一种环境信息采集终端的制作方法

1.本发明涉及环境保护领域，尤其是涉及一种环境信息采集终端。


背景技术：

2.针对中小型企业的现状和环保监管部门的需求，目前对监管现场的监测参数要求越来越多，监测的地点也越来越广，导致采集环境对数据采集仪器的要求也越来越高。然而，传统的数据采集仪器自身的集成度不高，例如当监测的地点只有区域局域网或者网络掉线时，传统的数据采集仪器需要借助4g路由器和交换机才能实现网络功能，但这样无疑会提高了数据采集仪器的生产成本，而且难以对数据采集仪器的外接设备进行管理。
3.其次，传统的数据采集仪器对于排污企业的维护和远程控制能力还是有许多的不足之处。传统的数据采集仪器无法时刻知道设备自身的信息和无法远程定位出现特殊情况的原因，在传统数据采集仪器出现采集故障时，往往需要工作人员到仪器现场维护，导致传统数据采集仪器的运维成本大、维护周期长。
4.再者，现有的传统数据采集仪器并非模块化设计，采集仪器不具备扩散性，运算性能与存储性能也不能提升，对于排污企业全过程的监控，如产污、治污监控信息的接入能力较差，且数据接口不够充足，对复杂环境的适应性较弱，仪器普适性不足。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种环境信息采集终端，该环境信息采集终端可以减少监管人员到现场检查的工作量，实现排污企业的全过程监控，提升产污、治污、排污监控信息的接入能力。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种环境信息采集终端，特别的，包括网络通信模块、数据采集模块以及数据处理模块，其中，
8.所述网络通信模块设置有移动通信组件、路由组件以及端口映射组件；移动通信组件和路由组件设置与外界连接的通信接口，提供远程控制通道以及构建与外部平台数据传输的通信通道；根据传输数据的外部平台数量，网络通信模块对外部平台的网络类型进行识别，调用端口映射组件建立专网通信通道和/或公网通信通道，确定与对应平台实现数据传输的通信通道；
9.所述数据采集模块设置多个采集接口，经采集接口与外部设备数据交互，获取外部设备的数据；
10.所述数据处理模块接收数据采集模块传输的数据，清洗过滤所接收的数据，处理所接收数据的缺失值；
11.所述数据处理模块还与通信模块通信连接，清洗过滤后的数据由数据处理模块传输至通信模块，经通信通道传输至外部平台。
12.本发明的原理如下：
13.针对不同的现场环境，本环境信息采集终端可以快速部署广域网、移动网络等通信网络，通过路由组件和移动通信组件在采集现场组件复杂的网络分布，如直接实现网络通信的功能，或者通过配置实现路由器功能，又或者在环境信息采集终端同时向多个平台上传数据时，调用端口映射组件建立专网通信通道和/或公网通信通道。外部平台通过获取环境信息采集终端在网络端暴露的端口号，调用远程控制通道实现远程控制、远程访问、远程升级等功能，减少采集现场设备成本投入，减少工作人员到采集现场维护仪器的工作。
14.本环境信息采集终端在采集现场通过串口、网口、ad模块等多种采集接口与外部设备连接，由数据采集模块收集外部设备的信息，并将所收集的信息传输至数据处理模块。数据处理模块清洗过滤所接收的数据，处理所接收数据的缺失值。清洗过滤后的数据由数据处理模块传输至通信模块，经通信模块传输至对应的平台。
15.在一个实施方式中，所述数据处理模块接收数据采集模块传输的数据后，以瞬时值数据或累计值数据为标签对所接收的数据进行标识，并判断所接收数据的完整性；对含有缺失值的瞬时值数据采用计算平均值的方式清洗过滤，对含有缺失值的累计值数据采用计算累计区间极差的方式清洗过滤。数据处理模块接收数据采集模块传输的数据，对所接收的数据进行标识。根据数据类型的不同，数据处理模块将接收的数据划分为瞬时值数据和累计值数据，同时，数据处理模块判断标识后数据的完整性。当数据处理模块判定数据出现丢失时，对瞬时值数据采用计算平均值的方式清洗过滤，弱化丢失数据的影响；对累计值数据采用计算累计区间极差的方式清洗过滤，减少丢失数据的影响。
16.在一个实施方式中，所述数据采集模块设置有模拟量采集组件，该模拟量采集组件经采集接口获取外部设备的数据；数据处理模块持续监测对应采集接口的数据流动，判断模拟量采集组件与外部设备的连通状态；当数据处理模块探知对应采集接口的数据流动在预设的时间周期内持续中断后，数据处理模块标识模拟量采集组件对应的采集接口并发出告警信息，通知工作人员及时处理数据故障。进一步的，数据处理模块持续监测模拟量采集组件获取的信息；在设定的时间周期内，数据处理模块监测发现模拟量采集组件获取的信息持续超出设定的采集区间，所述数据处理模块判定模拟量采集组件获取的信息出现异常波动，并发出控制命令重置模拟量采集组件，以恢复模拟量采集组件的正常数据采集。
17.在一个实施方式中，该数据处理模块持续监测采集接口的数据流动，判断采集数据的连续性；在设定的时间周期内，当数据处理模块监测发现采集接口的数据无法正常传输后，所述数据处理模块发出控制指令，调整数据采集模块的采样频率和采样通道，避免数据采样通道过度拥挤，保证数据收发功能。
18.在一个实施方式中，数据采集模块设置有串口采集组件，该串口采集组件经采集接口获取外部设备的数据；数据处理模块持续监测对应采集接口的数据流动，判断串口采集组件与外部设备的连通状态；当数据采集模块探知对应采集接口的数据流动在预设的时间周期内持续中断后，数据处理模块判定串口采集组件无法采集正常数据，发出控制命令重置串口采集组件，以恢复串口采集组件的正常数据采集。
19.在一个实施方式中，所述网络通信模块包括定位组件，该定位组件存储环境信息采集终端所在的地理位置信息，并将该地理位置信息通过通信通道传输至外部平台。用户通过外部平台获取环境信息采集终端的地理位置信息，即可远程定位环境信息采集终端的位置，便于环境信息采集终端在日常使用中的运行维护。
20.在一个实施方式中，数据处理模块包括数据存储组件，该数据存储组件标识分类数据处理模块所接收的数据，对需要频繁读写的数据进行缓存处理，对固化数据进行永久存储处理。通过对数据的标识分类，对不同类型数据采用不同的存储处理方式，加快数据处理的效率。
21.在一个实施方式中，环境信息采集终端设置有数据展示模块，数据展示模块以可视化的方式向用户呈现经数据处理模块清洗过滤后的信息，使用户可以直观获取环境信息采集终端采集的信息。
22.在一个实施方式中，环境信息采集终端设置有传输模块，该传输模块设置有与外部设备通信的硬件接口，数据处理模块经硬件接口读取接入的外部设备信息，开启外部设备的内部程序调用功能，对环境信息采集终端的固件进行升级更新。
23.本发明具有以下优点：
24.1、本环境信息采集终端利用多个采集接口采集排污企业现场的产污生产线、污染物治理设施、排污设备的运行情况、能耗情况、物料消耗情况，形成多维度、强逻辑的监测数据，为数据分析提供有用的数据源。
25.2、本环境采集终端通过监测数据流动和采集区间，判断数据采集模块的采集数据有效性，并通过重启数据采集模块、对数据处理模块接收的数据进行清洗、过滤等方式，控制所采集数据的误差，有效提高数据的质量。
26.3、本环境信息采集终端通过设置有移动通信组件、路由组件以及端口映射组件，提供远程控制通道以及构建多条通信通道，实现网络端口转发、远程管理、流量统计和告警功能。
27.4、本环境信息采集终端集成了移动通信组件，在网络的选择和功能更为丰富，还设置了数据存储组件，可以储存更多数据和方便数据的备份。
28.5、本环境信息采集终端具备多种网络接入的能力，能够适应各类排污企业的现场，实施中对企业生产影响很少，能及时发现企业排污异常的问题，及时告知用户改正。
29.6、本环境信息采集终端具备远程升级功能，能有效减少人员现场维护的工作量。
附图说明
30.图1是本发明实施例中环境信息采集终端的示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
32.如图1所示的环境信息采集终端，其包括网络通信模块、数据采集模块以及数据处理模块，本实施例中，网络通信模块设置有作为移动通信组件的4g通信组件、作为路由组件的lan/wan通信组件以及端口映射组件；4g通信组件和lan/wan通信组件均设置与外界连接的通信接口，根据采集现场的信号环境，网络通信模块选择合适的通信接口，提供远程控制通道以及构建与外部平台数据传输的通信通道。
33.在现实采集场景中，环境信息采集终端采集的数据根据设定的需要，将采集的数据上报到单个平台或者多个平台。而现有平台的网络环境比较复杂，有的平台采用的网络是公网，而有的平台采用的网络是专网，而且不同专网的通信通道各有不同。为了应对现场
复杂的网络环境，网络通信模块会对外部平台的网络类型进行识别，调用端口映射组件建立专网通信通道和/或公网通信通道，确定与对应平台实现数据传输的通信通道。
34.本实施例中，数据采集模块设置多个采集接口，包括有rs485数字接口、rs232数字接口、ad模块以及开关量模块。rs485数字接口、rs232数字接口、ad模块以及开关量模块组成环境信息采集终端丰富的接口，使环境信息采集终端能够与现场各种类型的外部设备数据交互，获取各类型外部设备的数据，满足环境信息采集终端与现场多类型设备的通信对接需求。根据不同类型的采集接口，数据采集模块与现场外部设备数据交互有多种通信方式，譬如，
35.一、数据采集模块可以利用作为模拟量采集组件的ad模块，通过4-20ma电流采集外部设备的数据，在数据采集模块通过4-20ma电流采集外部设备的数据的过程中，作为数据处理模块的主控板会通过数据处理组件监测采集数据的过程：
36.a)主控板持续监测采集接口的数据流动，判断采集接口的连通状态；当主控板探知采集接口的数据流动在预设的时间周期，如5分钟内持续中断后，主控板就会标识对应的采集接口为数据故障，并向外部平台发出告警信息，指示ad模块当前数据采集流程出现错误，需求及时处理；
37.b)主控板会持续监测数据采集模块获取的信息；在设定的时间周期(5分钟)内，若主控板监测发现ad模块获取的信息持续超出设定的采集区间(4-20ma)，譬如ad模块采集的电流信息持续在21ma以上，主控板就会判定ad模块获取的信息出现异常波动，并发出控制命令重置ad模块；
38.二、数据采集模块也可以利用作为串口采集组件的rs485数字接口或rs232数字接口，通过串口进行数据信息传输，主控板根据定制的数据交互协议，将采集的数据换算成实际值；同样的，主控板会监测采集数据的过程：
39.a)主控板持续监测采集接口的数据流动，判断采集数据的连续性；在设定的时间周期(5分钟)内，当主控板监测发现采集接口的数据无法正常传输后，主控板发出请求信息，请求外部传输设备调整上传数据的速率、通信通道，并向串口采集组件发出控制指令，调整串口采集组件的采样频率，使串口采集组件的采样频率、采样通道与外部传输设备保持一致，避免数据采样通道过度拥挤，保证数据收发功能；
40.b)主控板持续监测采集接口的数据流动；主控板监测发现采集接口的数据流动中断并持续设定的时间周期(5分钟)后，主控板判定采集接口无法采集正常数据，并发出控制命令重置串口采集组件。
41.通过上述数据采集方式，环境信息采集终端日常采集数据时，所采集的数据精度能达到千分之一以内的数据误差，但是，由于采集现场的环境因素比较复杂，采集干扰因子较多，数据采集模块所获取的数据无法避免数据误差和数据丢失的出现，对此，本实施例中，
42.主控板会以瞬时值数据或累计值数据为标签对所接收的数据进行标识，并判断所接收数据的完整性；对含有缺失值的瞬时值数据采用计算平均值的方式清洗过滤，对含有缺失值的累计值数据采用计算累计区间极差的方式清洗过滤。主控板接收数据采集模块传输的数据，对所接收的数据进行标识。根据数据类型的不同，主控板将接收的数据划分为瞬时值数据和累计值数据，同时，主控板判断标识后数据的完整性。当主控板判定数据出现丢
失时，对瞬时值数据采用计算平均值的方式清洗过滤，弱化丢失数据的影响；对累计值数据采用计算累计区间极差的方式清洗过滤，减少丢失数据的影响。清洗过滤后的数据由主控板传输至通信模块，经通信通道传输至外部平台。
43.本实施例中，为了实现环境信息采集终端的定位，网络通信模块会设置有定位组件，定位组件通过连接外部网络，向百度地图或者高德地图发送定位请求，获取自身地理位置信息并存储。在外部平台发送指令获取环境信息采集终端的位置时，将该地理位置信息通过通信通道传输至外部平台进行定位。
44.本实施例中，主控板还包括数据存储组件，数据存储组件会将主控板接收的数据标识分类为不同数据类型，将关键重复数据放在flash中，进行缓存并进行频繁读写操作；对固化数据则放在tf存储空间中，进行永久存储处理。
45.本实施例中，环境信息采集终端设置有作为数据展示模块的显示屏，显示屏以可视化的方式向用户呈现经主控板清洗过滤后的信息。
46.本实施例中，环境信息采集终端设置有作为传输模块的usb模块和tf卡槽，usb模块和tf卡槽都设置有与外部设备通信的硬件接口。外部设备如usb、tf卡经硬件接口接入主控板，主控板即读取接入的外部设备信息，调用usb霍tf卡的内部存储的程序，对环境信息采集终端的固件进行升级或者维护。
47.本说明书列举的仅为本发明的较佳实施方式，凡在本发明的工作原理和思路下所做的等同技术变换，均视为本发明的保护范围。