实时处理监测系统（精选11篇）
实时处理监测系统 篇1
1 引言
随着生活水平的提高, 人们对居室的要求越来越高, 各种装修、装饰材料进入千家万户, 室内空气污染加剧。甲醛作为重要的有机原料, 广泛存在于各种人造板材、皮革、家具、涂料等使用黏合剂的材料, 存在于清洁剂、化妆品和各种装饰用品, 并缓慢释放。
甲醛是原浆毒物, 吸入高浓度甲醛时, 会引起呼吸道严重刺激, 支气管哮喘, 鼻咽喉癌变或猝死。若经常吸入少量甲醛, 会导致免疫功能、心肺功能异常, 引发鼻咽喉癌, 甚至死亡。甲醛在我国的有毒化学物品控制名单中高居第2位, 被世界卫生组织认定为致癌和致畸形物质。
如今, 室内甲醛的监测净化引起了人们的广泛关注。甲醛监测方法有:传感器法、气相色谱法、酚试剂分光光度法等。除传感器法外, 都需人工现场取样, 过程复杂, 周期长, 无法实现实时监测。本文采用的HCHO sensor甲醛传感器不需人工取样, 响应快、精度高、性能稳定、线性度好、操作简单。甲醛净化方法:植物净化、光催化净化、臭氧净化、活性炭吸附。这些方法各有优劣, 植物净化有一定效果, 但不确定因素较多;光催化净化前景好, 但净化率低, 有二次污染;臭氧净化可将甲醛分解生成水和二氧化碳, 但臭氧本身也是污染物;活性炭吸附法成本低廉、无毒副作用, 但吸收效率低。活性炭经过氧化改性可使其孔隙结构和表面官能团数量发生变化, 增强其化学吸附性能。因此, 本文采用了高锰酸钾溶液对其进行改性。实验证明, 改性后的负载活性炭对甲醛吸附率大大提高。系统在实现实时监测、净化的同时, 也遵循了性价比最优原则, 具有很高的实用价值。
2 智能控制部分
2.1 元件选择
HCHO sensor甲醛传感器、STC12C5A60S2单片机、液晶显示器LCD1602、气泵、TTL电平转换芯片 (5V转3.3V) 。
2.2 模块组成
系统主要由主控核心CPU、数据采集模块、键盘模块、LCD显示模块、报警模块、继电器模块组成。
2.3 模块设计
2.3.1 数据采集模块
室内甲醛气体经扩散进入HCHO sensor传感器, 传感器内部的电解质与甲醛气体发生反应后, 能够产生微弱的模拟电信号, 该信号经过传感器内部的放大电路得到与甲醛浓度成一定比例的模拟电信号, 最后经过内部的模/数转换电路输出数字信号。
按照串口通信协议, 单片机需要定时发送查询监测数据指令给传感器, 传感器返回数据包给单片机, 单片机系统对数据进行处理得到甲醛浓度。
HCHO sensor传感器优势:由英国dart传感器公司生产, 采用了独特的电解质封装技术, 内置高性能的模拟电路和数据处理单元, 并集成了大量的经验算法, 可以直接输出甲醛的数字浓度信息, 而且出厂时已进行零点标定和标准气浓度标定。HCHO sensor响应快、性能稳定、精准度高、性价比高。
HCHO sensor传感器重要参数:
量程:0-7.5mg/m3
精度:<5%或<-5%FS
分辨率:0.01mg/m3
温度范围:0℃~55℃
湿度范围:0~95%
工作电压:3.3V
响应时间:<30s
使用年限:5年
线性度:线性
输出:UART串口TTL电平
2.3.2 键盘模块
键盘模块通主要过单片机和两个按键来实现人机交互。通过键盘模块向单片机发送动作指令, 控制系统运行, 然后在液晶屏1602上显示报警临界值。
当没有按键按下时, 初始报警浓度为0.08mg/m3。当1号按键按下时, 不改变报警浓度, 检测到1号按键弹起时, 报警浓度下调0.01mg/m3;当2号按键按下时, 不改变报警浓度, 检测到2号按键弹起时, 报警浓度上调0.01mg/m3。除1号和2号按键外, 其他按键全部设为无效。这样设计键盘模块, 有利于排除干扰和实现消抖, 准确设置报警临界浓度, 维护系统安全。
2.3.3 LCD显示模块
LCD显示模块通过单片机的I/O口实现对1602液晶屏的控制。1602液晶屏可以显示2行, 每行显示16个字符。显示模式设置为:写指令0×38, 16×2显示, 5×7点阵和8位数据接口。令第一行显示甲醛浓度, 第二行显示报警临界浓度。
2.3.4 报警模块
报警模块主要由单片机和蜂鸣器组成, 当室内甲醛浓度高于报警临界浓度时, 启动蜂鸣器, 否则, 蜂鸣器处于关闭状态。
2.3.5 继电器模块
继电器模块主要由继电器、气泵和甲醛处理装置组成, 判断蜂鸣器是否处于开启状态, 若蜂鸣器开启, 则启动继电器, 气泵开始工作, 甲醛净化系统开始对甲醛进行净化, 否则, 继电器保持关闭。
气泵的作用:控制气体流速, 从而控制室内换气速率。
气泵的选择:如果功率过小, 则室内换气速率慢, 因为甲醛持续挥发, 达不到很好的净化效果;如果功率过大, 活性炭吸收的甲醛发生脱附, 造成能量的浪费。
气泵的参数:
输入电压:220V
使用功率:200W
2.4 系统硬件结构框图 (图1)
2.5 系统硬件实物图 (图2)
2.6 系统主程序流程设计 (图3)
3 化学实验部分
3.1 实验原理
活性炭有高度发达的孔隙结构和庞大的表面积, 这种高度发达的孔隙结构——毛细管构成了一个强大的吸附力场会立即将有毒气体吸入孔内达到净化空气的作用。活性炭的结构特性和化学性质决定了其吸附性能, 利用化学法对活性炭进行改性, 可改变其吸附性能。
3.2 实验方案
(1) 利用不同浓度的高锰酸钾溶液对活性炭进行浸泡处理, 通过比较相同时间内甲醛吸附率的差异, 找出高锰酸钾与活性炭的最佳配比。
(2) 利用最佳配比下的活性炭对不同浓度的HCHO气体进行吸附, 在低成本的前提下验证该配比, 并检验是否符合动力学。
3.3 实验药品及仪器
活性炭, 高锰酸钾溶液, 硫酸, 玻璃缸 (带玻璃盖) , 气泵, 风扇, 圆底烧 (带胶塞) , 甲醛溶液, 玻璃管, 橡胶管, 大烧杯, 甲醛传感器, 漏斗, 铁架台 (带铁圈) , 滤纸, 电炉, 分析天平, 玻璃棒, 量筒, 单片机传感器, 真空抽滤泵, 烘箱, 超声波震荡器
3.4 实验步骤
3.4.1 最佳配比的探索
(1) 拟定一系列配比:固定活性炭的质量为200mg, 高锰酸钾的体积为50m L, 改变高锰酸钾的浓度为200mg/L, 400mg/L, 600mg/L, 800mg/L, 1000mg/L。
(2) 配比探索实验过程
(a) 活性炭的处理
用分析天平称取5份200mg/份的活性炭, 然后分别取200mg/L, 400mg/L, 600mg/L, 800mg/L, 1000mg/L, 高锰酸钾溶液各50m L分别加入5个相同的烧杯中, 并分别加入10m L硫酸酸化, 混合均匀后放入超声波震荡器中在99Hz频率下超声混合10分钟, 抽滤并将所得固体烘干。
(b) 甲醛气体的制取
将甲醛传感器和单片机组成的甲醛检测系统放入27cm×15cm×40cm的玻璃缸中, 盖上玻璃盖, 用量筒量取30m L甲醛溶液于圆底烧瓶中, 在其胶塞中引入橡胶管, 将橡胶管迅速从玻璃盖最外侧的小孔通入玻璃缸中。将圆底烧瓶放入盛有自来水的大烧杯中, 将大烧杯放到电炉上, 开启电炉, 待玻璃缸内1602液晶屏显示甲醛气体浓度为1.000mg/m3左右时, 取出橡胶管, 将玻璃盖盖好, 将玻璃缸内气体充分混合, 待传感器示数稳定。
(c) 甲醛气体的吸附
对浸泡完毕的改性活性炭进行抽滤, 滤去浸泡液, 干燥处理。将200mg处理好的改性活性炭放入玻璃缸中, 盖好玻璃盖, 每隔5分钟记录传1602液晶屏数据, 记录时间为1小时, 计算吸附率, 得出最佳配比。
3.4.2 最佳配比的验证过程
保持高锰酸钾浓度不变, 为1过程实验得出的最佳高锰酸钾浓度, 更换0.6mg/m3, 0.9mg/m3, 1.2mg/m3, 1.5mg/m3, 1.8mg/m3的甲醛浓度来验证该最佳浓度的吸附效果。
3.5 结论与分析
3.5.1 结论
通过对第一步实验探索方面实验数据的分析及吸附率的计算, 最终确定在温度为20℃, 湿度为23%, 99Hz超声混合10min的条件下, 最佳配比为:高锰酸钾的浓度为800mg/L, 体积50m L, 活性炭的质量为200m。通过最佳配比验证过程的数据分析, 此浓度下的高锰酸钾改性活性炭对甲醛气体的吸附能力具有较好的吸附能力。
3.5.2 化学动力学的实验方法分析
(a) 吸附剂用量对吸附性能的影响
密闭容器中充入浓度为1 . 1 5 m g .m- 3的甲醛气体四份, 按照下述标准加入50mg、100mg、200mg、300mg经800mg.L-1高锰酸钾处理过的活性炭, 置于密闭容器中, 按设定时间取样, 测定甲醛浓度, 计算活性炭对甲醛的去除率R和平衡吸附量qe。公式如下:
其中, R是活性炭对甲醛的去除率;c0是吸附前甲醛的浓度 (mg·m-3) ;ce是吸附平衡后甲醛的浓度 (mg·m-3) ;qe是平衡时活性炭对甲醛的吸附量 (mg·g-1) ;V是密闭容器体积 (m3) ;m是活性炭的质量 (mg) 。
(b) 高锰酸钾的浓度对吸附性能的影响
与密闭容器中充入1.15mg.m-3的甲醛气体四份, 按下列标准200mg.L-1、400mg.L-1、600mg.L-1、800mg.L-1、1000mg.L-1的高锰酸钾50m L, 处理200mg活性炭。将处理过的活性炭至于密闭容器中吸附甲醛, 按设定时间取样。甲醛的去除率和平衡吸附量的测定方法同上。
(c) 吸附动力学实验
动力学实验是取不同初始浓度的甲醛气体, 加入200mg处理的活性炭, 置于密闭容器中, 按设定时间取样。甲醛的去除率和平衡吸附量的测定方法同上。
3.5.3 结果分析
(a) 吸附剂用量对吸附性能的影响
活性炭对甲醛的去除率随活性炭的增加而增大, 当活性炭的数量达到200mg时, 去除率基本达到饱和, 其原因是当空气中的甲醛浓度一定时, 吸附剂用量越大, 吸附剂上可提供吸附的活性位点结合而被吸附, 从而活性炭对空气中的去除率越大;此后再增加吸附剂用量, 甲醛去除率变化不大, 可能是由于吸附剂的重叠或聚合, 导致吸附能利用的表面积和有效的吸附活性位点相应减少。
(b) 高锰酸钾的浓度对吸附性能的影响
随着高锰酸钾浓度的增加, 去除率增大, 其原因可能是高锰酸钾具有一定的氧化性, 活性炭表面的活性位点与高锰酸钾结合越多, 去除率越好。当高锰酸钾的浓度达到800mg.L-1时, 去除率趋于平稳, 可能是活性炭与高锰酸钾的结合位点达到饱和, 导致去除率不再增加。
(c) 活性炭对甲醛的吸附动力学
为了对活性炭对甲醛的吸附动力学行为进行更深入的探讨, 本研究采用了拟二级速率方程和粒子内部扩散模型对其吸附数据进行分析拟合。
拟二级速率方程
式中, qe是活性炭对结晶紫的平衡吸附量 (mg·g-1) ;qt为不同吸附时间活性炭对甲醛的吸附量 (mg·g-1) ;k2为拟二级速率方程的速率常数 (g·mg-1·min-1) ;t是吸附时间 (min) 。
粒子内部扩散模型
式中qt为不同吸附时间活性炭对甲醛的吸附量 (mg·g-1) ;k3为粒子内部扩散速率常数 (mg·g-1·min-1/2) ;t是吸附时间 (min) , c是截距 (mg·g-1) 。
3.6.3 对验证过程的实验数据进行二级动力学模型的拟定, 结果见表1。
甲醛吸附中性红溶液的拟二级动力学方程的相关系数R2分别是0.9504、0.8862、0.9955、0.4568、0.9925, 表明活性炭对甲醛的吸附符合二级动力学方程。本实验用粒子内部扩散模型对实验数据进行模拟分析, 以qt对t1/2作图, 如果拟合直线通过原点, 说明粒子内部扩散是主要的速率控制步骤。由数据可知, 本实验的粒子内部扩散模型的相关系数R2较小, 并且拟合的直线并未通过原点, 说明粒子内部扩散并不是该吸附过程中的速率控制步骤。
结语
(1) 适当条件下, 用高锰酸钾改性活性炭可以在很大程度上提高活性炭对甲醛的吸附能力, 该方法成本低、效果明显、实用价值高, 应用前景广阔。
(2) 本文设计的室内甲醛实时监测净化系统具有灵敏度高、性能稳定、低功耗、寿命长、净化效果好、成本低、扩展性好的优点, 操作简单, 实用性强。
(3) 本文主要侧重改性活性炭对较高浓度甲醛吸附率的研究, 受到装置气密性、仪器精密度的影响较小, 如果要研究较低甲醛浓度吸附, 则需要对实验方案进行大量改进, 如反应装置如何制备低浓度甲醛, 如何更精密的检测浓度、如何加强试验装置的气密性等。
(4) 不同活性炭对甲醛的吸附能力不同, 本实验只研究了一种活性炭, 今后可以选择不同活性炭种类探究是否可以降低成本, 提高净化效率。
摘要：室内装修的普及, 使室内甲醛污染日益严重。甲醛是基因毒性物质, 危害极大。本文设计了一套以单片机为智能控制模块, 以HCHO sensor甲醛传感器为数据采集模块, 以高锰酸钾改性的活性炭为净化模块的甲醛实时监测净化系统。系统功能:设标准值、显示浓度、超标报警、超标净化。实验结果表明, 甲醛净化的最佳配比:高锰酸钾浓度800mg/L, 体积50ml, 活性炭质量200mg, 99Hz超声混合10min。经验证, 活性炭对甲醛的吸附符合二级动力学方程。
关键词：甲醛传感器,单片机,高锰酸钾,活性炭,动力学
参考文献
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实时处理监测系统 篇2
航模动力及飞行环境无线实时监测系统设计
介绍一种航模动力及飞行环境无线实时监测系统以及该系统的组成、硬件设计、通信协议、软件设计及系统的应用.测试结果表明,该系统具有测试精度高,可靠性好、操作和维护方便等特点,可用于航模等小型飞行器的生产、科研、试飞及教学过程等.
作 者：施阁 卢江丽 孙延伟 李青 SHI Ge LU Jiang-li SUN Yan-wei LI Qing 作者单位：中国计量学院机电工程学院,浙江,杭州,310018刊 名：中国计量学院学报 ISTIC英文刊名：JOURNAL OF CHINA JILIANG UNIVERSITY年，卷(期)：20(1)分类号：V216.8关键词：航模动力 飞行环境 实时监测
实时处理监测系统 篇3
摘 要 测试北京依科曼生物技术股份有限公司生产的“闪讯”害虫远程实时监测系统监测水稻二化螟。试验结果表明，该系统自动计数较准确，诱测效果良好，与测报灯诱蛾量及田间发生动态趋势一致，吻合度较高，能较好地反映二化螟各代种群数量动态。
关键词 害虫远程实时监测系统；二化螟；性诱剂；监测
中图分类号：S436.8；TP274 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2016）06--03
秀山县常年种植水稻2 万hm2左右，二化螟[Chilo suppressalis（Walker）]是水稻生产上的重要害虫。二化螟虫情监测预警，主要利用测报灯结合田间调查等方法进行，劳动强度大，费力费时。利用昆虫性信息素进行害虫种群监测，由于其专一性和敏感性的优势，不需要进行种类鉴定，受到国际植保专家的认可和基层技术人员的欢迎[1]。性信息素和性诱剂作虫情测报，具有灵敏度高，准确性好，使用简便，费用低廉等优点，应用越来越广泛[2]。但在利用二化螟性诱监测技术进行远程实时自动记载、传输和监控的研究报道较少。2015年，进行了害虫远程实时监测系统在二化螟监测上的应用试验，测试北京依科曼生物技术股份有限公司生产的“闪讯”害虫远程实时监测系统，验证该系统的自动计数的准确性和诱测效果。
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验设备为北京依科曼生物技术股份有限公司生产的“闪讯”害虫远程实时监测系统1台，型号为3SJ-1。该系统包括害虫诱捕器、环境监测器、数据处理和传输系统、供电系统、支架和避雷针和软件处理系统等。害虫诱捕器主要用于特定害虫的诱集、触杀。环境监测器主要用于监测环境温度、湿度等气象因子。數据处理和传输系统主要用于对诱捕触杀的害虫进行自动计数及气象因子的序列记载和远程传输。供电系统主要由太阳能电池板及蓄电池组成，保证系统在田间野外环境中自行取得自然能源，维持系统长期运作。软件处理系统采用电脑、手机、IPAD等可接入互联网的设备，进行数据查询、处理分析和储存等管理工作。试验设200 W频振式测报灯、屋式二化螟性诱剂诱捕器各1台作对照工具。闪讯诱捕器和屋式诱捕工具的诱芯为PVC毛细管型。
1.2 试验作物及监测对象
试验作物为水稻，监测对象为二化螟。
1.3 试验田基本情况
试验设在秀山县清溪场镇东林居委大坟堡组，地理坐标为北纬28°24′32″，东经108°53′41″，海拔386 m。试验区地势平坦，为渝东南稻油两熟轮作、一季中稻区，二化螟常年发生较重。
1.4 田间诱捕器放置
诱捕器设置在比较空旷的田块上。“闪讯”害虫远程实时监测系统、测报灯和屋式诱捕器共3台以间距100 m、正三角形放置。放置高度在水稻拔节前高于水稻冠层10～20 cm，水稻拔节期及以后诱捕器底边接近水稻冠层叶面。
1.5 调查方法及分析
试验时间为在4-9月，在二化螟的主要发生期进行系统监测。每日09：00人工调查各诱捕器诱虫数量，并核查自动计数系统所计数据，计数后清空诱捕器。试验数据进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 系统自动计数的准确性
4月15日-9月5日按日数计算，自动计数与人工计数虫量一致的天数为112 d，计数准确率为77.8%。自动计数与人工计数虫量不一致的天数为32 d，存在多计数或少多计数，多计数1头的天数有12 d，多计数2头的天数有3 d，少计数1头的天数有11 d，少计数2头的天数有1 d。按诱虫数量计算，自动计数累计虫量为172 头，人工计数诱累计诱虫量为168头，误差率为+2.4%。SPSS统计分析配对样本t检验，相关系数r=0.952，t值为0.553，df=143，双尾P=0.581>0.05。结果表明，自动计数虫量与人工计数虫量无显著差异，准确性较高，效果显著（图1）。
2.2 不同监测工具的诱测效果
2.2.1 诱虫数量
4月15日-9月5日试验期间不同监测工具诱集二化螟成虫的效果比较得出，“闪讯”害虫远程实时监测系统、屋式诱捕器和频振式测报灯日均诱虫量分别为1.17头、0.97头和1.22头，最高单日诱虫量分别为10头、8头和12头，累计诱虫量分别为168头、142头和175头。在整个试验期间（共144 d），“闪讯”害虫远程实时监测系统的日均诱虫量、累计诱虫量分别是屋式诱捕器的1.21倍、1.18倍，是频振式测报灯的0.96倍、0.96倍。结果表明，“闪讯”害虫远程实时监测系统诱虫效果与对照工具无显著差异。
2.2.2 不同监测工具诱蛾动态消长情况比较
不同监测工具的诱测二化螟成虫效果（见表1）看出，成虫各世代始见日、高峰日、终见日比较接近，成虫发生期吻合度较高，以越冬代二化螟蛾高峰最为明显，单日诱虫量最高，性诱效果比其他代次好。从逐日诱虫量趋势曲线（见图2）看出，3种诱捕工具诱测成虫的发生趋势总体上趋于一致，以“闪讯”害虫远程实时监测系统的诱蛾趋势与频振式测报灯最为接近，峰型最为明显，吻合度最高，峰型最为明显，且蛾峰发生期基本一致，蛾峰日与灯测也基本一致。“闪讯”害虫远程实时监测系统与屋式诱捕器逐日诱虫量SPSS统计分析配对样本t检验，相关系数r=0.814，t值为2.054，df=143，双尾P=0.056>0.05。结果表明，“闪讯”害虫远程实时监测系统与屋式诱捕器逐日诱虫量无显著差异。“闪讯”害虫远程实时监测系统与频振式测报灯逐日诱虫量SPSS统计分析配对样本t检验，相关系数r=0.879，t值为-0.588，df=143，双尾P=0.557>0.05。结果表明，“闪讯”害虫远程实时监测系统与频振式测报灯逐日诱虫量无显著差异。
2.3 监测系统数据与田间发生情况比较
3月10-12日，田间调查水稻螟虫冬后密度，二化螟冬后活虫密度平均为227.8头/667 m2，越冬代二化螟发蛾始盛期为4月28日，高峰期为5月9日，盛末期为5月15日；一代二化螟卵孵始盛期为5月12日，高峰期为5月16日，盛末期为5月22日。诱测结果表明，“闪讯”害虫远程实时监测系统与田间二化螟成虫发生期、发生量基本一致，反映了田间二化螟发生变化情况。
2.4 气象因子和非靶标昆虫对诱捕效果的影响
2.4.1 气象因子的影响
二化螟越冬代成虫发生期平均温度20.4 ℃，相对湿度83.4%，降雨量3.0 mm，一代成虫发生期平均温度25.4 ℃，相对湿度83.9%，降雨量1.5 mm，二代成虫发生期平均温度23.7 ℃，相对湿度88.9%，降雨量8.0 mm。据监测工具诱测结果与气象因子的比较分析，降雨、风力、温度等因子对诱虫量的影响不明显。据试验期间气象条件分析，无大风大雨等极端气象因素对监测工具的影响。
2.4.2 其他非靶标昆虫的诱集及其影响
据观测和统计，害虫远程实时监测系统诱捕器没有诱集到个体较大的非靶标昆虫，对二化螟诱测的影响和干扰较小。有时诱集到小个体（几毫米）的非靶标昆虫，这些小非靶標昆虫对系统自动计数是否有影响有待进一步研究。而频振式测报灯除诱集二化螟外，还诱集了其他多种昆虫，这些混杂的虫种常影响二化螟虫体的完整性，增加了识别记数和监测的难度。
3 结语
二化螟性诱监测具有高度的灵敏性、准确性、专一性、环境友好性等优点，已广泛应用于测报。试验结果表明，“闪讯”害虫远程实时监测系统自动记载数据与人工记载数据之间的吻合程度较好，自动计数虫量与人工计数虫量无显著差异，自动计数准确率达77.8%，计数准确性较高，效果良好。
“闪讯”害虫远程实时监测系统对二化螟诱测效果良好，与测报灯诱蛾量的动态趋势一致， 与当地二化螟田间发生情况一致，吻合度较高，表现为诱测虫量较集中、有明显峰型，能较好地反映各代种群数量动态情况。结果表明，该系统的逐日诱虫量、诱蛾动态消长情况与屋式诱捕器、测报灯无显著差异。其受光源、天气等环境因素影响较小，而屋式诱捕器和测报灯受大风大雨等极端气象因素的影响较大，且测报灯还受灯光干扰和电压不足的影响[3-7]。该系统比屋式诱捕器及测报灯更专业，简易方便，放置灵活，操作安全，稳定性好，使用成本低，诱蛾专一、清晰，虫体容易识别，可自动记载和远程传输，预报较准确。
继续改进和完善系统性能。试验结果表明，“闪讯”害虫远程实时监测系统对二化螟的监测效果较好，能够满足当前测报工作的需求，通过网站实现统一查询、实时读取，实现害虫远程实时监测自动化。试验中发现，手机短信获取诱虫信息时，内容不很清晰，建议按日诱虫量每天1次发送手机短信，提高系统信息传输水平。随着该害虫远程实时监测系统工具的性能不断改进和完善，进一步提高诱捕器的结构和性能，完善远程数据分析及利用，在害虫监测应用方面可替代测报灯进行二化螟预测预报。该系统作为先进、实用、简便的现代新型测报工具，具有广阔的推广应用前景。
参考文献
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山东电网广域实时动态监测系统 篇4
随着大电网互联、西电东送矛盾日益凸现,电网正面临越来越多新的挑战,运行的稳定性分析和监视也显得越来越重要[1]。基于相量测量单元PMU(Phasor Measurement Unit)的广域测量系统(WAMS),能够直接测量电网中的角度,从而改善了传统状态估计的结果[2],并能向调度员提供电网的动态过程信息;能够对相量数据实时评估,动态监视电网的安全稳定性,或进行深入研究以达到控制的目的。在我国,PMU和WAMS最近几年得到了广泛的重视和应用[3,4]。
同步相量测量技术和现代高速数字化通信网络,为实现电网动态过程的在线监测[5,6]提供了技术上的支持和保证。电网广域实时动态监测系统是实现准确捕捉电力系统在线故障扰动、低频振荡[7]以及人工试验等情况下电网动态过程的技术手段。PMU为系统提供全网采样和计算的相量数据,通过电力调度数据网实时传送到监测系统主站,使调度员能在调度中心及时了解电网的动态信息[8]。
为保证电网安全、稳定和经济运行,山东电网经过详细的布点分析和规划,有选择地首先建设了调度中心的WAMS主站和济南、泰山、淄川、沂蒙、崂山、聊城、潍坊、琅琊、滨州等9个位于500 k V变电站的PMU子站。开发了北斗/GPS互备授时装置,在国内首次使用国产“北斗一号”卫星导航系统为PMU提供备用授时信号,不受制于国外GPS系统操控,提高了PMU的授时可靠性。
山东电网广域实时动态监测系统(简称山东WAMS)从2005年8月开始建设,随着同步相量测量技术发展,经过不断摸索与功能完善,总结WAMS的运行经验[9],有效提高了调度监视范围以及高级应用的运行分析能力,为保证电网安全、稳定、经济、优质运行提供了重要的技术装备和手段,为进一步实现大电网的广域协调控制奠定了基础[10]。这标志着山东电网安全运行与监控进入了一个崭新的阶段。
1 山东WAMS系统的布点
山东WAMS一期工程由山东省调主站系统(CSS-200/2)和安装在9个关键变电站的子站装置(CSS-200/1)构成,子站与主站之间通过电力调度数据网(SPDNet)提供的专用2 Mbit/s通道实现高速的实时通信。选择泰山变电站为参考测点(参考点可任意选择),济南站、潍坊站、沂蒙站、淄川站、聊城站、滨州站和琅琊站等为重点监测点。
1.1 PMU布点分析
PMU布点方法,主要分为可观性[11,12]和同调性[13]。为了合理安排PMU子站的布点,该方案将可观性分析和同调性分析结合起来,实现用较少PMU子站对全网状态变化的较大可观。
1.2 PMU布点方案
PMU子站的建设可分步实施,在不同阶段实现不同目标,各个目标之间相互关联,并最终实现电网的整体可观性。共分以下3个阶段:
第1阶段实现500 k V电网的可观性,特别是西电东送断面的动态过程可观性,见图1;
第2阶段实现500/220 k V电网各同调区动态过程的可观性;
第3阶段实现500/220 k V电网可观。
山东电网目前有500 k V变电站17座,统调电厂48座,220 k V变电站161座,在考虑电网可观性时,对于影响系统安全稳定性的重要节点(变电站和电厂)予以重点关注。山东PMU布点分3期进行,最终规模约50个,与按文献[14]中给出的估算公式估算出的PMU数量(约100个)相比,有大幅度减少。
2 山东PMU子站实现方式
2.1 分布式PMU测量
本期变电站的PMU装置为CSS-200/1分布式同步相量测量单元,其模块结构如图1所示。图中,实线表示以太网双绞线,虚线表示光纤或光缆,点划线表示其他信号线。
分布式的结构设计方便了系统的实施,模拟量采集模块安装于现场的保护小间,既减少了连接电缆,又提高了测量精度。装置采用QNX实时操作系统,满足子站任务处理的实时性要求;采用专门设计的多路高精度同步授时模块(CSS-200/1G)进行统一授时,可使得同步精度高于1μs;在同步时钟源的协助下分布的模/数(A/D)转换通道同步采样的同步误差不大于5μs(对应工频50 Hz为0.1°的角度误差)。装置的相量综合处理算法能解决相量计算中的非工频周期泄漏和系统动态过程的干扰问题。同时还采用了改进的频率补偿算法,能准确跟踪系统频率的动态过程。
CSS-200/1子站除提供相量数据的实时计算与上送功能外,还具有大容量离线数据记录功能。装置能以100次/s的密度连续不间断地滚动记录相量数据,记录周期超过14 d;在触发状态下能记录全部所采暂态波形数据,采样频率为4 800 Hz。子站记录数据均带有全网同步时标,以备离线分析对时之用。
CSS-200/1子站支持以网络方式实现相量数据的传输,与主站通信标准符合行业规范的要求[15]。WAMS的远程通信均采用2 Mbit/s的调度数据网方式,保证了高速、实时和稳定的相量数据传输,子站相量数据的上送速率100次/s,充分满足了主站在线、离线电网动态安全分析的要求。
2.2 长距离授时补偿
分布式PMU测量方式虽然方便了现场施工,但是GPS授时信号经光缆远距离传输会引入附加延迟。经实测,光纤传输距离超过1 km时,传输延时将大于5μs,对应误差0.1°。因此,当厂站的跨度超过1 km时,分布式PMU必须考虑GPS时钟信号远距离传输引入的误差,否则只能在每个分散的测量单元上直接接入GPS天线。
CSS-200/1G通过特定的补偿算法,可消除GPS授时信号的光纤传输延时,保证相量测量精度。当光缆长度接近或超过1 km时,通过调整CSS-200/1G的设置,可对秒脉冲信号PPS(Pulse Per Second)进行位置拉前的调整,调整范围最大12μs(约2 km)。这项技术对大型500 k V变电站、大型火电厂和水电厂十分重要。
2.3 GPS和北斗授时
在我国电力系统中广泛依赖GPS为时钟源。但是,GPS完全由美国军方掌控,其可用性和授时精度受制于美国军方的GPS政策。所以,山东WAMS采用国产卫星授时,尝试采用可依赖的时钟源与GPS授时构成互备授时方案。北斗卫星导航系统是区域性导航系统,其覆盖范围不如GPS遍及全球,设计目的仅为我国及周边领域服务。它发出的PPS与GPS的PPS信号时间差和上升沿斜率均能满足相量测量的要求。
本期工程在500 k V济南变电站安装了CSS-200/1G-BD授时装置。授时单元由北斗原始设备制造商OEM(Original Equipment Manufacturer)板、GPS OEM板、高精度温补晶振、单片CPU微处理器等部分组成。以恒温高精度晶振作为处理器的外部振荡源,通过内部倍频产生处理器时钟信号。采用基于加权最小二乘法的互备授时技术,使输出自动与状态正常的输入信号同步,北斗或GPS只要有1路输入信号正常,授时系统即可正常运转。利用高精度晶振,在2路输入信号均异常时,微处理器可以自行维持授时信号的输出,2 h内误差小于0.5°。
2.4 冗余数据记录单元
可靠的数据记录是PMU的一项重要技术要求。由于PMU要进行100 Hz连续14 d以上的相量数据记录。记录容量一般达到40~60 G,只有硬盘才能满足要求。但是,硬盘为机械旋转器件,长期运行故障率高。本期工程中采用冗余数据记录单元,1套PMU有2个CSS-200/1P设备。它们同时接收CSS-200/1A的数据,分别记录。其中,一个CSS-200/1P负责对外通信和数据记录,另一个只负责数据记录。
3 山东WAMS主站结构和功能
3.1 WAMS主站设备构成
主站为双机双网结构,采用SUN的UNIX服务器,拓扑结构如图2所示。
通信前置服务器接收PMU上送的实时数据,互联服务器接收华北WAMS主站转发的PMU数据。同时兼用于安全I区与能量管理系统EMS(Energy Management System)的通信。实时数据服务器集中通信前置服务器和互联服务器的数据,构造实时数据库,对外提供实时数据服务。历史数据服务器和磁盘阵列保存过期的WAMS数据。
历史数据每100 ms保存一次数据。高级应用服务器从实时数据服务器提取实时数据进行计算分析,结果反馈给历史数据服务器和工作站,同时兼用于安全I区与Web服务器的通信。配置3个工作站,分别负责维护、离线历史数据分析和调度监视。Web服务器位于安全Ⅲ区,对外提供网络浏览服务。
3.2 WAMS主站基本功能
a.动态监视。WAMS以地理图、接线图的方式监视系统运行的广域动态过程。动态监视界面的数据、曲线刷新频率达10 Hz,并充分考虑了界面的易操作性,任一监测点均可弹出实时曲线,且曲线之间可通过鼠标拖拽操作直接合并,方便监视监测点数据的动态变化过程。
系统动态监视界面除具备一般调度监视界面的图形的缩放、移动等一般特点,还具备了WAMS所特有的功角监视界面,用户可方便地通过鼠标操作选择、定义监视画面的相对参考角,通过广域监视界面可浏览到电网的功角分布,功角分布的监视同样支持曲线图显示、曲线合并等功能。
b.在线低频振荡监视。实时监视所选对象,系统发生低频振荡且振荡频率越过门槛值时,可记录并分析扰动数据,同时可通过客户端程序以二维曲线、三维图形显示分析结果。
c.扰动识别。可判别系统中发生的短路、频率越限等故障,监视对象可选择,参数可配置;当选择监视对象,并设置了有效的门槛值时,该功能可触发系统进行可靠的高密度数据记录,为系统分析及模型参数的校核提供详细的动态数据。
d.与能量管理系统(EMS)互联。采用IEC 60870-5-104网络协议实现与EMS互联,为EMS、WAMS综合信息的分析和应用打下了基础,为今后提高山东电网的调度自动化水平,建设实时动态安全分析和在线稳定决策系统创造了有力的基础条件。
e.Web发布。Web与主站平台之间有统一风格的实时界面显示以及同步传输的动态数据和扰动触发数据,实时数据刷新数据可达1次/s,远远快于EMS的数据刷新速率,并且提供了EMS所无法提供的功角数据,实现了在安全Ⅲ区的调度运行Web监视功能。
3.3 动态监测的可视化处理
a.输送功率拓扑着色。在电网地理分布图上以箭头方式显示潮流分布的同时,根据输送功率的大小及设定值,以不同的颜色显示潮流,使得调度员可以直观、方便地判断各潮流输送断面的功率大小,结合WAMS的快速、动态特性,可以提高调度员的处理能力和系统调度效率。
b.相角地理分布监视。相角地理分布是WAMS所特有的信息,在安装PMU装置的厂站地理位置上,显示代表厂站运行状况的相角,整个地理图设定统一的参考相角,运行人员可方便地监视电网各点的运行功角。而且,在监视画面上可通过鼠标直接点击监测点,弹出相应的功角曲线,可方便地监视调度员的动态调节过程或电网的动态运行过程。
c.相角选择策略。山东WAMS经过充分研究和应用开发,实现了各厂站相角的互备及参考角灵活自动切换的方法。按照一定优先级将各厂站母线、主变、线路相角定义为厂站相角,确保了只要有设备在正常运行,功角监视界面的角度即有效。在手动切换模式下,参考角的切换则充分考虑了系统的可操作性特点,只要通过简单的鼠标点击即可实现。
4 运行情况
本期工程2005年12月投入运行,多次成功记录了电网的扰动过程。图3为2006年6月25日捕捉到的一次电网扰动(纵坐标功率P的单位为MW)。在2006年7月1日华中、华北电网振荡中,山东WAMS主站及时启动100 Hz数据记录,完整记录了振荡过程见图4、5(图中为21:00:00:000时刻的情况),及时为调度和运行方式提供了第一手原始资料。事后,主站成功从子站召唤了100 Hz的数据,通过比对,证明了主站和子站数据记录的一致性和系统的可靠性。
5 结语
实时处理监测系统 篇5
巫山县滑坡实时监测系统的建设与运行
实时监测就是在计算机自动化技术和通讯技术搭建的支持平台上,使处于通讯网络终端的监测仪器设施按既定程序进行数据采集和传输或使其在通讯指令干预下进行数据即时或触发采集和传输,从而达到在全天候无人值守的`信息获取.滑坡实时监测系统就是充分利用计算机自动化和现代通讯技术,在各个现场监测站和中心站之间通过无线通讯网络(GSM/GPRS/CDMA)实现监测指令发布和数据实时采集和传输,监测数据在中心站服务器经过处理后存储于数据库,为滑坡监测预警分析和数据web发布共享服务.滑坡实时监测为滑坡研究和预测预报提供了基础数据资料,提高了我国滑坡监测预警水平.巫山县地质灾害监测预警示范站是实时监测的典型例子.
作 者：杨秀元 罗靖筠 高幼龙 张俊义 作者单位：中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,河北,保定,071051 刊 名：西部探矿工程 英文刊名：WEST-CHINA EXPLORATION ENGINEERING 年，卷(期)：2009 21(8) 分类号：P642.22 关键词：滑坡 地质灾害 实时监测 系统 建设与运行实时处理监测系统 篇6
关键词 实时数据库 数据采集 系统设计 实现
中图分类号：TP392 文献标识码：A
这些年，企业进行信息化建设是我国一些大型企业所面临的重大问题。自从新世纪以来，烟草企业也逐渐开始信息化建设。随着MES 系统逐渐被人们认可，在接下来的几年之内，卷烟企业进行战略性调整和信息化建设是关键的工作，这直接决定了中国烟草工业的命运。
1 数据中心框架结构和设计
1.1系统设计的目标
设计出来的实时数据采集系统达到的效果如下：能够建设符合各个领域里面的决策系统；集中了很多小规模范围里面的应用；能够有效分担其它的事物处理系统的负担，提高决策和事物处理的效率。这个系统建设是以公司的业务流程建立的一个管理机制，是可以提供准确相同的分析数据。整个系统采用的是大量数据集中在一起的方式，这样就可以实现数据的自动获取和积累，还有就是业务数据和信息在整个行业里面实现共享。这个系统还能够提供一个相当强大的数据处理平台，能够满足不同种类业务的分析。整个系统的建立还能够提高工作的效率和准确性。这个系统能够满足现代的企业管理模式，这样就可以使得业务流程化和规范化。这样就可以通过智能的商业技术对集团的信息进行分析预测，还可以实现业务的自动化，为企业领导分析决策提供一个准确的依据。
1.2系统的性能指标
在进行实时数据库系统设计的时候需要保证的系统性能如下：（1）可靠性和及时性，设计出来的系统必须能够二十四小时进行工作。这样就可以保证系统在任何情况之下都可以进行资源的分配，这样就可以保证各个板块的功能能够正常进行。（2）系统的整体性和效率性，设计的系统需要是一个高效的一体化管理系统，系统需要能够容纳大量的数据，而且数据的更新还需要在短时间之内完成。整个系统需要在短时间之内完成对数据的处理，而且还需要高效率高质量完成。（3）系统需要先进和实时，整个系统可以运用充分的资源，然后根据客户的要求，把高的工作效率和好的经济效益当作是主要要求，在这个基础上，为客户提供一系列业务服务平台。（4）系统的安全性和实时性，系统采集的数据安全是十分重要的，在系统的设计过程当中，设计人员需要采取严格的技术来对技术进行保密。设计人员需要通过保密技术来保证用户身份的真实性，数据的完整性。在网络连接良好的情况之下，对每一个IP地址请求的操作处理时间需要控制在一分钟时间之内。（5）整个系统需要支持集群技术，设计人员可以通过多个服务器来完成一个集群，当服务器上面的用户达到最大的时候，其它的服务器会开始工作。（6）整个系统需要有一个完好的信息输出端口，整个系统的目标是为了对数据进行分析，而分析的目的是为了借鉴使用。为了能够进行应用，就需要把分析得到的结果数据转化成不同的输出文本，有的人需要把它变成演讲文稿，有的人就需要获得一个Excel数据。一般的开发格式有Excel， PPT， HTML等。
2 系统的结构
烟草企业对过程的监控和数据出来了是通过紫金桥实时数据库来完成的，它把现场的各种数据集中在一起，这些数据包括了生产上面的数据、设备的数据和质量数据等，在此同时整个数据库还包括一个完整的数据查询和分析功能，这可以为企业的生产和决策提供一个可靠的依据。还有生产过程出现状况的时候，系统还能够随时发出警报，这样就能够很方便采取处理解决的措施。整个系统还需要提供各种接口，比如说S Q L 接口、AP I接口等，通过这些接口就可以把各种组件连接到一起，这样就可以实现数据库能够正常工作。
3 实时数据库的功能
实时数据库的作用是对烟草企业的生产过程实施监控管理，但是它在这个系统的作用不只是储存数据，它还需要处理现场采集获得的数据，对获得的数据进行加工分析，一旦出现异常情况发出警报。它需要实现的功能如下：（1）事故的追忆功能。这就需要系统对和事件有关的状态进行记录，这样在事件产生之后就能够进行原因分析了。事件的数量、时间范围等都是可以自由设定的。（2）数据的压缩备份功能，中心的服务器刷新的时间是1 s ，在这样的情况之下，数据库不进行压缩的话是无法容纳这么多数据的。这就要求数据库进行压缩运算，这就可以解决数据量大的问题。（3）物料平衡，系统需要对实际的投料数据、收率数据等进行计算，然后对不同的时间数据进行统计分析。实时数据库当中的数据也是可以来自现场的，也可以通过人工输入的方式。（4）趋势分析，趋势功能主要包括了用户可以选择查看一些含有PID 数值的趋势图，也可以把趋势图打印出来，或者是把图片保存成图片的格式。用户还可以输入开始和结束的时间来查看数据的走向。趋势图如图1 所示。（5）系统还需要有班组考核功能，主要通过对重要工艺数据的追踪，发现生产过程当中的问题，然后提出改进意见。（6）系统还需要有统计分析功能，这样就可以全程监控产品质量。（7）系统还需要有报表系统，这样就可以制作各种各样的报表。
4 总结
考虑到我国烟草企业的规模大，所以系统的点数要多，这样就要有好的数据采集和储存，还需要制定大量的趋势图和报表。实施数据库需要有良好的性能和繁多的数据接口，这样不仅能够满足项目要求，还能够对烟草企业做出评价，推动烟草企业的信息化发展。
参考文献
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实时处理监测系统 篇7
在社会经济快速发展的推动下,高层建筑的建设越来越多。而随着楼层的增加,建筑物的稳定性和安全性成为了人们关注的焦
为了能够实时获取建筑物的监测结果,对监测系统数据处理的自动化和实时化提出了新的要求
本文结合建筑物监测的特点,根据极坐标实时差分技术为核心的数据预处理方法设计并实现监测系统实施处理程序,该系统在使用中能够根据监测方案的要求定义监测的点组、频率、周期,软件自动对每周期的实时监测数据进行平差处理,获取最终的点位三维变形量、变形曲线以及多样的监测成果,指导施工的安全进行或者保证工程的安全运营。
本文首先介绍了该项目中建筑物的监测方案,然后根据监测方案对软件进行了设计并结合多种编程技术实现了实施数据处理程序,最后对系统进行了工程应用。
1 建筑物监测原理
1.1 监测点布设方案
由于该建筑物还处于施工阶段,所以应该根据工地现场情况设计和调整监测方案。在监测区域现有3个观测墩作为施工监测的控制点,在建筑物上布设多个监测点(如图1所示)。在此项目中,采用极坐标法进行测量。
图1 观测方案示意图Fig.1 Observation plan diagram
1.2 差分数据处理原理
由于施工工地条件的限制,在本系统中主要采用差分技术对数据进行处理。应用多重实时差分技术必须保证测站点与参考系处于一个稳定的状态,因为测量得到的基准点数据将作为目标点差分改正的基准
差分数据处理包括距离差分改正、高差的差分改正和方位角的差分改正,差分改正完成后就可以用改正后的距离、角度等值来计算监测点的三维坐标。
关于差分改正的具体技术原理,在文献
设
式(2)中,(X0,Y0,Z0)为测站点三维坐标值。
如果以第一周期变形点坐标值(Xp1,Yp1,Zp1)作为初始值,那么各变形点相对于第一周期的累计变形量ΔXp、ΔYp、ΔZp计算公式如式(3)所示:
2 程序设计与实现
2.1 程序开发平台
本系统以Microsoft Visual Studio 2010作为编译器,采用SQlite数据库,配合NPOI技术联合开发。Visual Studio 2010具备.NET Framework 4.0和Microsoft Visual Studio 2010 CTP(Community Technology Preview),支持开发面向Windows的应用程序,并且还支持多种数据库。
为了确保数据组织、存储及调用的高效和准确性,使用SQlite作为本系统的数据库。SQlite是一款轻型的数据库,是遵守ACID的关系型数据库管理系统,它的设计目标是嵌入式的,目前已在很多嵌入式产品中使用,它占用资源非常的低,在嵌入式设备中,可能只需要几百KB的内存就够了。它能够支持多种操作系统,同时能够跟很多程序语言相结合,比如C#、PHP、Java等,还有ODBC接口,同样比起Mysql、Postgre SQL这两款开源世界著名的数据库管理系统来讲,处理速度较快。使用SQlite数据库方法比较简单,只需要引用SQlite的一个动态链接库文件System.Data.SQlite.dll。为了实现图表显示和报表输出功能,系统还使用了基于.NET的开源图标类库Zed Graph和支持Excel、Word等OLE2文档读写功能的NPOI技术。
2.2 数据处理模块设计
数据处理模块是在数据采集的基础上的连续开发,数据采集部分主要是控制智能全站仪按照需求自动、周期性采集数据并按照相应的限差参数控制数据采集的质量。数据处理部分则是对采集到的合格数据进行处理,实时得到变形量。根据业主要求,数据处理模块不仅能够实时显示其变形量,而且能够显示其日变化量、周变化量及任意时间区间的变化量。此外,最后还应该按照规定格式输出Excel报表作为测量成果提交。图2所示为数据处理模块总框架图。
图2 数据处理模块框架图Fig.2 Data processing module frame
2.3 程序实现
在程序设计和算法原理等基础上,结合SQlite数据技术、开业图标类库Zed Graph技术及支持Excel、Word等OLE2文档读写功能的NPOI技术,利用C#语言在Microsoft Visual Studio.net平台开发实现了该软件。
该程序可以实时显示监测点的变形曲线,而且可以根据用户需求选择任意时间区域内的变形曲线。另外程序依据NPOI技术实现了Excel报表输出功能,可以根据用户需求输出日报表、周报表、月报表及任意时间区域的报表,并且按照规定格式输出原始观测数据手簿。
3 工程应用
在数据处理模块开发完成后即与数据采集部分构成了一个完整的自动变形监测软件,该软件用于广州某超高层建筑物施工监测中。该建筑物拟建成高度500余米,建筑物占地面积两万余平方米。按照第1节中所述,在建筑物相应特征部位布设监测点,监测点上均安装有合作目标棱镜,测量仪器为徕卡TM50智能全站仪,数据采集由软件控制智能全站仪完成,数据采集部分设有限差检核机制,用户可以根据需求选择相应的限差,也可以自定义输入限差,以保证数据采集的质量。
数据采集完成后数据处理模块会根据差分技术原理首先对数据进行预处理,然后以第1期数据为基础,计算后面各期相对于第1期的变形量并通过变形曲线直观显示,用来指导工程管理人员制定下一步的工作计划。软件提供变形点的变形曲线及二维点位变化图,该结果可以为施工安全提供必要的保障。如图3所示分别为监测点X方向((a))、Y方向((b))、Z方向((c))的变形曲线,同时图中右上角部分为点位变化轨迹图,可以通过该图判断点位的变形趋势。
图3 变形曲线显示界面Fig.3 The display interface of deformation curve
该程序中数据处理程序主要是利用了差分改正的方法,为了验证该数据处理方法的可靠性,在监测站和监测点部位安置气象站,且每次观测前对仪器进行归零校准操作,然后对采集到的原始数据进行温度气压改正并计算变形量,将其结果与本文中差分改正结果进行比对,结果显示两种方法反映出的变形趋势一致,变形量最大差值在±1mm以内,可以满足项目的监测要求。
4 结语
本文的主要创新点是利用多种编程技术实现了超高层建筑物实时监测数据处理程序,该数据处理程序不仅能够控制测量机器人按照相应要求进行数据采集,而且能够对监测数据进行实时处理并且直观地显示其变形曲线,为工程管理人员提供参考,大大提高了工作效率。通过工程实际应用,表明该程序不仅能够稳定运行满足工程的需要,而且具有良好的可操作性和适用性,为建筑物施工提供了有力的保障。
摘要：本文介绍了高层建筑物施工监测方案,提出了以差分技术为基础的数据预处理方法并基于此原理利用SQlite数据库技术和ZedGraph图像显示技术编写了数据处理程序。该数据处理程序是在数据采集程序基础上开发,与数据采集模块完美结合,可以实时显示监测点的变形曲线及点位轨迹图,指导工程管理人员和施工人员开展进一步工作,保障了施工安全有序的进行。
关键词：超高层建筑,差分技术,变形曲线,实时监测
参考文献
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有线电视信号实时监测系统的设计 篇8
为确保有线电视安全优质播出, 满足广大群众对有线电视播出质量的要求, 对有线电视停播, 盗播非法节目和私拉乱接盗取电视信号等破坏行为进行有效防范事预防和监测尤为必要。本课题通过对电视信号的实时监测, 可以及时发现上述问题, 系统对有线电视网中实际传输情况进行实时监测, 并将监测结果通过手机模块发短信的形式传到控制中心。
2 有线电视信号实时监测系统的硬件组成
整体的结构框图如图1所示:
2.1 行、场同步信号分离电路设计
从全电视信号中分离出同步信号, 将同步投在切割前钳齐, 采用幅度切割法将同步信号分离出来。分离出来的复合同步脉冲, 在经过积分电路, 可消除行脉冲而取出场同步脉冲。因为场同步脉冲比行同步脉冲要宽的多, 于是在积分器电容上累积电荷多, 使输出电压较高, 估积分器又称为宽度分离器。通常采用的幅度分离器抗大脉冲干扰的能力较差, 因此需要在幅度分离之前加入脉冲干扰消除电路。
2.2 计数器系统的电路设计
实现该计数器电路功能模块的硬件电路如图2所示。
2.3 串并传输转换系统的电路设计
实现该功能模块的硬件电路如图3所示。
在该部分信号通过74LS164 (8位移位寄存器) , 完成串并传输转换。74LS244是8位线行缓存器完成对信号驱动的加强。74LS373 (三态输出的8D锁存器) 控制8253的A0, A1。
3 全系统实现的电路分析
要实现在同一根电缆中同时传送视频图像和控制信号, 关键的问题在于如何避免控制信号对视频图像信号的干扰。基本方法是在视频图像信号的场消隐期间传送控制信号。本系统选用LM1881同步信号分离器, 从视频全电视信号中选出场同步信号Vsyn (由3脚输出) 。并可从7脚输出奇偶 (O/-E) 方波, 判别是奇次场 (正半周, 1) , 还是偶次场 (负半周, 0) 。
LM1881产生的场同步脉冲Vsyn, 出现在输入的视频全电视信号中场同步信号前沿以后28us-30us处 (t0) 。以此处为基准, 经过开槽脉冲、均衡脉冲、行同步脉冲等12个脉冲的上升沿。就是第7行或第320行的行同步脉冲的后沿 (t1) , 形成定时脉冲Pt1再以t1处为基准, 经过15个行同步脉冲的计数到t2, 形成定时脉冲Pt2。再以此形成选行脉冲Px, 如图4所示。控制信号通过一个受选行脉冲Px控制的视频电路, 就可被插入到场消隐期间规定的位置上 (第7~21行, 或第32O~334行) , 在同一根电缆中传送出去。含有控制信号的视频全电视信号, 通过一个受选行脉冲Px控制的视频选通门电路, 就可选出插入在消隐期间的控制信号。
4 结束语
该系统主要利用LM1881分离行、场同步信号, 通过CD4066选通系统选取出控制信号所在行, 再经74LS164串并转换电路, 最后送入AT89C52单片机进行分析处理。当然, 该系统在设计中还存在不尽如人意的地方, 主要表现为不支持对声音信号的实时监测, 所以还有待进一步的改善。
参考文献
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[2]周志敏, 周纪海, 纪爱华.充电器电路设计与应用[M].北京:人民邮电出版社, 2005.
[3]胡汉才.单片机原理及其接口技术 (第2版) [M].北京:清华大学出版社, 2003.
[4]张明峰.PIC单片机入门与实战[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.
实时处理监测系统 篇9
关键词：机车,在线监测,探讨,思考
随着中国经济的快速发展, 交通运输业为其提供了充足的后备力量, 对于经济建设发挥着重要作用。目前, 国内机车运用状态在线实时监测系统的发展水平较高, 较好的满足了国内市场的需求。但是, 随着新时期市场环境的不断变化, 机车运用状态在线实时监测系统的发展也衍生了很多问题。针对机车运用状态在线实时监测系统展开研究与探讨, 对于交通运输业的发展具有重要意义。
1 机车运用状态在线实时监测的重要意义
4-编号列表5-编号列表6-编号列表7机车运输的重要安全保障。
随着近些年来电力机车的迅猛发展, 一系列具有高效、便捷、快速、舒适的电力机车被制造并投入市场。机车在速度与载重方面有了明显的提高, 有力的加强了交通运输业的发展。因此, 这就必须对机车的安全与可靠性作出要求, 以保障人的生命财产安全。同时, 固有的定期检修制度越来越不适应机车的快速发展, 状态修成为如今机车检修的主要方式。因此, 机车运用状态在线实时监测系统对于机车的运行状态进行实时的监测与反馈, 充分运用了现代高科技, 将传统检修的弊端最大限度的减少。通过对机车运行状态进行监测对于机车安全行使提供了重要保障[1]。
4编号列表5-编号列表6-编号列表7机车设计的重要分析依据。
机车的运行环境十分复杂, 遇到的问题非常多样。如何在极为严峻的环境状态下保证机车的安全、高效运行, 成为设计人员必须解决的问题。机车在高速运营中会产生各种各样的问题, 工作人员无法进行实时的人工监测。但是, 如果机车在运行过程中发生问题且无法及时发现以及进行有效解决, 对于机车的运行将是巨大的安全隐患。因此, 在机车设计时, 就需要机车运用状态在线实时监测系统提供的主要信息, 以此来作为研发与设计机车的重要信息依据。
因此, 机车运用状态在线实时监测系统在保障机车运行安全以及设计理论支撑发挥着重要作用。
2 监测系统的总体结构研究
2.1 监测系统的研究要求
监测系统在机车运行状态中, 能够对故障信息进行存储, 待机车故障解决后, 将信息反馈个地面系统, 并能够对机车的状态信息进行综合反映。监测系统的安装使用不能威胁到机车的运行安全, 必须具有较大的信息容量, 保障能够在机车后期维护中实现信息量的扩容。
监测系统的软件必须具有信息的筛选功能, 能够对信息就是初步的处理, 以至于把不必要的信息进行存储。同时, 监测系统应该具有自身的信息判断能力, 对故障信息能够及时地进行传送[2]。
2.2 机车运用状态在线实时监测系统的总体方案
机车运用状态在线实时监测系统主要包括三个部分, 分别是:故障诊断以及专家分析系统、无线发送部分与数据采集存储部分。
作为整个系统中的关键部分, CAN总线数据采集与存储具有重要作用。其对于整个系统的信息处理采集与调理、信息的提取与转换、信息的运输与处理具有十分重要的意义。
3 监测系统信息采集方法
监测系统需要监测的信息主要有三种, 包括对LKJ-93监控中已经存在的信息, 其次是机车电路中的参数信息, 最后是机车控制器的操作信息。下面针对以上三类信息进行简单的介绍。
3.1 LKJ-93的监测信息采集
首先记录输入主要由监控的主机进行提供, 同时, 记录器对于主机发过来的信息进行初步的处理, 同时对内容进行分析与判断。对于信息中的较大变化记录器会进行相应的存储。转储器通过记录器所提供的资料进行资料包的提取, 地面危机处理软件能够对生成的文件进行处理并形成信息报表或图形。
3.2 机车电路的参数信息采集
机车电路的参数信息主要包括:控制电路测量参数、辅助电路测量参数以及机车的主电路测量参数。机车的主电路由多种设备组成, 需要进行测量的参数有直流电压、网侧牵引电力等方面。其中对于网侧电压的采集是尤为重要的, 通常使用高压电压互感器进行测量。辅助电路测量参数通常采用单一的三相供电系统, 对劈相机以及各类辅助电机的工作状态进行测量[3]。由于机车采用的大多是微机控制, 因此控制电路测量参数主要来源于对微机的输入或是输出信号进行采集。对机车的控制器上的采集主要分为两种:换向手柄所在部位以及调速手轮位置的信息采集。对于机车运行状态中的温度信息采集也很重要, 需要通过较多温度传感器进行采集。
4 监测系统前置电路简要
机车在运行过程中, 其所发出的实施信号, 需要有几种信号共同进行调理完成。但是, 在每种电路中在经过转换后, 就会产生影响其他电压的可能性。所以, 为了保证整个系统的正常运行, 在对端子柜以及开关柜进行信号提取时, 不能使信号产生衰减或者发生其他畸变。因此, 对于监测系统的前置电路进行设计时, 需要对所有的信号提取处进行处理, 以使其与电路进行隔离与屏蔽。
5 监测系统的总结与思考
随着近些年来我国经济的发展, 为了适应新时期内的铁路运输需要, 铁路史上也有了几次大提速。但是, 对于高速行驶中的机车如何对其运行安全作出更好的保障, 成为现阶段机车在线实时监控系统研发人员的首要工作。目前, 制约铁路系统安全的原因之一是机车的检修能力无法跟上铁路的发展。对于这一问题的解决办法就是要不断加强机车运用状态在线实时监测系统的研究工作。
对于机车运用状态在线实时监测系统来说, 最重要的是提高其运行时的稳定性, 通过多种方法的组合, 使其在极为恶劣的工作环境下仍然能够正常运行。因此, 未来机车运用状态在线实时监测系统将逐步朝着更高的自动化与智能化发展, 加强其自身信息处理性能, 甚至能够在故障发生时进行自我检修。总之, 人工参与设计阶段, 智能化设备更加注重于实施阶段, 两者之间的有机结合才能够促进整个机车运用状态在线实时监测系统安全、高效、平稳运转。
6 结语
机车运用状态在线实时监测系统有效保障了机车在运行的安全, 但是其仍有很多不足之处。随着高铁、动车的不断提速, 如何对机车运用状态在线实时监测系统进行升级与优化, 成为十分重要的研究课题。
参考文献
[1]于建顺, 洛琳, 余丹等.基于GPRS通信技术的机车运行实时监测系统[J].中国科技信息, 2010.
[2]董汉明.机车综合信息监测系统的设计与应用[J].电子世界, 2014.
水环境质量实时自动监测系统探讨 篇10
“水环境实时自动监测系统”以下简称WEMIS系统, 该系统是针对于水质、污染物的总量进行分析和检测的综合监测系统。它是以检测水体环境质量为目的, 以自动分析仪器为系统核心配合先进计算机技术建成的一个综合性的水环境自动监测系统。
WEMIS系统主要由信息采集系统、传输系统、管理系统和服务系统四部分组成。中心站无线网络等通讯方式实现对各子站的实时监视以及远程控制。该系统可及时发现水质的异常, 为防止水质污染扩散迅速做出预警, 并能准确追踪水质污染物, 从而使技术人员及时作出正确的处理决策。水环境实时自动监测系统, 利用标准的Modbus/TCP协议来读取现场设备的实时数据, 通过远程通讯来进行数据传输, 待监测站软件接收到这些数据之后, 再对数据进行处理。
2 水环境监测的准备工作
水环境监测方案的制定要充分考虑到当地的气候情况和社会情况, 为了保证对水环境监测的质量, 必须根据实际情况来布设监测点, 并且要对当地的情况进行调查, 以保证监测系统工作时检测传输数据的准确性。必须要选择有代表性和可操作性的监测点。监测的前期准备工作一定要做到位: (1) 要做好工作人员的保护工作, 以保证在水环境监测时不会造成人身危险; (2) 监测时使用到的设备和试剂要提前准备好; (3) 要注意监测时所用到的设备可能会被水中的有害物质腐蚀, 所以要对监测设备及时进行检查和保养, 确保设备能正常使用; (4) 对仪器设备也要进行不定期的检查, 要根据实际的使用的次数和使用的范围而定。
3 水环境监测的分类
3.1 地表水环境监测
在监测的过程中我们把水质因子分成三种类型进行调查分析。 (1) 调查常规水因子, 通过它可以很直观的了解水环境质量状况; (2) 调查污染因子, 它可以反映所在地区具体的水质情况和污染情况;除了这两种因子还存在着一些其他的因子, 因为在进行监测取样的过程中, 会受到当地的特殊地理环境因素影响, 例如:当地的水生生物, 以及水域的评价级别等等都会影响水质监测水平。因此在我们进行监测的时候, 提前要对水质和当地环境状况进行调查再做出决定。对地表水在枯水期、平水期、丰水期分别进行监测取样, 同时, 还要在天气晴朗以及流量稳定时进行调查, 必要时进行监测。
3.2 地下水环境监测
要了解地下水的水质情况, 我们主要是通过监测典型性地区的水井, 但有的时候也会出现一些特殊情况, 导致该区域内的水井不能满足我们的需要, 这就要求我们布设特殊的监测井来进行取样。我们对监测项目的选取要根据具体情况而定, 监测项目包括水的酸碱性、水的硬度, 微生物、微量元素和细菌总数等的测定, 同时还要对这个水井的地质特征进行了解, 并且全面了解水位, 水温等情况。
4 自动监测系统设计原则
本系统是由性能可靠的硬件设备、成熟的软件技术建立的。系统功能完善、运行可靠、操作灵活, 并且整个系统具有很好的扩展性, 易于升级和二次开发。
本系统的设计需要遵循以下原则:
(1) 实用性原则:本系统紧紧围绕水质监测任务, 满足环境保护行业各个部门业务的工作特点和工作要求, 满足环保行业的实用性要求。立足实际的环保工作, 注重监测成果的实用性, 并充分使用软件对历史数据的继承, 做到了数据查询方便, 操作简便, 界面美观等。
(2) 先进性原则:系统的功能设计追求完整先进, 在做到性价比的同时使系统具有先进性。在软硬件的选用上采用国内外最先进的技术, 这样设计可以避免系统容易淘汰的缺点, 实现了先进性与实用性的统一。
(3) 规范化原则:各系统的设计与实施严格遵循国家有关标准和规定。系统的操作符合环保行业的标准。
(4) 可扩充性原则:系统的数据结构和功能体系能满足省级监测站的需求, 与此同时还能达到下级站的需求;考虑到将来的发展需要, 系统还具有了易于扩充性的优点, 可以与国家信息化进程同步发展。
(5) 兼容性原则:本系统集成的各个功能模块, 使用户在同一个接口下能够尽可能实现多项功能的操作;要保持数据库格式与现行的数据库格式兼容。
(6) 安全性原则:要采用多种安全技术, 以保证系统的各项安全性, 要遵循系统安全性、保密性和共享性的原则。系统要对软、硬件平台和应用系统等多方面制定安全策略, 以保证系统运行的安全性与稳定性。还要具有防雷、电磁干扰等防护措施。
(7) 稳定性原则:经过专业人员测试, 采用多种方式评定。系统要经过应用实践证明能够支持连续长时间的稳态运行。硬件设备单元平均无故障运行时间要大于2000h。
5 自动监测系统层次结构
系统分为现场数据采集、通信网路、监控中心三个层次。数据采集作为系统最基本的部分, 在各水质监测点现场安装, 包括现场采集仪器、现场数据通讯设备等。通信网络层是将采集到的数据通过数据通信网络传输到监控中心。监控中心作为整个水环境自动监控系统的控制和管理中心收集所有监测点的监测数据, 监督或控制设备的运行状况并对数据响应予以处置之后向各监测点发布指令。来控制设备的运行状况。
6 自动监测系统功能
(1) 子站可通过电话线、网线、无线网络等通讯方式进行传输数据。
(2) 数据的采集与数据传输应完整、准确, 采集值与测量值误差要小于等于1%。
(3) 通过数字通讯接口采集实时数据并存储, 之后数据以不同的通讯方式进行传输进入市水环境监测中心站。
(4) 现场显示系统的实时数据, 实时状态, 并可对异常做出报警。
(5) 可以远程显示现场工作状态、设备故障自动报警、数据异常自动报警功能, 并能将报警信号自动发送至监控中心。
(6) 具有实时状态的查询功能, 按需要进行各种状态的数据查询。
(7) 子站能储存三个月以上的数据, 同时保存发生过的有关校准及其他事件的记录。
(8) 主体设备平均无故障时间大于2000h, 信号的输入和输出具有可扩展性。
(9) 断电后可继续工作时间要高于12h。
7 自动监测系统数据库的设计
监控系统采用ORACLE等数据库, 对水中的传感器进行处理, 能有效实现数据耦合特点, 极大地简化对数据的处理;得到数据库静态描述图后接着又通过软件将其形成具体的数据表格, 主要涵盖七个表格, 其中包括设备规格表, 设备属性表, 设备实例表, 参数表, 实例属性表, 取值表, 参数表。进而我们可以很方便地查阅其表格内容, 在设计完成数据库之后, 数据库就可以通过服务端口接入到云数据库中;对其实施分布式处理, 实现其接入过程的快速化。
8 结语
该水环境实时自动监测系统在检测体系方面可实现从平面检测上升到空间的立体化监测。对于水质监测也从单一的化学指标监测发展成为综合指标监测, 从传统的量的监测发展到现在的质的监测, 并实现了从点到面的发展, 完成了对水环境的实时监测, 这对于水环境质量的改善以及对环境保护等多方面发挥出了积极作用。总之, 水环境自动实时监测系统凭借其技术优势在未来必将会得到广泛的应用。
参考文献
[1]翟崇治.水环境智慧监测服务系统设计[D].南京邮电大学, 2014.
[2]廖玉霞.基于B/S模式的水环境自动监测系统设计[D].电子科技大学, 2015 (03) :23~24.
[3]黎山峰.面向社区的水环境监测系统设计与实现[J].计算机测量与控制, 2015 (05) :68~69.
一种室内温湿度实时监测系统 篇11
为了满足人们日常生活的需要, 许多室内环境都对温湿度有一定的要求, 例如农业温室大棚、仓库、博物馆乃至日常办公和家庭生活环境等。因此, 温度和湿度的实时监测与我们的生活息息相关。目前市面上的温湿度采集装置大多不具备存储功能和记录采集时间的功能, 在通讯出现故障的情况下, 采集的温湿度数据就会丢失。并且采集到的温湿度数据不能与时间一一对应, 不利于对数据进行分析。
本文提出一种室内温湿度实时监测系统。该系统能够将采集到的温湿度数据与其对应的采集时间进行打包存储, 并自动判断是否满足传输条件。当达到传输条件时, 将温湿度数据包向设定的网络目标地址发送。该系统结构简单, 带有时间记录功能、数据存储功能和无线传输功能, 保证了温湿度数据采集记录的完整性和连续性, 便于对历史记录数据进行分析和处理。
1 系统总体设计
本文提出的温湿度实时监测系统由温湿度采集单元, 存储单元, 中央处理单元, 通信单元, 时钟单元和配置单元组成, 如图1 所示。其中, 中央处理单元通过其输入输出端口分别与温湿度采集单元、存储单元、配置单元、时钟单元以及网络通信单元相连, 并协调它们之间的工作。
2 系统主要单元模块分析
(1) 温湿度采集单元。温湿度采集单元由一个温度传感器DS18B20 和一个湿度传感器HS1101 构成。当接收到中央处理单元的采集指令后, 温度传感器DS18B20 和温度传感器HS1101 分别实现对周围环境温度和湿度的测量与采集。
(2) 时钟单元。时钟单元为整个系统提供年、月、日、时、分、秒时间信息, 并与管理计算机进行时钟同步, 为采集到的温度和湿度数据提供时间标记, 使其能够在系统电源中断状态下保持正常工作。
(3) 配置单元。配置单元所设置的配置信息包括采集时间间隔、网络配置、温度采集周期、湿度采集周期、数据发送周期、时钟同步命令、连续采集次数、正确采集率和数据计算机地址等信息。此外, 配置单元还存储了温度和湿度的上下限标准, 将采集到的温度/湿度与设定的温度/湿度上下限标准进行比较, 如果超出范围, 则判定为采集错误。
(4) 存储单元。存储单元分为温度数据存储和湿度数据存储两部分, 通过非易失性存储器存放温度和湿度数据包, 温度和湿度数据包在存储器上均采用环形静态表结构存储。以温度存储为例, 环形静态表结构通过有效记录的数据计数器和指向最新温度数据包地址的指示指针来记录温度数据包在存储器上的存储状态, 温度存储部分在接收到存储温度数据记录时, 首先把温度数据包存在指示指针所指向的地址上, 温度数据包依次从低地址向高地址存储, 每新存储一个温度数据包, 数据计数器加1, 指示指针向后移动一个记录单元, 如果存储器存满, 则数据计数器保持最大值不变, 指示指针跳转到起始地址重新开始, 覆盖最早存储的温度数据包。在温度数据读取操作中, 由最早存入的温度数据向最新存入的温度数据的顺序读取, 直到存储器为空。
(5) 中央处理单元。中央处理单元由一个单片机芯片构成, 能够对整机进行控制并产生输出信号, 通过其输入输出端口分别与温度采集单元、存储单元、配置单元以及时钟单元相连, 并协调它们之间的工作。中央处理单元能够自动检测网络是否畅通, 在网络畅通的情况下, 由通信单元向外部计算机发送采集到的温湿度数据。在网络故障或者网络断开情况下, 将采集到的温度和湿度数据存入存储单元, 并在网络再次联通后由通信单元依次向外部计算机发送温度和湿度数据。
(6) 通信单元。通信单元与中央处理单元以及外部计算机相连, 用来传输采集到的温度和湿度数据。需要通过网络传送的数据有两部分, 一部分是由通过传感器直接采集到的温度/湿度值和其采集时间组合而成的数据包;另一部分是从存储单元上直接读取到的温/湿度数据包。如果是直接采集到的数据, 则首先要对数据进行压缩, 然后再传送。如果是从存储单元上读取的数据包, 则直接进行发送。
3 实验结果
温度传感器DS18B20 测得的温度数据在温度寄存器中被存为带标志位的16 位数, 其精度为0.0625。前5 位判断温度值为正还是为负。若为正值, 则前5 位均为0;若为负值, 则前五位均为1。中间7 位是温度的整数值, 后4 位是温度的小数值。在不同的温度、湿度环境下应用本文所述的系统进行温度和湿度的测量和采集, 实验结果如下。
4 结语
本文提出一种室内温湿度实时监测系统。该系统自带存储功能, 并能够自动进行网络监测, 根据网络连通情况对温湿度数据进行实时传输与存储, 保证了数据记录的连续性。除了室内温度和湿度的监测外, 系统还能够记录温度和湿度数据相对应的采集时间, 便于进行历史数据分析。系统可用于多种环境下的温度和湿度监测, 具有结构简单, 使用方便, 测量数据准确等特点。
参考文献
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