1 引言
环境污染问题一直备受重视。虽然我国污染源监测体系和能力都有一定的基础,但污染源监测工作仍存在一些急待解决的问题,如在线自动化程度低.信息处理的及时性与管理工作的需要不相适应,各个监测系统相互独立等。因此,一个能够满足现实需要的污染源自动监测系统具有重大的社会意义。
目前污染源监测系统较多是基于8位或16位的处理器,且其通信方式大多为拨号方式、GSM短信方式和串行方式,导致系统功能弱,投资大,监测范围小。这里采用低成本的基于32位ARM7处理器的嵌入式服务器,并顺应监测系统从集中式控制转向分散式的网络控制的趋势,结合Intemet技术和Web技术,从以前的C/S式管理转向B/S式管理,设计并实现嵌入式Web污染源自动监测系统。
2 系统硬件平台设计
硬件平台是嵌入式系统的基础.其性能直接影响整个系统性能的发挥和功能的实现。该系统从系统功能要求和价格两方面综合考虑,选择Atmel公司的AT91SAM7X系列微处理器(主要使用7X256型)为核心,并根据系统功能需要配以网络接口器件、外置Flash、SD/MMC卡接口、EEPROM、污染源测量变送器接口、日历时钟器件等。该系统的硬件结构框图如图1所示。
AT91SAM7X系列微处理器是Atmel公司基于32位ARM7TDMI核的微处理器.包括AT9lSAM7X128/256/512型,它们只是片内Flash和SRAM容量不同,在应用中可根据程序的内存需求选择合适的型号以节省成本.而只需要对程序进行极少的修改(因AT91SAM7X512的片内Flash由2个功能块组成,故需要操作2个嵌入式Flash控制器EFC实现对片内Flash的操作)。AT91SAM7X256集成256 KB的片内Flash和64 KB的SRAM,EMAC(以太网MAC)、USART(异步收发器)、SPI(串行外围接口)、TWI(双线接口)、PIO(并行输入输出控制器)和众多监管功能,完全符合该系统的要求。其中片内Flash用于存储BootLoader、系统内核、各种应用程序的代码和静态变量、常量等,而SRAM则用于存储程序运行时使用的各种变量和堆栈信息等。
网络的连接方式选择以太网方式接入Intemet。RTL8201BL是一个单端口的10/100 M快速以太网物理层收发器(PHY),微处理器内的EMAC通过MOID对其进行控制和传输方式、速率等的同步,并使用MII(媒体独立接口)与其进行数据交互实现数据收发,采用RJ45接口接入以太网。在数据采集方面,系统采用高速的污染源测量变送器接口连接污染源专用监测设备,同时辅以RS232接口和CAN接口以兼容其他接入方式的设备,完成对各种智能仪表的数据采集和设备控制;并采用外置Flash和SD/MMC卡作为外存储器,存储采集到的历史数据和Web服务器所需的静态网页文件、用户信息文件等。而污染源数据采集需要使用精准的时间校准,为此,使用串行日历器件为数据采集提供时间信息。
此外,污染源监测系统的工作环境一般较为恶劣,因此采用看门狗电路(WDT)使系统在受到强干扰而出现异常时能自动复位,从而保证系统正常工作。系统运行所需的配置信息,包括网络参数、运行参数、采集参数等则存储于EEPROM中,并通过CRC校验和使用锁存引脚WP保证数据的完整性。