遠程數據採集

隨着工業自動化水平的提高，數據採集的過程往往與工業控制環節聯繫在一起，形成一套完整的數據採集監控系統。很多業務部門如環保、氣象、電力等行業以及科學研究領域如軍事、海洋水文等，往往有大量分佈廣泛的現場數據需要被遠程自動採集、存儲和傳輸。數據採集技術也被普遍認為是現代科學研究和技術發展的一個重要方面。

現代數據採集技術的發展是建立在採集系統軟硬件平台性能提高的基礎之上的。伴隨着計算機技術的迅速發展，數據採集系統己由傳統的測控電路發展為由微型計算機、接口電路、外部通用設備和工業生產對象等組成的現代數據採集與測控系統，並被廣泛應用到各行各業。但是以微型計算機為核心平台的數據採集監控系統也逐漸暴露出許多缺陷：工業環境一般條件惡劣，而微型計算機的防塵、防震等功能較差；體積大，不易攜帶和使用;擴展性差、成本高等。

隨看後PC時代的到來，嵌入式技術正處於飛速發展的階段，現代工業數據採集系統也己經從傳統電路、微機模式走進了嵌入式系統模式，隨着新技術的介入和發展，數據採集系統正向着高精度、高速度、穩定可靠和集成化的方向發展，開發工作也越來越複雜，與此同時多數數據採集系統都是獨立的系統，只能進行數據的現場採集或存儲，己不能滿足部分應用的需要，迫切要求接入網絡實現遠程監控和管理。

嵌入式數據採集系統藉助於網絡通信技術，實現採集終端以GPRS的方式接入Internet，將採集到的數據實時上傳到遠端控制服務器，免除了工作人員在惡劣的環境條件下對多種污染源數據的採集和存儲，極大地減輕了人工的工作量，同時監測者也可以依靠安裝在現場的各種儀器設備，遠隔千里通過網絡隨時瞭解現場工作狀況，達到監視控制和管理的目的門。

嵌入式數據採集方面的課題，在國內外都有比較廣泛的研究，在理論研究方面，已經有許多關於嵌入式系統數據採集系統資料，包括嵌入式系統的數據採集方案的軟硬件實現方案和設計思路。在數據傳輸與通信設計方面，也有了對嵌入式系統採用不同通信方式的設計與實現的分析;在應用研究方面，國外已實現了用嵌入式系統進行環境監測和氣象數值預報等數據採集的實時化和網絡化傳輸，國內也陸續出現了一些嵌入式方面的數據採集傳輸系統，如社區安全監控系統，實時火情監控系統等。由於控制芯片結構與操作系統的原因，這些系統在數據處理能力，功能擴展等方面還有所欠缺，有待完善。 ^[1] 

數據採集系統在設計中需考慮以下問題：

採集速率及數據吞吐量；

採集分辨率及精度；

通道數及多通道結構配置；

輸入模擬信號的調理；

尋址及控制方式；

系統成本等。

綜合考慮以上因素，數據採集系統的設計通常分為兩種：

(1)選用標準器件拼裝系統的芯片級設計法；

(2)選用通用專利模塊板和標準總線連接構成系統的板級設計法。

前者經濟合理，但設計時間較長，且不便於功能擴展；後者設計時間較短，可擴展性強，但成本較高。

遠程數據採集系統通過數據採集終端採集遠程現場的環境數據，然後通過主控器將獲得的最新數據傳給數據中心，並且在出現意外情況的時候及時告警，數據中心的工作人員可以通過手機終端或者電腦終端發送查詢控制命令，獲得相關的歷史和實時數據，及時做出決策。

系統實現的功能有：參數配置，實時數據採集，實時控制，數據統計，數據查詢。

通過參數配置功能，用户可以很方便地根據實際需求配置不同的參數，例如狀態數據告警的閡值、告警號碼的設置和心跳包上傳時間間隔等。主控器通過將用户配置的參數存儲在存儲介質中保證參數在斷電時不丟失，從而增強系統的適應性，使得系統可以適應不同環境的需求。

分佈在遠程現場的測控終端通過傳感器檢測實時環境的最新狀態，獲得例如温度、濕度、光照度等數據，將這些數據發送給主控器，主控器收到數據之後通過無線網絡傳給數據中心，在數據中心完成數據的接收、存儲、查詢和統計功能，並將這些信息發放給經過授權的用户。

用户可以通過手機或者電腦發送數據查詢命令到主控器，主控器收到命令之後控制數據採集終端進行相應的數據採集，然後再將結果傳給用户終端，便於用户隨時隨地瞭解實時數據;此外用户也可以查詢存放在數據庫中的歷史數據，通過分析歷史數據掌握環境變化規律，做出更好的決策。

本系統定期完成歷史數據的統計，並將統計結果存放在數據庫中，最終以圖表的形式顯示給用户，以圖看勢，用户更容易把握其變化規律，對數據變化一目瞭然。

本系統具有意外告警的功能，當現場環境數據超出用户設定的告警閡值或者當主控器與數據中心長時間無法建立連接時，系統自動進行告警。告警的方式有兩種：聲光告警和短信告警。通過這種方式可以檢測現場環境的緊急情況，在第一時間提醒工作人員，以便及時處理，減少不必要的損失。 ^[2] 

遠程數據採集系統中應用的通信媒體主要有以下幾種方式：短距離長線、市話網、Internet網絡、自組網絡(CDPD網)、數傳電台和GSM無線通信網絡。這些通信方式都有其適用的範圍，有着各自的使用特點，應該因地適宜，根據不同的監測對象選擇最優的通信方式組建數據採集系統。

短距離長線數據採集和通過自組網絡數據採集這兩種方式首先都要自行建設通信網絡，建網初期投資巨大，且運營期間自主維護需要大量的人力物力，相對運營費用高；但是用這兩種方式信號質量得以保證，效果好。通過市話網和Internet方式以現有的網絡為依託這兩種方式無需自行建設通信網絡，且其通信效果好，信號量大，運營費用相對低廉;但是由於市話網和Internet難以達到工業現場的覆蓋面，使得接入網絡受到限制，侷限性很大，而且網絡運行效果取決於網絡運營商，線路安全不能得到保證。數傳電台這種技術的出現較早，應用廣泛，是一種不錯的無線數傳方式，信號傳輸實時性好，運行費用低;但是建網初期投資巨大，傳輸範圍有限，而且容易受到空間無線信號的干擾，信號不能得到保障。

基於GPRS網絡的各種應用正在迅速發展。移動公司在公安系統(查詢人口信息、在逃犯信息、車輛管理信息等)、交通管理系統(超速監測)、環保系統(監份測污水、污氣排放)、電力系統(自動抄表系統)、市政系統(路燈夜景照明系統管理)、車輛調度(出租車、公交車、警務車輛定位調度系統)、企業移動化辦公(GPRS接入VPN)等多個有影響力的領域開發出了各具特色的應用系統。

在交通系統，通過在高速路和市郊區主幹道上架設照相器材和攝像頭等監控設備，並連接一台GPRS通信終端，即可實現交通管理部門對道路車流量狀況和超速、闖紅燈等違章行為的及時監督和查處。出租車和公交車公司對於旗下的數千車輛的監控和調度，也有賴於GPRS網絡的支持。GPRS監控調度系統綜合利用GPRS網絡、計算機網絡、全球衞星定位(GPS)、無線通信、地理信息系統(GIS )等多學科技術，與調度指揮工作特點緊密結合，建設基於GPS位置服務的公交車輛指揮調度中心，為出租公司和公交公司提供實時可靠的監控調度手段。

電力部門依託GPRS網絡或SMS短消息系統，將工業和民用電錶採集的電力系統數據實時傳遞到地、市、省級的集中監控中心，以實現對電力監測設備的統一監控和分佈式管理。該項應用充分發揮了GPRS網絡在覆蓋和數據傳輸方面的優勢，同時也為電力系統提供了簡單高效的通信傳輸方式。

由於GPRS網絡是基於GSM網絡構建的，因此可以説有GSM網絡覆蓋的地方就可以建設GPRS網絡，各種基於GPRS網絡的系統就能運行。相信在不遠的將來GPRS網絡能為各種實時監控和調度系統提供高效低成本的服務。 ^[3] 

遠程數據採集分為定時採集和隨機採集兩種。

中央機每隔一定時間對各現場機採集一次數據，在屏幕上分時、分頁顯示各下屬採集點的現時數據，並可打印記錄全天的數據，供工作人員參考。

一般可通過鍵盤管理模式進行。當需要採集某現場的數據時，若通訊鏈路為專用電話線路，則中央機操作人員只要鍵入規定的鍵值，即可啓動電話自動撥號系統連通現場機，隨時採集該現場當前的工作參數，進行在線參數修改等。若通訊鏈路採用公用電話線路，則需電話通知對方，對方操作者也鍵入規定的鍵值，進入通訊等待狀態，才能接通通訊鏈路，進行數據採集。實現遠程數據採集的關鍵技術是遠距離數據通訊，包括系統互連的形式、網絡拓撲結構、通訊數據的組織、MODEM技術的應用等一系列技術問題。 ^[4]