飞跃量数线数传输够实现现代环境监测技术非常重面天监测点量数源果数传输速率保证整系统设计变没意义
41 WiFi概念
WiFi种电脑手持设备（PDA手机）等终端线方式互相连接技术WiFi线网络通信技术品牌WiFi联盟（WiFi Alliance）持目改善基IEEE80211标准线网路产品间互通性现般会WiFiIEEE80211混谈甚WiFi等线网际网络
WiFi联盟成立1999年时名称做Wireless Ethernet Compatibility Alliance（WECA）2002年10月正式改名WiFi Alliance通俗说法WiFi原先线保真缩写WiFi英文全称Wireless Fidelity线局域网范畴指线相容性认证实质种商业认证时种线联网技术前通网线连接电脑现通线电波连网常见线路器线路器电波覆盖效范围采WiFi连接方式进行联网果线路器连接条ADSL线路者网线路称热点现市面常见线路器54M速度108M速度300M速度WiFi路器正逐步趋普遍WiFi代标准制定启动高传输速率达67G然速度互联网速度互联网速度取决WiFi热点互联网线路[11]
42 线传输网络基结构
1．WiFi协议基容
80211协议IEEE 802工作组定义第国际认线局域网协议传统线局域网相基WiFI协议线局域网具移动性动态拓扑结构易搭建特点户根需求环境选择合适局域网技术构造网络
线局域网协议出台天十年发展中该组织相继协议进行完善80211b高速协议提出80211协议进行补充802111Mbps2Mbps速率80211b增加55Mbps11Mbps两新网络吞吐率演进80211g54Mbps直天80211n108Mbps
80211协议规定WiFi基网络包括物理层介质访问接入控制层（MAC层）逻辑链路控制层（（LLC层）三层结构图41示
8022LLC（Logical Link Control）
80211 MAC
80211 PHY
FHSS
80211 PHY
DSSS
80211 PHY
IRDSSS
80211 PHY
OFDM
80211 PHY
DSSSOFDM
80211b
11Mbits 24GHz
80211a
54 Mbits 5GHz
80211
54 Mbits 24GHz
图41 80211协议三层结构
1） 物理层图4180211b定义工作24GHzISM频段总数传输率设计11Mbps80211a定义工作5GHzISM频段总数传输率设计54Mbps物理层80211g定义工作24GHzISM频段总数传输率设计54Mbps物理层
2） MAC层WiFi标准物理层定义公MAC层添加新物理层需求时需MAC层进行改动职8023协议MAC层非常相似享媒体支持户享资源发送者发送数前先进行网络性调节
3） 逻辑链路控制层（LLC）8022完全相LLC层48位MAC址线线间桥接非常方便MAC址线局域网唯确定
2．WiFi网络组成部分
IEEE 80211体系干部分组成元素通相互作提供线局域网服务层支持站点移动性基组成部分：
* 站点（station）网络基组成部分台PC机PDA等手持线设备
* 基服务单元（Basic Service SetBSS）80211标准规定线局域网构件基服务单元包括基站干站点站点BSS直接通信BSS外站点通信时必须通ＢＳＳ基站简单服务集两站点组成站点动态联结基服务单元中
* 分配系统（Distribution SystemDS）连接基服务单元分配系统通必逻辑服务匹配址分配目标站点移动终端设备支持BSS间实现缝整合正分配系统DS扩展服务单元ESS层表现基服务单元BSS样
* 接入点（Access PointAP）基服务单元里面基站做接入点AP作网桥相似AP普通站点身份接入分配系统功
* 扩展服务单元（Extended Service SetESS）分配系统基服务单元组合成基服务单元孤立通接入点AP连接干分配系统DS然接入基服务单元BSS样构成扩展服务单元ESS
* 门桥（Portal）80211定义新名词作相网桥线局域网线局域网者网络联系起非80211局域网数通门桥进入IEEE 80211网络结构门桥两种类型网络实现逻辑综合
图42综合IEEE 80211线局域网组成元素服务完整结构图
图42 IEEE80211线局域网组成元素服务
43 线传输网络基工作原理
WiFi典型设置通常包括接入点AP客户端接入点AP隔100ms服务单元标识SSID(Service Set Identifier)网络名称(Network Name)beacons封包广播次Beacons封包传输速率1Mbps该封包长度非常短广播动作WiFi网络性影响WiFi规定低传输速率1Mbps足确保接收SSID广播封包WiFi客户端少1Mbps速率进行通信
基SSID样设置客户端决定否联结某接入点APSSID两接入点AP客户端接收范围客户端根信号强度选择接入点SSID联结
WiFi网络信道频率802lla5GHz频率WiFi频谱分布24G Hz左右该频率段全世界国开放需许确切频率分配允许功率着细微差频率划分信道数量全世界做统规范授权频率段通信道数量进行区分
44 线传输网络操作模式
IEEE 80211 标准定义两种基操作模式Infrastructure模式Ad hoc组网络模式
1) Infrastructure模式属固定基础设施线局域网组成结构少包括线网络连接线接入点AP系列线终端站点该模式覆盖范围站点提供服务客户终端通接入点AP实现间相互通信Infrastructure模式通门桥提供线网络特网入口相连接性种配置(AP干站点组合)构成基服务集合BSSBSS覆盖范围站点相线频率扩展服务集合ESS两BSS构成单子网线者需访问线网设备服务文件服务器印机互联网链接会采种Infrastructure模式图43示Infrastructure模式结构
图43 Infratructure模式结构
2) Ad hoc组网络模式组客户终端组成作独立基服务单元BSSIBSS(Independent Basic Service Set)该模式需基础设施(接入点AP分配系统连接)支持实现覆盖范围站点间通信站点需通接入点AP相IBSS站点建立通信图44示Ad hoc模式结构
图44 Ad hoc模式结构
45 WiFi基特点
线电波覆盖范围广基蓝牙技术电波覆盖范围非常半径约50英尺左右（约合15米）WiFi半径达300英尺左右（约合95米）办公室说整栋楼中Vivato公司推出款新型交换机悉该款产品够目前WiFi线网络300英尺（接100米）通信距离扩4英里（约65公里）
二然WiFi技术传输线通信质量数安全性蓝牙差传输质量改进传输速度非常快达54Mbps符合社会信息化需求
三厂商进入该领域门槛较低厂商机场车站咖啡店图书馆等员较密集方设置热点通高速线路特网接入述场样热点发射出电波达距接入点半径数十米100米方户支持线LAN笔记电脑PDA该区域高速接入特网说厂商耗费资金进行网络布线接入节省量成
四须布线WiFi优势需布线受布线条件限制非常适合移动办公户需具广阔市场前景目前已传统医疗保健库存控制理服务等特殊行业更行业拓展开甚开始进入家庭教育机构等领域
五健康安全IEEE 80211规定发射功率超100毫瓦实际发射功率约60~70毫瓦什样概念呢？手机发射功率约200毫瓦1瓦间手持式讲机高达5瓦线网络方式非手机直接接触体绝安全
根线网卡标准WIFI速度中IEEE80211b高11Mbps（部分厂商设备配套情况达22Mbps）IEEE80211a54MbpsIEEE80211g54Mbps
WIFIAP(Access Point)线网卡组成线网络AP般称网络桥接器接入点作传统线局域网络线局域网络间桥梁台装线网卡PC均透AP分享线局域网络甚广域网络资源工作原理相置线发射器HUB者路 线网卡负责接收AP发射信号CLIENT端设备
wireless bg表示网卡型号速度技术新旧分80211a199980211b199980211g200380211n2009
讲起线网家种似非感觉线否简单两台计算机互联？No已世纪线概念新代线网络须布线相建立起线局域网全新感受需求决定市场发展少见种IT技术产品够象样迅猛增长势头受约束时访问互联网梦想中WiFi发挥关重作WiFi代表线保真指具完全兼容性80211标准IEEE80211b子集开放24GHz直接序列扩频数传输速率11Mbps根信号强弱传输率调整55Mbps2Mbps1Mbps带宽需直线传播传输范围室外300米室障碍情况100米现传输协议
第5章 位机系统
位机整环境监测系统控制中心承担数查询状态查询数存贮控制理等种工作位机软件系统监测系统操作员提供友环境界面操作员简单鼠标键盘触摸屏操作实现现场仪器种控制理数汇总工作
环境监测应软件采Microsoft网络新计划中发布VC#NET作软件编写调试台基NET台优秀力非常简便实现种解决方案包括户界面编写数传输协议实现数库系统操作等等次设计中位机软件体系分成两部分：位机现场机数传输部分数库部分结构图51示
数通信
协议
线
网络
数 库
现 场 机
数 库
位 机
图51 位机结构
51 位机现场机数传输部分
数通信协议
次设计环境监测系统位机现场机间数通讯应通信协议ISOOSI定义7层协议应层应层赖选传输网络选定传输网络进行应层数通讯基础传输层已建立基础整应层协议具体传输网络关
协议通信模式
协议通信程位机现场机信息交互流程位机现场机相互发送者接受数消息进行响应般言完整信息通信程位机发起报警等特殊情况现场机位机发送通信求
位机发送命令现场机
现场机接命令应答位机收现场机应答消息确认正确连接建立
1 现场机执行位机发出请求操作
2 现场机命令执行完毕位机返回执行结果
3 命令完成
位机现场机发送命令场合处相整命令响应程分种：
1请求命令：命令位机现场机发出命令时流程图52示
返回执行结果
执行请求
应答请求
请求
现场机
位机
图52 请求命令格式
2传命令：图53示应现场机动位机发送消息例现场机WiFi进行数传输时位机设定间隔时间动报实时数
传数
位机
现场机
图53 传命令格式
3通知命令：图54途传输报警事件命令现场机发送报警信息等位机已报警信息回应等果规定时间没收进入重发机制
回应收通知
通知
位机
现场机
图54 通知命令格式
513 超时机制
消息响应程中会种情况导致法正确传输者传输错误具体分两种情况：
1请求回应超时
设备发出请求命令果规定时间没收响应消息认次通信超时发生超时情况原设备重新发送刚请求命令次等响应消息果重发规定次数然没收响应消息认定通信链路通信程结束[7]
2执行超时
发出数请求设备收请求回应确认开始接受数果规定时间没收返回数消息帧者收消息帧完整认次通信超时命令执行失败结束通信程
次设计中基WiFI技术线数传输方式延时时间重发次数作具体规定表51示
表51 超时定义表
通讯类型
缺省超时定义（秒）
重发次数
WiFi
15
3
514 通讯协议数结构
通信协议全部ASCII码字符表示完整通信协议消息帧必须包括包头数段长度数段CRC校验包尾五部分中部分缺少[8]表52示：
表52 通信协议消息帧格式
名称
类型
长度
描述
包头
字符
2
定义包起始位置固定##
数段长度
十进制整数
2
数段分长度例果数段分全部长度960字节0960表示
数段
字符
4
放置指令数
CRC校验
十六进制整数
0~1024
数段CRC效验码
包尾
字符
标识包结束固定回车换行十六进制数0x0D0x0A
数段包含消息帧核心容具体构成图55示
数段具体结构结实表53示
通讯包组成
包头
数段
数段
CRC
包尾
请求编号
系统编号
命令编号
设备唯标识
密码
标志位（请求应答）
指令
请求编号
系统编号
命令编号
设备唯标识
密码
总包号
数
包号
数段组成
图55 数帧结构组成
表53 数段结构具体解释
名称
类型
长度
描述
请求编号（QN）
字符
20
唯标示条命令次通讯程交互中通请求编号标示操作针条具体命令条非传命令（传命令采分包方式时）数部分会包含QN请求编号容实际精确毫秒时间戳完整格式年月日时分秒毫秒17字符：
总包号（PNUM）
字符
4
表示次通讯中总包括数包数量ASCII字符型整形值参数赖Flag标志Flag标志第7位1时候采分包数包中数段会包含总包号部分：PNUM10
包号（PNO）
字符
4
标示前数包次通讯中数包中序位置：PNO1
系统编号（ST）
字符
5
标示前数包属系统数包长度两ASC II字符（详情参见：系统编码表）命令数包根系统编号区分数属监测系统数：ST31
命令编号（CN）
字符
7
标示数包应功长度4ASCII字符命令分请求命令通知命令交互命令数传命令等：ST1011
访问密码（PW）
字符
6
表示数合法访问性数包中包含访问密码标示身份供数包接收方进行验证密码6ASCII字符组成：PW123456
设备唯标识（MN）
字符
14
否拆分包应答标识（Flag）
字符
3
拆分包应答标志通字节位分表示含义取值范围0~255字节取值范围目前两Bit：
0
0
0
0
0
0
D
A
A：数否应答Bit：1—应答0—应答
D：否数序号Bit：1—数包中包含包序号总包号两部分0—数包中包含包序号总包号两部分发起请求方通设置Flag告诉应答方支持通讯方式应答方根执行命令情况请求回应中告诉请求方接什样方式通讯：请求方法送请求包中Flag3（表示分包应答方式通讯）应答方根命令功分返回：
Flag3：接执行请求程中采：分包数间相互次序联系统整体应答方式收条数回应确认应答)
Flag2：接执行请求程中采：分包数间相互次序联系统整体应答方式收条数发送收确认应答
Flag1：接执行请求程中采：分包数包间没联系数包成体具完成含义应答方式收条数回应确认应答
Flag0：接执行请求程中采：分包数包间没联系数包成体具完成含义应答方式收条数发送收确认应答
指令参数（CP）
字符
0~960
表54出具体通信实例
表54 数通信具体程
类
项目
示例说明
命令解释
命令说明
位
机
取污染物数
QN2011
ST10
CN2031
PW123456
MN88888880000001
Flag3
CP&&
BeginTime20110506000000
EndTime20110510000000&&
2011年5月16日1时1分1秒1毫秒时刻发出ST10表示现场机系统编号10CN2031表示命令数提取命令MN88888880000001表示进行数读取仪器代号：88888880000001PW123456表示该仪器访问密码123456Flag3表示出条命令包
CP&&BeginTime
20110506000000EndTime
20110510000000&&：表示提取2011年5月6日2011年5月10日间数
现场机
请求
应答
ST91
CN9011
PW123456
MN88888880000001
Flag0
CP&&
QnRtn1&&
CN9011表示正确收位机命令命令做出回答
现场机
传
污染
物目
数
ST32
CN2031
PW123456
MN88888880000001
CP&&
DataTime
20040506000000
101Min11
101Avg11
101Max11
102Min21
102Avg21
102Max21…&&
现场机数包传送位机CP&&&&间字段实际数
现场机
返回操作
ST91
CN9012
PW123456
MN88888880000001
CP&&
ExeRtn1&&
表示现场机位机需数发送完毕
字段说明
QN
请求编号
QnRtn
请求返回结果
BeginTime
采集数起始时间
EndTime
采集数结束时间
DataTime
数时间
101Min
表示污染物101日值
101Avg
表示污染物101日均值
101Max
表示污染物101日值
ExeRtn
请求执行结果
命令基述流程执行
52 数库部分
数库设计方案
数库整系统正常工作台保障设计合理数库系统需做结构化数统理关系规范数冗余度数享数独立数完整做求必须项目进行充分调查研究分析
次设计中数库监控系统中承担三方面务：
1协助数通信程序数通信中需利协议数库系统仪器库等记录仪器状态设置维持现场机监测仪器间现场机位机间进行正常数通信实现系统监测仪器进行实时监控数采集数处理等功
2理数库户次设计环境线监测系统面户数库库中包含户权限理户操作记录等等根户权限限制户保证整系统序化持续化运行[9]
3存储监测仪器采集数现场机监测仪器采集数存储现场机数表中位机根具体需现场机数库中提取数
数库需求分析
次设计中系统软件SQL ServerMicrosoft Visual C++ 60
现场机位机需数表存放现监测仪器采集数考虑数采集具时间累加性着采集时间增加数表会累积变非常庞系统张表操作变十分缓慢需数库建立两张数表格张期数表接收传输系统采集新数张历史数表存放数隔定期时间需期数表信息传历史数表中然期数表清空位机果需调周数期数表中读取果需读取历史数需访问历史数表采种存储方式系统性优化处[10]
53 线路器简介
线路器前面板结构图56示前面板想左右次排列着PWR灯SYS灯WLAN灯1—4 LAN灯WAN灯WPS灯
图56 线路器前面板结构
PWR：电源指示灯常灭表示未接通电源常亮表示已加电
SYS：系统状态指示灯常灭表示设备正初始化闪烁表示正常工作
WLAN：线状态指示灯常灭表示未启线功闪烁表示已启动线功
1—4：局域网状态指示灯常灭端口未连接设备闪烁端口正传输数常亮端口已连接设备
WPS：键安全设定指示灯绿色闪烁正安全连接绿色常亮安全连接成功红色闪烁安全连接失败
线路器背面板结构图56示分WAN四LAN口WAN口连接InternetLAN口连接计算机网卡网线端口连接然接通电源线路器进行配置[15]
图57 线路器背面板结构
总结
环境事业重性已越越认识环境持续性发展国家济着关重作环境监测技术发展环境保护事业够断发展重保障
文提出种基WiFi技术线传输网络环境技术利线路器架构套够环境实施远程动监控环境监测系统次设计中分三部分：
1现场机系统设计
WiFi单片机数采集仪现场监测仪器组成实时监测仪器网采基IP太网作整现场网络架构现场机数通信采Modbus协议系统兼容性保障
2传输网络设计
考虑环境监测现场实际条件适合采线网络作数传输载体文提出利线网络实现远距离数传输方式采WiFi技术实现
3位机系统设计
位机整环境监测系统控制中心承担数查询状态查询数存贮控制理等种工作位机软件系统监测系统操作员提供友环境界面操作员简单鼠标键盘触摸屏操作实现现场仪器种控制理数汇总工作
参考文献
［1］德忠国环境监测技术现状发展［J］连理工学出版社2005
［2］刘建国王瑞斌李钢环境监测技术发展方［J］中国环境监测2005
[3］杜卫东环境监测技术路线［J］中国测试技术2005
［4］吴功宜编著计算机网络（第二版）［M］清华学出版社2009
［5］Modbus Protocol User Guide［J］Lantronix2004
［6］Modion Modbus Protocol Reference Guide［J］ModitionIndustrial Automation
System1996
［7］Kenneth AREEK著C指针［J］民邮电出版社2003
[8] 谭浩强著C程序设计（第三版）［M］清华学出版社2007
［9］徐士良编著计算机软件技术基础［M］清华学出版社2007
[10] 王昊亮李刚Visual C#程序设计教程［M］清华学出版社2003
[11]
[12]
［13］
［14］
［15］
致谢
毕业设计知识运力次全面考核进行科学研究基功训练培养综合运学知识独立分析问题解决问题力撰写专业学术文工作良基础
次设计够利完成首先感谢学院创造样难机会够理知识运实践够锻炼培养独立思考力期间尤指导老师李建奇老师莫帮助厌烦认真指导毕业设计耐心指导出现问题指导撰写份报告身学许受生道理书法学东西表示衷心感谢
文档香网(httpswwwxiangdangnet)户传
《香当网》用户分享的内容，不代表《香当网》观点或立场，请自行判断内容的真实性和可靠性！
该内容是文档的文本内容，更好的格式请下载文档
11 课题意义
着国济迅速发展环境保护日益受国家广群众关注全国环保机构环境保护方面加力度年国民济突飞猛进工业企业断增带问题污染源增加分布复杂普遍环保意识薄弱利益驱环保监控理工作日益复杂
传统环境监测方法需环保职部门量精力投入环境现场数采作中着污染源增加种原监测方式已法起实时监染目利现代化先进电子技术通讯技术软件技术建立套环动监控系统实现监控系统动化更高层次工业污染进行效监测体现环保作新兴行业发展方利监控污染企业增加企业律促进履行环境义务帮助企业提高治理设施水环境污染提高企业济效益时提高环保投资社会效益
12 环境监测历史现状发展
20世纪60年代环境问题逐渐区性问题演变成全球性问题解决环境问题长期探索中国际社会已逐渐认识单纯污染控制技术已解决日趋复杂广泛环境问题生态持续性济持续性求改革传统意义单纯追求济增长战略政策传统济增长模式包括生产消费模式做出重改革加强口增长控制改变现技术生产结构减少然资源消耗加强口增长控制改变现技术生产结构减少然资源消耗类实现身持续发展见持续发展思想提出源环境问题逐步认识热切关注环境保护工作应试发展进程整体组成部分脱离进程考虑（1992年联合国环发会里约宣言）[1]
作环境保护重组成部分环境监测形象喻环境保护耳目哨兵尺子获取环境信息认识环境变化评价环境质量监督排污状况重途径监督执行环境法规环境标准重技术手段做项环境保护工作特做环境理工作必须充分重视发挥环境监测作着工业农业乡镇企业飞速发展国国民济迅速增长时城市中心环境污染然严重通乡镇企业扩农村严重影响国持续发展进程环境保护环境监测工作提出新问题求作门技术性强实验科学环境监测技术环境监测基础基需断加强环境监测技术开发研究更新[2]
目前全国已形成国家省市县四级环境监测网络专业行业监测站4800中环保系统监测站2200行业监测站2600国控空气质量监测网站103酸雨监测网站113水质监测网站135时建噪声监测网辐射监测网区域监测网等2005年国控环境监测网络调整：环境空气监测网站226测点数793酸雨监测网站239测点数472水质监测网站197监测断面1074生态监测网站15目前国已制定类国家环境标准410项覆盖气水质土壤噪声辐射固体废物农药等领域已开展环境质量监测环境质量周报日报预报监测污染源监测污染事应急监测污染物总量控制监测污染源解析监测环境污染治理工程效果监测等需监测污染子达百余种
环境监测监测仪器发展趋势：
1．目前工采样实验室分析动化智化网络化监测方发展
2．劳动密集型技术密集型方发展
3．较窄领域监测全方位领域监测方发展
4．单纯面环境监测遥感环境监测相结合方发展
5．环境监测仪器高质量功集成化动化系统化智化方发展
6．环境监测仪器物理化学生物电子光学等技术综合应高技术领域发展
13 国现环境监测面问题
环境监测工作面问题：
1污染信息传递慢适应环境理工作需突发性环境污染事旦发生势凶猛瞬时时间排放量污染物质环境造成严重污染破坏国家民财产带严重损失短时间通检测部门出东西告诉级部门现什污染应采取什措施控制污染救援善提供技术支持指导赢宝贵时间突发性环境污染事造成损失降低限度突发性环境污染事应急监测工作性质高标准求环境应急监测力存着亟认真研究加解决问题：该出东西时候出该仲裁时候出数缺乏重环境污染事应急监测技术方法法提供监测突发性环境污染事性质污染影响长期潜污染危害难抵御环境污染事风险保障军队环境安全
2环境监测技术资金投入环境监测发展求相适应环境监测技术资金投入严重足特仪器设备计量检定维修更新增量试剂购买员进行学业务培训等方面投入没固定投资渠道倾斜优惠政策监测工作基处发展生灭状态致部分环境监测工作法开展
3环境监测仪器配置足老化影响监测力拓展监测仪器设备环境监测必备工具目前情况监测仪器更新进步较快部分监测仪器配置相新国家标准显足部分监测仪器维修保养够导致老化现象较严重直接影响环境监测工作进步拓展
4环境监测法规规章环境监测工作规范化标准化相适应监测立法环境监测工作目前没专门环境监测法律法规环境监测工作性质位作等缺乏明确法律取证难举证难执行难状况环境监测理体制监测员理模式监测费保障方式等统位环境监测健康发展造成影响1995年1月国家环保局总勤部联合发布关军队监测系统承担军队单位污染源监测务通知（[1995]环监032号）正式军队单位污染源监测监督务交军队监测系统承担法规确认军队环境监测机构工作范围1996年7月总勤部国防科工委联合颁布军队环境保护计量监督理办法（[1996]营环字第17号）军队单位污染源范围军队环境监测系统组成位资格职责等均做明确规定2003年2月总勤部制定颁发军队环境监测理规定军队环境监测基原监测机构设置职责监测机构资质监测员资格监测技术质量等做出规定国家军队规定军队环境监测网络形成提供法律实际工作中已颁布相关法规文件方面尚未涉未明确：目前止没份正式文件明确军队环境监测站员编制费源致监测站工作名正言监测费法保证1998年开始中央军委决定事生产营量职工军队企业移交方军队吃皇粮 皇粮中没涵盖保留军队职工工费部分职工基保障资金缺口严重级领导费脑筋牵扯量精力军队环境监测法规规章尚健全军队环境监测工作制度化规范化标准化理相适应[3]
5环境监测技术总体水监测工作高标准求监测技术快速发展相适应根军队环境监测工作面形势务：①单实验室分析转实验室分析现场应急快速分析连续动分析相结合②单纯点式采样分析转点式分析线采样分析面采样分析空中遥感监测分析结合③繁重手工分析转手工分析线连续动分析相结合④监测信息求单纯浓度信息转浓度总量生态风险环境安全信息相结合现代环境分析技术军队环境监测工作中应差距仅前军队环境监测分析技术发展趋势相匹配军队环境监测工作必长期处动位[14]
14 文研究容
次设计容基WiFi技术线传输网络环境监测系统结构包括位现场环境监测仪器数采集仪进行数传输线传输系统数进行分析处理位机系统
文具体方面进行阐述：
第章：介绍项目背景分析提出文设计环境监测系统价值意义
第二章：整体概念介绍整系统体系结构现场机系统线传输网络位机系统三方面系统进行致分析介绍
第三章：具体介绍现场机系统组成工作方式
第四章：具体介绍WiFi网络结构原理
第五章：具体介绍位机系统理控制方式
第2章 系统总体设计
21 系统介绍
整监测系统结构包括现场数采集现场机系统包括环境监测仪器数采集仪器进行数传输线传输网络系统进行控制数进行分析处理位机系统图21示：
WiFi
位机系统
现场机系统
线网络传输
数采集传输仪
图21 环境监测系统整体设计方案
监测仪器
监测仪器
……
WiFi
现场机系统
般说现场机系统两种较典型组成形式：
种仪器单独联入传输网络图22示求台现场仪器身具备较完善网络传输终端数采集预处理力仅够做数采集功时够实现位机进行完整数通信意味着监测仪器身硬件软件技术求较高决定范围较狭窄成高具备通性
WiFi
位机
现场机
传输网络
监测仪器
图 22 仪器单独组成监测系统
第二种工作模式通数采集仪监测仪器通WiFi网络连接起图23示分布现场监测仪器采集数通WiFi网送入数采集仪数采集仪作独立节点联入传输网络通传输网络位机进行数交换通信成降低非常帮助时利系统理维护
WiFi
位机系统
现场机系统
线网络传输
数采集传输仪
图23 监测仪器通数采集仪连接位机
监测仪器
监测仪器
……
WiFi
监测现场数采集仪务实现现场仪器理监测仪器采集实时数进行汇总存储数库中时作传输网络节点（具备WiFi网络接口）位机进行数交换通信次设计中采台PC机作数采集仪现场监测仪器通路器PC机组成局域太网太网中仪器分配独立IP址数采集仪根IP址仪器进行数通信
PC机安装Windows 2000 Server操作系统助SQL Sever 2000建立型数库实现现场监测仪器种参数设置保存
仪器兼容性整系统性非常重厂商生产监测仪器系统够兼容采种标准化通信协议非常重次设计中仪器局域网络采目前工业常Modbus协议作传输协议Modbus协议特点网络中仪器分配独立址次监测仪器进行操作必须通址进行
基WiFi技术线传输网络
线传输网络承担整系统数流通工作传输网络实时性性稳定性直接决定整监测系统否够正常高效工作次设计采基WiFi技术线传输网络WiFi技术具备传输速率高传输距离远覆盖范围广等特点线局域网应中迅猛发展
次设计环境监测系统300*300m范围运WiFi热点达传输目次设计中考虑设计范围需建立WiFi热点达设计求结构框图24示
WiFi热点
线路器
线路器
位
机
数采集仪
图24 WiFi热点应
位机系统
位机整监测系统核心系统中起作系统理控制数汇总分析处理位机权现场机发送种命令例读取数修改参数仪器控制等位机通传输网络命令消息发送现场机通现场机系统实现位机种仪器发出控制求
位机系统建完整数库理系统负责整系统进行集中理硬件结构说次设计中位机采PC机核心务监控系统应软件编写
第3章 现场机系统
31 现场机系统组成
现场机系统中监测仪器包括测量温度PH值电导率溶解氧含氧量浊度氨氮等种测量仪器实现环境实时监控监测数理传输需通数采集仪种采集仪器监测信息进行集中采集处理数传输
数采集仪环境监测仪器通WiFi网络组成线环境监测系统通线路器级理中心交换监测数控制信息
监测现场数采集仪务实现现场仪器理监测仪器采集实时数进行汇总存储数库中时作传输网络节点（具备WiFi网络接口）位机进行数交换通信次设计中采台PC机作数采集仪现场监测仪器通路器PC机组成局域太网太网中仪器分配独立IP址数采集仪根IP址仪器进行数通信
PC机安装Windows 2000 Server操作系统助SQL Sever 2000建立型数库实现现场监测仪器种参数设置保存[4]
环境监测仪器生产厂家会制定套属通信协议通信协议果运生产商仪器容易造成相互间突整系统正常工作次设计中监测仪器数采集仪间通讯采Modbus协议
32 现场机系统利Modbus协议编程
321 Modbus协议简介
Modbus协议定义设备认识消息帧结构仪器设备种网络进行通信描述设备请求访问设备程规定正确回应设备请求样侦测错误记录Modbus协议指定套完整消息帧构建容格式设备遵Modbus网络进行通信时Modbus协议规定设备必须属独立设备址通信数命令设备址发命令响应回复样需址关[5]数传输结构图31示
设备查询消息
设备回应消息
功代码
设备址
错误检测
数段
功代码
设备址
错误检测
数段
图31 Modbus协议数传输结构
322 通讯传送方式
通讯传送分独立信息头发送编码数格式表31示通讯传送方式定义MODBUS RTU通讯规约相兼容
表31 通讯传送数格式
编码
8位二进制
起始位
1位
数位
8位
奇偶校验位
1位（偶校验位）
停止位
1位
错误校验
CRC（冗余循环码）
初始结构 ≥4字节时间
址码 1 字节
功码 1 字节
数区 N 字节
错误校检 16位CRC码
结束结构 ≥4字节时间
址码：址码通讯传送第字节字节表明户设定址码机接收机发送信息机具唯址码响应回送均址码开始机发送址码表明发送机址机发送址码表明回送机址
功码：通讯传送第二字节ModBus通讯规约定义功号1127仪表利中部分功码作机请求发送通功码告诉机执行什动作作机响应机发送功码机发送功码样表明机已响应机进行操作果机发送功码高位１(功码时127)表明机没响应操作发送出错
数区：数区根功码数区实际数值设置点机发送机机发送机址
CRC码：二字节错误检测码
323 通讯规
通讯命令发送仪器时符合相应址码设备接通讯命令址码读取信息果没出错执行相应务然执行结果返送发送者返送信息中包括址码执行动作功码执行动作结果数错误校验码果出错发送信息
1．信息帧结构表32示
表32 信息帧结构
址码
功码
数区
错误校验码
8位
8位
N×8位
16位
址码：址码信息帧第字节(8位)0255字节表明户设置址机接收机发送信息机必须唯址码符合址码机响应回送机回送信息时相址码表明该信息处
功码：机发送功码告诉机执行什务表33列出功码具体含义操作
表33 功码含义操作
代码
含义
操作
03
读取数
读取前寄存器二进制值
06
重置单寄存器
设置二进制值写入单寄存器
数区：数区包含需机执行什动作机采集返送信息信息数值参考址等等例功码告诉机读取寄存器值数区必需包含读取寄存器起始址读取长度机址数信息相
错误校验码：机机校验码进行判接收信息否出错时电子噪声干扰信息传输程中会发生细微变化错误校验码保证机机传送程中出错信息起作样增加系统安全效率错误校验采CRC16校验方法
注：信息帧格式基相：址码功码数区错误校验码
2．错误校验
循环冗余码（CRC）包含2字节16位二进制CRC码发送设备计算放置发送信息尾部接收信息设备重新计算接收信息CRC码较计算CRC码否接收相符果两者相符表明出错
CRC码计算方法先预置16位寄存器全1逐步8位数信息进行处理进行CRC码计算时8位数位起始位停止位奇偶校验位话包括奇偶校验位参CRC码计算
计算CRC码时8位数寄存器数相异结果低位移字节0填补高位检查低位果低位1寄存器容预置数相异果低位0进行异运算[6]
程直重复8次第8次移位8位现寄存器容相相异程样重复8次数信息处理完寄存器容CRC码值CRC码中数发送接收时低字节前
计算CRC码步骤：
（1）预置16位寄存器十六进制FFFF（全1）称寄存器CRC寄存器
（2）第8位数16位CRC寄存器低位相异结果放CRC寄存器
（3）寄存器容右移位(低位)0填补高位检查低位
（4）果低位0：重复第3步(次移位) 果低位1：CRC寄存器项式A001（1010 0000 0000 0001）进行异
（5）重复步骤34直右移8次样整8位数全部进行处理
（6）重复步骤2步骤5进行8位数处理
（7）CRC寄存器CRC码
3．功码03读取点返回值：
仪表采Modbus RTU通讯规约利通讯命令进行读取点(保持寄存器) 返回值(输入寄存器 )操作保持输入寄存器16位（2字节）值高位前样仪表读取点返回值2字节次读取寄存器数60 编程控制器功码03功码03作读取点返回值机响应命令格式机址功码数区CRC码数区中寄存器数 两字节高字节前
4．功码06单点保存
机利条命令单点数保存仪表存储器机功码机返送信息
位机整系统控制中心命令消息环境监测员位机发出现场机作传输网络节点通位机发出消息帧进行解析分析出位机发消息具体含义
324 通讯口设置
DCB dcb
hComCreateFile(COM1
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE
0
NULL
OPEN_EXISTING
0
NULL)
if(hComINVALID_HANDLE_VALUE)
{
MessageBox(createfile errorerror)
}
BOOL errorSetupComm(hCom10241024)
if(error)
MessageBox(setupcomm error)
errorGetCommState(hCom&dcb)
if(error)
MessageBox(getcommstateerror)
dcbBaudRate2400
dcbByteSize8
dcbParityEVENPARITYNOPARITY
dcbStopBitsONESTOPBIT
errorSetCommState(hCom&dcb)
325 CRC校验码计算
UINT crc
void calccrc(BYTE crcbuf)
{
BYTE i
crccrc ^ crcbuf
for(i0i<8i++)
{
BYTE TT
TTcrc&1
crccrc>>1
crccrc&0x7fff
if (TT1)
crccrc^0xa001
crccrc&0xffff
}
}
326 数发送
zxaddr11读取址11巡检表数
zxnum10读取十通道数
writebuf2[0]zxaddr
writebuf2[1]3
writebuf2[2]0
writebuf2[3]0
writebuf2[4]0
writebuf2[5]zxnum
crc0xffff
calccrc(writebuf2[0])
calccrc(writebuf2[1])
calccrc(writebuf2[2])
calccrc(writebuf2[3])
calccrc(writebuf2[4])
calccrc(writebuf2[5])
writebuf2[6]crc & 0xff
writebuf2[7]crc0x100
WriteFile(hComwritebuf28&comnumNULL)
327 数读取
ReadFile(hComwritebuf5+zxnum*2&comnumNULL)读取zxnum通道数增加错误处理程序址码错误CRC码错误判断通讯障处理等
33 现场机数传输具体程
位机整系统控制核心命令消息环境监测员位机发出现场机作传输网络总节点通位机发出消息帧进行解析分析出位机发消息具体含义现场机系统中仪器局域网络现场机唯设备解析完位机命令生成应Modbus命令根现场机系统网络数传输协议生成仪器识消息帧发送仪器
次设计中现场机系统中局域网络采建太网TCPIP协议作数传输载体利TCPIP数帧Modbus协议进行封装通太网现场仪器进行通信
现场机操作系统中建数库系统三处：
1位机发出命令进行解析转化成包含Modbus协议TCPIP帧
2存储现场仪器种参数包括仪器Modbus址太网中工作时分配IP址包括数采样间隔等参数
3数采样数进行存储位机需数现场机数库中直接调取
现场机系统中现场机唯设备环境监测仪器Modbus网中处位置等价台监测仪器通路器现场机相连现场机系统采太网作局域网实现通信前必须台仪器配置独立IP址现场机数库中台监测仪器Modbus址太网IP址应现场机读取仪器数时采扫描方式序分读取需进行数采集仪器次数扫描完毕重复刚程直完成命令提出求
图32显示现场机单监测仪器进行数通信流程
程序初始化
读取系统状态
读取现场
仪器参数
否够正确
连接现场仪器
读取现场仪器数
存储数库
数扫采集
否完成
保存参数
程序结束
显示仪器
连接错误
否
否
图32 现场机仪器进行通信流程图
34 现场机系统硬件组成
环境监测仪器
次设计中环境监测仪器：
1W20系列参数水质监测仪
W20系列参数水质监测仪日HORIBA公司生产W20系列水质监测系统海洋河流水坝井水表水城市水雨水径流湖泊池塘渔场等种水质评定检测佳选择HORIBA年研发电极技术结晶凝结直径47mm探头中独创性开拓高压深水领域应实现13种参数高精度时测量W20系统兼容WiFi数检索等功连接电脑进行处理处理数隔15分钟探头记录次采集数实现长达月现场连续监测
2环境气体分析仪
次设计中采环境气体分析仪型号2250英国生产2250种功环境气体监测仪动植物生理学研究气候变化研究环境控制研究微气候研究生态生理学果实储藏微生物活性降解等仪器测量CO2水汽变化8传感器接口接种传感器测量更环境参数
数采集仪
现场机系统中数采集仪唯设备台具备WiFi接口PC机台监测仪器通带WiFi数检索功通加入串口WiFi模块数采集仪相连次设计中采W20系列参数水质监测仪器兼容WiFi数检索等功连接电脑进行处理处理数环境气体分析仪带8传感器接口接种传感器测量更环境参数里必须加模数转化器传感器采集模拟信号转换成数字信号
系统ADC0809模数转换器面进行详细介绍
1ADC0809概述
ADC0809美国国家半导体公司生产CMOS工艺8通道8位逐次逼式AD转换器部8通道路开关根址码锁存译码信号选通8路模拟输入信号中进行AD转换目前国应广泛8位通AD芯片
2ADC0809特性部结构
ADC0809特性：
（1）8路输入通道8位A／D转换器分辨率8位
（2）具转换起停控制端
（3）转换时间100μs(时钟640kHz时)130μs（时钟500kHz时）
（4）单＋5V电源供电
（5）模拟输入电压范围0～＋5V需零点满刻度校准
（6）工作温度范围40～＋85摄氏度
（7）低功耗约15mW
ADC0809CMOS单片型逐次逼式A／D转换器部结构图33示8路模拟开关址锁存译码器较器8位开关树型AD转换器逐次逼
图33 单片机控制AD转换器电路图
3ADC0809外部特性（引脚功）
ADC0809芯片28条引脚采双列直插式封装图34示面说明引脚功
IN0～IN7：8路模拟量输入端
21～28：8位数字量输出端
ADDAADDBADDC：3位址输入线选通8路模拟输入中路
ALE：址锁存允许信号输入高电效
START： A／D转换启动脉输入端输入正脉（少100ns宽）启动（脉升0809复位降启动AD转换）
EOC： A／D转换结束信号输出A／D转换结束时端输出高电（转换期间直低电）
OE：数输出允许信号输入高电效A／D转换结束时端输入高电开输出三态门输出数字量
CLK：时钟脉输入端求时钟频率高640KHZ
REF（+）REF（）：基准电压
Vcc：电源单＋5V
GND：图34 ADC0809引脚图
4ADC0809工作程
首先输入3位址ALE1址存入址锁存器中址译码选通8路模拟输入较器START升逐次逼寄存器复位降启动 A／D转换EOC输出信号变低指示转换正进行直A／D转换完成EOC变高电指示A／D转换结束结果数已存入锁存器信号作中断申请OE输入高电 时输出三态门开转换结果数字量输出数总线
转换数传送 AD转换数应时传送单片机进行处理数传送关键问题确认AD转换完成确认完成进行传送采述三种方式
（1）定时传送方式
种AD转换说转换时间作项技术指标已知固定例ADC0809转换时间128μs相6MHzMCS51单片机64机器周期设计延时子程序AD转换启动调子程序延迟时间转换肯定已完成接着进行数传送
（2）查询方式
AD转换芯片表明转换完成状态信号例ADC0809EOC端查询方式测试EOC状态确认转换否完成接着进行数传送
（3）中断方式
表明转换完成状态信号（EOC）作中断请求信号中断方式进行数传送
述种方式旦确定转换完成通指令进行数传送首先送出口址信号效时OE信号效转换数送数总线供单片机接受
模拟信号转换成数字信号需受单片机控制数字信号传输出模数转换器方面接收传感器送模拟信号方面受单片机控制转化成数字信号输出工作流程图图35示系统ADC0809模数转换器逐次逼型8位8通道A D模数转换器转换时间典型值100us模拟信号输入电压0～5V电源电压单电源5V
开始
初始化
START1
EOC 1
读转换结果输出口
启动ADC0809
否
否
通道址加1
8端口次访问
结束
图35 ADC0809执行流程
系统选89C52型单片机控制数字信号输出数采集部分中作控制ADC0809时转换时输出数相应实现程序：
#includereg51h
int a
sbit EOCp10
sbit STARTp11
sbit OEP12
sbit CLKp13
void delay_us()
{
int i
for(i0i<10i++)
}
void main()
{
p2a
a0X00
CLK0
delay_us()
CLK1
delay_us()
START1
if(EOC1)
{
START0
OE1
START1
a++
}
else if OE0
}
转换数单片机P0口读入样实现89C52ADC0809软件硬件连接
单片机线网络通信需加串口WiFi模块UartWifi模块基Uart接口符合wifi线网络标准嵌入式模块置线网络协议IEEE80211协议栈TCPIP协议栈够实现户串口数线网络间转换通UartWifi模块传统串口设备轻松接入线网络[12]
然数采集仪利身带WiFi接口通线路器位机间通信
现场机系统硬件框图
综述现场机系统硬件框图图36示W20系列参数水质监测仪
环境气体分析仪
数
采
集
仪
线路器
温湿度传感器
光传感器
……
ADC0809 AD
转换器
线传输网络
位
机
图36 现场机系统硬件框图
串口WiFi模块
单片机模块
第4章 线传输网络
线传输网络整环境监测系统核心部分传输网络否够实时效进行数传输决定整系统否正常稳定工作素设计日趋成熟线数传输网络引入进改变传统环境监测移动性实现程度降低监测设备投入成
线传输技术发展越越快相起传输速度传输稳定性前未提高种飞跃量数线数传输够实现现代环境监测技术非常重面天监测点量数源果数传输速率保证整系统设计变没意义
41 WiFi概念
WiFi种电脑手持设备（PDA手机）等终端线方式互相连接技术WiFi线网络通信技术品牌WiFi联盟（WiFi Alliance）持目改善基IEEE80211标准线网路产品间互通性现般会WiFiIEEE80211混谈甚WiFi等线网际网络
WiFi联盟成立1999年时名称做Wireless Ethernet Compatibility Alliance（WECA）2002年10月正式改名WiFi Alliance通俗说法WiFi原先线保真缩写WiFi英文全称Wireless Fidelity线局域网范畴指线相容性认证实质种商业认证时种线联网技术前通网线连接电脑现通线电波连网常见线路器线路器电波覆盖效范围采WiFi连接方式进行联网果线路器连接条ADSL线路者网线路称热点现市面常见线路器54M速度108M速度300M速度WiFi路器正逐步趋普遍WiFi代标准制定启动高传输速率达67G然速度互联网速度互联网速度取决WiFi热点互联网线路[11]
42 线传输网络基结构
1．WiFi协议基容
80211协议IEEE 802工作组定义第国际认线局域网协议传统线局域网相基WiFI协议线局域网具移动性动态拓扑结构易搭建特点户根需求环境选择合适局域网技术构造网络
线局域网协议出台天十年发展中该组织相继协议进行完善80211b高速协议提出80211协议进行补充802111Mbps2Mbps速率80211b增加55Mbps11Mbps两新网络吞吐率演进80211g54Mbps直天80211n108Mbps
80211协议规定WiFi基网络包括物理层介质访问接入控制层（MAC层）逻辑链路控制层（（LLC层）三层结构图41示
8022LLC（Logical Link Control）
80211 MAC
80211 PHY
FHSS
80211 PHY
DSSS
80211 PHY
IRDSSS
80211 PHY
OFDM
80211 PHY
DSSSOFDM
80211b
11Mbits 24GHz
80211a
54 Mbits 5GHz
80211
54 Mbits 24GHz
图41 80211协议三层结构
1） 物理层图4180211b定义工作24GHzISM频段总数传输率设计11Mbps80211a定义工作5GHzISM频段总数传输率设计54Mbps物理层80211g定义工作24GHzISM频段总数传输率设计54Mbps物理层
2） MAC层WiFi标准物理层定义公MAC层添加新物理层需求时需MAC层进行改动职8023协议MAC层非常相似享媒体支持户享资源发送者发送数前先进行网络性调节
3） 逻辑链路控制层（LLC）8022完全相LLC层48位MAC址线线间桥接非常方便MAC址线局域网唯确定
2．WiFi网络组成部分
IEEE 80211体系干部分组成元素通相互作提供线局域网服务层支持站点移动性基组成部分：
* 站点（station）网络基组成部分台PC机PDA等手持线设备
* 基服务单元（Basic Service SetBSS）80211标准规定线局域网构件基服务单元包括基站干站点站点BSS直接通信BSS外站点通信时必须通ＢＳＳ基站简单服务集两站点组成站点动态联结基服务单元中
* 分配系统（Distribution SystemDS）连接基服务单元分配系统通必逻辑服务匹配址分配目标站点移动终端设备支持BSS间实现缝整合正分配系统DS扩展服务单元ESS层表现基服务单元BSS样
* 接入点（Access PointAP）基服务单元里面基站做接入点AP作网桥相似AP普通站点身份接入分配系统功
* 扩展服务单元（Extended Service SetESS）分配系统基服务单元组合成基服务单元孤立通接入点AP连接干分配系统DS然接入基服务单元BSS样构成扩展服务单元ESS
* 门桥（Portal）80211定义新名词作相网桥线局域网线局域网者网络联系起非80211局域网数通门桥进入IEEE 80211网络结构门桥两种类型网络实现逻辑综合
图42综合IEEE 80211线局域网组成元素服务完整结构图
图42 IEEE80211线局域网组成元素服务
43 线传输网络基工作原理
WiFi典型设置通常包括接入点AP客户端接入点AP隔100ms服务单元标识SSID(Service Set Identifier)网络名称(Network Name)beacons封包广播次Beacons封包传输速率1Mbps该封包长度非常短广播动作WiFi网络性影响WiFi规定低传输速率1Mbps足确保接收SSID广播封包WiFi客户端少1Mbps速率进行通信
基SSID样设置客户端决定否联结某接入点APSSID两接入点AP客户端接收范围客户端根信号强度选择接入点SSID联结
WiFi网络信道频率802lla5GHz频率WiFi频谱分布24G Hz左右该频率段全世界国开放需许确切频率分配允许功率着细微差频率划分信道数量全世界做统规范授权频率段通信道数量进行区分
44 线传输网络操作模式
IEEE 80211 标准定义两种基操作模式Infrastructure模式Ad hoc组网络模式
1) Infrastructure模式属固定基础设施线局域网组成结构少包括线网络连接线接入点AP系列线终端站点该模式覆盖范围站点提供服务客户终端通接入点AP实现间相互通信Infrastructure模式通门桥提供线网络特网入口相连接性种配置(AP干站点组合)构成基服务集合BSSBSS覆盖范围站点相线频率扩展服务集合ESS两BSS构成单子网线者需访问线网设备服务文件服务器印机互联网链接会采种Infrastructure模式图43示Infrastructure模式结构
图43 Infratructure模式结构
2) Ad hoc组网络模式组客户终端组成作独立基服务单元BSSIBSS(Independent Basic Service Set)该模式需基础设施(接入点AP分配系统连接)支持实现覆盖范围站点间通信站点需通接入点AP相IBSS站点建立通信图44示Ad hoc模式结构
图44 Ad hoc模式结构
45 WiFi基特点
线电波覆盖范围广基蓝牙技术电波覆盖范围非常半径约50英尺左右（约合15米）WiFi半径达300英尺左右（约合95米）办公室说整栋楼中Vivato公司推出款新型交换机悉该款产品够目前WiFi线网络300英尺（接100米）通信距离扩4英里（约65公里）
二然WiFi技术传输线通信质量数安全性蓝牙差传输质量改进传输速度非常快达54Mbps符合社会信息化需求
三厂商进入该领域门槛较低厂商机场车站咖啡店图书馆等员较密集方设置热点通高速线路特网接入述场样热点发射出电波达距接入点半径数十米100米方户支持线LAN笔记电脑PDA该区域高速接入特网说厂商耗费资金进行网络布线接入节省量成
四须布线WiFi优势需布线受布线条件限制非常适合移动办公户需具广阔市场前景目前已传统医疗保健库存控制理服务等特殊行业更行业拓展开甚开始进入家庭教育机构等领域
五健康安全IEEE 80211规定发射功率超100毫瓦实际发射功率约60~70毫瓦什样概念呢？手机发射功率约200毫瓦1瓦间手持式讲机高达5瓦线网络方式非手机直接接触体绝安全
根线网卡标准WIFI速度中IEEE80211b高11Mbps（部分厂商设备配套情况达22Mbps）IEEE80211a54MbpsIEEE80211g54Mbps
WIFIAP(Access Point)线网卡组成线网络AP般称网络桥接器接入点作传统线局域网络线局域网络间桥梁台装线网卡PC均透AP分享线局域网络甚广域网络资源工作原理相置线发射器HUB者路 线网卡负责接收AP发射信号CLIENT端设备
wireless bg表示网卡型号速度技术新旧分80211a199980211b199980211g200380211n2009
讲起线网家种似非感觉线否简单两台计算机互联？No已世纪线概念新代线网络须布线相建立起线局域网全新感受需求决定市场发展少见种IT技术产品够象样迅猛增长势头受约束时访问互联网梦想中WiFi发挥关重作WiFi代表线保真指具完全兼容性80211标准IEEE80211b子集开放24GHz直接序列扩频数传输速率11Mbps根信号强弱传输率调整55Mbps2Mbps1Mbps带宽需直线传播传输范围室外300米室障碍情况100米现传输协议
第5章 位机系统
位机整环境监测系统控制中心承担数查询状态查询数存贮控制理等种工作位机软件系统监测系统操作员提供友环境界面操作员简单鼠标键盘触摸屏操作实现现场仪器种控制理数汇总工作
环境监测应软件采Microsoft网络新计划中发布VC#NET作软件编写调试台基NET台优秀力非常简便实现种解决方案包括户界面编写数传输协议实现数库系统操作等等次设计中位机软件体系分成两部分：位机现场机数传输部分数库部分结构图51示
数通信
协议
线
网络
数 库
现 场 机
数 库
位 机
图51 位机结构
51 位机现场机数传输部分
数通信协议
次设计环境监测系统位机现场机间数通讯应通信协议ISOOSI定义7层协议应层应层赖选传输网络选定传输网络进行应层数通讯基础传输层已建立基础整应层协议具体传输网络关
协议通信模式
协议通信程位机现场机信息交互流程位机现场机相互发送者接受数消息进行响应般言完整信息通信程位机发起报警等特殊情况现场机位机发送通信求
位机发送命令现场机
现场机接命令应答位机收现场机应答消息确认正确连接建立
1 现场机执行位机发出请求操作
2 现场机命令执行完毕位机返回执行结果
3 命令完成
位机现场机发送命令场合处相整命令响应程分种：
1请求命令：命令位机现场机发出命令时流程图52示
返回执行结果
执行请求
应答请求
请求
现场机
位机
图52 请求命令格式
2传命令：图53示应现场机动位机发送消息例现场机WiFi进行数传输时位机设定间隔时间动报实时数
传数
位机
现场机
图53 传命令格式
3通知命令：图54途传输报警事件命令现场机发送报警信息等位机已报警信息回应等果规定时间没收进入重发机制
回应收通知
通知
位机
现场机
图54 通知命令格式
513 超时机制
消息响应程中会种情况导致法正确传输者传输错误具体分两种情况：
1请求回应超时
设备发出请求命令果规定时间没收响应消息认次通信超时发生超时情况原设备重新发送刚请求命令次等响应消息果重发规定次数然没收响应消息认定通信链路通信程结束[7]
2执行超时
发出数请求设备收请求回应确认开始接受数果规定时间没收返回数消息帧者收消息帧完整认次通信超时命令执行失败结束通信程
次设计中基WiFI技术线数传输方式延时时间重发次数作具体规定表51示
表51 超时定义表
通讯类型
缺省超时定义（秒）
重发次数
WiFi
15
3
514 通讯协议数结构
通信协议全部ASCII码字符表示完整通信协议消息帧必须包括包头数段长度数段CRC校验包尾五部分中部分缺少[8]表52示：
表52 通信协议消息帧格式
名称
类型
长度
描述
包头
字符
2
定义包起始位置固定##
数段长度
十进制整数
2
数段分长度例果数段分全部长度960字节0960表示
数段
字符
4
放置指令数
CRC校验
十六进制整数
0~1024
数段CRC效验码
包尾
字符
标识包结束固定回车换行
数段包含消息帧核心容具体构成图55示
数段具体结构结实表53示
通讯包组成
包头
数段
数段
CRC
包尾
请求编号
系统编号
命令编号
设备唯标识
密码
标志位（请求应答）
指令
请求编号
系统编号
命令编号
设备唯标识
密码
总包号
数
包号
数段组成
图55 数帧结构组成
表53 数段结构具体解释
名称
类型
长度
描述
请求编号（QN）
字符
20
唯标示条命令次通讯程交互中通请求编号标示操作针条具体命令条非传命令（传命令采分包方式时）数部分会包含QN请求编号容实际精确毫秒时间戳完整格式年月日时分秒毫秒17字符：
总包号（PNUM）
字符
4
表示次通讯中总包括数包数量ASCII字符型整形值参数赖Flag标志Flag标志第7位1时候采分包数包中数段会包含总包号部分：PNUM10
包号（PNO）
字符
4
标示前数包次通讯中数包中序位置：PNO1
系统编号（ST）
字符
5
标示前数包属系统数包长度两ASC II字符（详情参见：系统编码表）命令数包根系统编号区分数属监测系统数：ST31
命令编号（CN）
字符
7
标示数包应功长度4ASCII字符命令分请求命令通知命令交互命令数传命令等：ST1011
访问密码（PW）
字符
6
表示数合法访问性数包中包含访问密码标示身份供数包接收方进行验证密码6ASCII字符组成：PW123456
设备唯标识（MN）
字符
14
否拆分包应答标识（Flag）
字符
3
拆分包应答标志通字节位分表示含义取值范围0~255字节取值范围目前两Bit：
0
0
0
0
0
0
D
A
A：数否应答Bit：1—应答0—应答
D：否数序号Bit：1—数包中包含包序号总包号两部分0—数包中包含包序号总包号两部分发起请求方通设置Flag告诉应答方支持通讯方式应答方根执行命令情况请求回应中告诉请求方接什样方式通讯：请求方法送请求包中Flag3（表示分包应答方式通讯）应答方根命令功分返回：
Flag3：接执行请求程中采：分包数间相互次序联系统整体应答方式收条数回应确认应答)
Flag2：接执行请求程中采：分包数间相互次序联系统整体应答方式收条数发送收确认应答
Flag1：接执行请求程中采：分包数包间没联系数包成体具完成含义应答方式收条数回应确认应答
Flag0：接执行请求程中采：分包数包间没联系数包成体具完成含义应答方式收条数发送收确认应答
指令参数（CP）
字符
0~960
表54出具体通信实例
表54 数通信具体程
类
项目
示例说明
命令解释
命令说明
位
机
取污染物数
QN2011
ST10
CN2031
PW123456
MN88888880000001
Flag3
CP&&
BeginTime20110506000000
EndTime20110510000000&&
2011年5月16日1时1分1秒1毫秒时刻发出ST10表示现场机系统编号10CN2031表示命令数提取命令MN88888880000001表示进行数读取仪器代号：88888880000001PW123456表示该仪器访问密码123456Flag3表示出条命令包
CP&&BeginTime
20110506000000EndTime
20110510000000&&：表示提取2011年5月6日2011年5月10日间数
现场机
请求
应答
ST91
CN9011
PW123456
MN88888880000001
Flag0
CP&&
QnRtn1&&
CN9011表示正确收位机命令命令做出回答
现场机
传
污染
物目
数
ST32
CN2031
PW123456
MN88888880000001
CP&&
DataTime
20040506000000
101Min11
101Avg11
101Max11
102Min21
102Avg21
102Max21…&&
现场机数包传送位机CP&&&&间字段实际数
现场机
返回操作
ST91
CN9012
PW123456
MN88888880000001
CP&&
ExeRtn1&&
表示现场机位机需数发送完毕
字段说明
QN
请求编号
QnRtn
请求返回结果
BeginTime
采集数起始时间
EndTime
采集数结束时间
DataTime
数时间
101Min
表示污染物101日值
101Avg
表示污染物101日均值
101Max
表示污染物101日值
ExeRtn
请求执行结果
命令基述流程执行
52 数库部分
数库设计方案
数库整系统正常工作台保障设计合理数库系统需做结构化数统理关系规范数冗余度数享数独立数完整做求必须项目进行充分调查研究分析
次设计中数库监控系统中承担三方面务：
1协助数通信程序数通信中需利协议数库系统仪器库等记录仪器状态设置维持现场机监测仪器间现场机位机间进行正常数通信实现系统监测仪器进行实时监控数采集数处理等功
2理数库户次设计环境线监测系统面户数库库中包含户权限理户操作记录等等根户权限限制户保证整系统序化持续化运行[9]
3存储监测仪器采集数现场机监测仪器采集数存储现场机数表中位机根具体需现场机数库中提取数
数库需求分析
次设计中系统软件SQL ServerMicrosoft Visual C++ 60
现场机位机需数表存放现监测仪器采集数考虑数采集具时间累加性着采集时间增加数表会累积变非常庞系统张表操作变十分缓慢需数库建立两张数表格张期数表接收传输系统采集新数张历史数表存放数隔定期时间需期数表信息传历史数表中然期数表清空位机果需调周数期数表中读取果需读取历史数需访问历史数表采种存储方式系统性优化处[10]
53 线路器简介
线路器前面板结构图56示前面板想左右次排列着PWR灯SYS灯WLAN灯1—4 LAN灯WAN灯WPS灯
图56 线路器前面板结构
PWR：电源指示灯常灭表示未接通电源常亮表示已加电
SYS：系统状态指示灯常灭表示设备正初始化闪烁表示正常工作
WLAN：线状态指示灯常灭表示未启线功闪烁表示已启动线功
1—4：局域网状态指示灯常灭端口未连接设备闪烁端口正传输数常亮端口已连接设备
WPS：键安全设定指示灯绿色闪烁正安全连接绿色常亮安全连接成功红色闪烁安全连接失败
线路器背面板结构图56示分WAN四LAN口WAN口连接InternetLAN口连接计算机网卡网线端口连接然接通电源线路器进行配置[15]
图57 线路器背面板结构
总结
环境事业重性已越越认识环境持续性发展国家济着关重作环境监测技术发展环境保护事业够断发展重保障
文提出种基WiFi技术线传输网络环境技术利线路器架构套够环境实施远程动监控环境监测系统次设计中分三部分：
1现场机系统设计
WiFi单片机数采集仪现场监测仪器组成实时监测仪器网采基IP太网作整现场网络架构现场机数通信采Modbus协议系统兼容性保障
2传输网络设计
考虑环境监测现场实际条件适合采线网络作数传输载体文提出利线网络实现远距离数传输方式采WiFi技术实现
3位机系统设计
位机整环境监测系统控制中心承担数查询状态查询数存贮控制理等种工作位机软件系统监测系统操作员提供友环境界面操作员简单鼠标键盘触摸屏操作实现现场仪器种控制理数汇总工作
参考文献
［1］德忠国环境监测技术现状发展［J］连理工学出版社2005
［2］刘建国王瑞斌李钢环境监测技术发展方［J］中国环境监测2005
[3］杜卫东环境监测技术路线［J］中国测试技术2005
［4］吴功宜编著计算机网络（第二版）［M］清华学出版社2009
［5］Modbus Protocol User Guide［J］Lantronix2004
［6］Modion Modbus Protocol Reference Guide［J］ModitionIndustrial Automation
System1996
［7］Kenneth AREEK著C指针［J］民邮电出版社2003
[8] 谭浩强著C程序设计（第三版）［M］清华学出版社2007
［9］徐士良编著计算机软件技术基础［M］清华学出版社2007
[10] 王昊亮李刚Visual C#程序设计教程［M］清华学出版社2003
[11]
[12]
［13］
［14］
［15］
致谢
毕业设计知识运力次全面考核进行科学研究基功训练培养综合运学知识独立分析问题解决问题力撰写专业学术文工作良基础
次设计够利完成首先感谢学院创造样难机会够理知识运实践够锻炼培养独立思考力期间尤指导老师李建奇老师莫帮助厌烦认真指导毕业设计耐心指导出现问题指导撰写份报告身学许受生道理书法学东西表示衷心感谢
文档香网(httpswwwxiangdangnet)户传
《香当网》用户分享的内容，不代表《香当网》观点或立场，请自行判断内容的真实性和可靠性！
该内容是文档的文本内容，更好的格式请下载文档
