浅谈单机版环境监测系统的几种方案

　　摘要：本文针对铁路通信机械室，信号机械室室内环境动态监测系统提出了三种方案。
　　关键词：铁路通信机械室，信号机械室、室内环境、动态监测系统、方案
　　室内环境实时动态监测系统是对室内环境（包括温度、湿度、烟雾、水浸、围禁等）进行实时监测并异常报警的一套系统。
　　一个房间内需监控的物理量有：温度、湿度、烟雾、水浸、围禁（门禁和窗禁）和室内视频共六个物理量。温度和湿度传感器是安装在房间某个位置监测室内空气的温湿度情况，烟雾报警器是安装在距房顶１米范围内，主要是监测室内是否突然起火和烟雾过大；水浸传感器是安装在电缆槽底部监测房间是否漏水；围禁是监测房间的门窗是否被打开（可设置电路开关，正常进入关掉围禁监测，非正常进入报警），录像是通过摄像头监视室内情况（可多个摄像头同时使用）。
　　对系统的要求：
　　1．该系统可集中联网。
　　２．该系统可自动监测系统或单个传感器的正常工作与否。
　　３．预留八路（左右）通道，以便采集量增加或者对某一传感器遥控使用。
　　４．性价比高。
　　鉴于铁路信号机械室、微机室和通讯机械室的现状以及环境监测系统的特点，针对室内环境监测系统提出三种方案。
　　1.USB传输模块采集方式
　　USB已经成为连接PC的接口选择。所有现代PC上都有USB接口，它提供标准化的连接器，可以为外设提供5V电源，以及最多达100mA的电流。电路采用了Maxim公司的一片低功耗16位ADCMAX1168，与一个小型USB接口模块，构成一个简单的八通道、16位测量系统。MAX1168有八个输入通道、一个SPI（串行外设接口）端口、一个4.096V基准电压，以及一个时钟振荡器。MAX1168工作在5V电压下，可以转换为单个通道、在一个通道上完成多次转换，或者顺序扫描多个通道，并在片上存储测量的数据。
　　USBmicro公司(www.usbmicro.com)的U421USB接口模块基于Cypress(www.cypress.com)的CY7C63743控制器，提供多至16I/O线以及一个将某些I/O线用作SPI端口的选项，可选时钟速率62.5kHz、500kHz、1MHz或2MHz。U421上的硬件可以访问SPI读写设备，器件的通用I/O线可以作为从选择线，应付多种SPI设备。一个I/O线用于控制MAX1168的片选输入。当与HID（人/机接口设备）一起使用时，U421USB控制器能够以高达800字节/秒的速度传输数据。USB端口增加了降低噪声的滤波功能，并能为电路提供5V电源。
　　MAX1168的采样保持电路必须采集输入电压，并在3ms时间内为其45pF的保持电容器充电，因而需要一个快速放大器来减小采集误差。MAX4230现有双芯和四芯版，提供10MHz带宽、2V/ms转换速率、满摆幅的输入与输出，以及在5V电压或低至2.7V电压下运行的能力。MAX4230的偏置电流典型值为50pA，可以在不影响精度情况下有相当高的输入阻抗。
　　为提供过压保护以及输入电压定标功能，每个缓冲放大器的输入端都有一个100kΩ精密匹配的电阻分压器。本应用使用了Maxim公司的MAX5490VA1000010:1分压器，它提供1/11的定标因数，可以在687.5mV分辨率下达到45V的最高可读输入。
　　评估软件用微软(Microsoft)VisualBasic.Net标准版，该软件通过USBm.dll（动态链接库）文件为U421提供指令。演示程序设置MAX1168扫描所有八个通道，并显示结果。当运行程序时，可以用VB(VisualBasic)方式设置输入分压器的基准电压、选择扫描时间，以及启用八个输入通道中的任意一个作屏幕显示。
　　2.串口通信R232或485传输方式：
　　R232或485传输方式：各种环境监测传感器－ADAM4017采集模块(8路模拟量采集)－ADAM4050模块（A/D转化）－ADAM4521模块（数据格式转换422或485格式转成232格式）－单片机处理（数据存储，扫描，信号放大，虑波）－ADAM4520模块－中心控制机（中心控制机为工控机，是遥控中心，通过软件显示各物理量情况）。
　　3.以太网传输方式：
　　系统采用两级组网方式，即监控中心和远端机房，组网方式使用以太网，TCP/IP协议传输。
　　系统监控中心由系统服务器/环境操作台、通信服务器等构成。系统工作于局域网环境，操作平台采用Windows2000系统，前端用户界面采用通用流行成熟的应用组态工具，构成系统的操作平台。通过嵌入系统内部的通讯驱动软件包，采用TCP/IP方式进行信息交换。监控中心采用以太网结构，能顺利地与其他信息管理网接口。设置的动力环境告警台主要用于管理和维护人员的操作；系统服务器实现数据管理和共享，便于系统数据分析，日志记录和多种统计处理。通信服务器和通信组网模块用于系统组网、规约处理和通信的方式兼容，便于对不同的通信方式，不同的通信规约，不同厂家的设备提供支持。
　　系统组网结构基于C/S或B/SWEB方式，本地配置系统服务器和监控台，用于对本地局域网络的监控，也可以直接接入INTERNET网络。其他的本地终端或远程终端可以根据授权级别进行登录访问，访问方式可以是拨号，或公网授权。
　　其中每个铁路信号机械室或通信机械室为一个远端监控单元。现场监控设备由现场监控器、组网模块、传感器（电流/电压传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、水浸传感器、门禁传感器、空调红外遥控装置）组成，根据中心命令完成对通信电源、分体空调、机房环境信息进行监控，除传感器外的所有模块都装在一个标准机箱中，可以采用璧挂式安装或架装在标准的机柜。
　　现场应用中通信机械室和信号机械室具体监控和控制对象不完全相同，可通过调节监控对象和传感器来解决。