專利名稱：智能環境監理適配器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于測試裝置技術領域，更進一步涉及一種用于環境污染監測、治理的智能環境監理適配器。
多年以來，環境監理工作一直采用人工采集樣本、分析數據、手工匯總制表等工作手段，由于采樣間隔時間長，數據分析匯總慢，傳遞不及時，難以對當地的環境現狀進行準確、及時的整體評價。近年來，一些排污企業安裝了污水排放自動檢測設備，主要包括流量計、COD監測儀、數據提取設備(黑匣子)及污染處理設備。希望能藉此實時監控各企業的排污情況，但在實際使用過程中發現其監測效果并不理想，其主要缺點是反映污水排放狀況的各類數據無法準確、及時地匯總到各級環保部門，從而使環保部門無法對企業排污行為進行約束，進而無法準確評估當地生態環境。
本實用新型的目的在于提供一種智能環境監理適配器，它設置在上位機系統與企業現場數據提取設備之間，實現環境監理手段自動化、實用化、信息化。
數據提取設備通過流量計、濃度計等監測儀器采集企業污水的排放數據，并監測污染處理設施的運行狀況，適配器負責將黑匣子獲取到的各種不同標準與格式的數據轉換為全國統一的標準數據格式后通過調制解調器(MODEM)和公共電話網(PSTN)傳送到上位機，同時它還完成通信控制、身份校驗、數據管理等一系列輔助功能。本實用新型包括接口及電平變換器、數據處理與控制電路，其控制電路與功能電路通過總線相連，控制電路和功能電路的接口分別與電平變換電路接口相連，監控電路分別向控制電路和功能電路輸出復位脈沖。
以下結合附圖對本實用新型作進一步的描述。
圖1為本實用新型的方框圖。
圖2為本實用新型單片機控制電路電原理圖。
圖3為本實用新型功能電路電原理圖。
圖4為本實用新型電源及微處理器監控電路。
圖5為本實用新型電平變換電路電原理圖。
單片機控制電路1的地址總線、數據總線和控制總線與功能電路2的地址總線、數據總線和控制總線分別相連。單片機控制電路1的異步串行接口和功能電路2的異步串行接口分別和電平變換電路3各自對應的異步串行接口相連。電源及微處理器監控電路4分別向單片機控制電路1和功能電路2輸出復位脈沖，其連接是電源及微處理器監控電路4的微處理器監控電路的復位引腳分別和單片機控制電路1及功能電路2的復位引腳相連。電源及微處理器監控電路4的“看門狗”輸入電路引腳和單片機控制電路1的一個輸入/輸出口連接。該輸入/輸出口輸出電源及微處理器監控電路4所要求的“看門狗”輸入信號。
圖2控制電路1中的8位單片機89C52(U2)的輸入/輸出口引腳P10和圖5監控電路4中的微處理器MAX813(U1)的“看門狗”輸入引腳WDI連接，以實現對程序運行正常與否進行監控。圖2中的8位單片機89C52(U2)的輸入/輸出引腳P16和功能電路中的非易失SRAMHK1245(U4)的片選引腳/CS1連接，使圖2中的8位單片機89C52(U2)對圖3中的非易失SRAMHK1245(U4)進行讀寫操作時能夠選通之。圖2中的8位單片機89C52(U2)的輸入/輸出口引腳P17和圖3中的非易失SRAMHK1245(U4)的地址引腳A16連接，使圖3中的非易失SRAMHK1245(U4)的高64K存儲單元能夠讀寫。圖2中8位單片機89C52(U2)的外部中斷輸入引腳INT1和電平變換電路4中的通用異步收發器16C550(U6)的中斷申請引腳INT的反相端相連，該反相端是圖3中的六反相器74HC04(U7)的D反相器(U7D)的輸出引腳4Y，圖3中的六反相器74HC04(U7)的D反相器(U7D)的輸入引腳4A和圖3中的通用異步收發器16C550(U6)的中斷申請引腳INT相連。圖2中的8位單片機89C52(U2)的外部中斷輸入引腳INT0和圖3中的實時時鐘DS12B887(U5)的中斷申請引腳/IRQ相連，從而使圖2中的8位單片機89C52(U2)能夠分別處理圖3中的實時時鐘DS12B887(U5)和圖3中的通用異步收發器16C550(U6)所產生的中斷申請，以實現實時處理和控制。圖2中的8位單片機89C52(U2)的復位引腳RESET和圖4電源及微處理器監控電路中的微處理器監控電路U1的復位引腳相連，實現了對圖2中的8位單片機89C52(U2)的復位操作。圖2中的8位單片機89C52(U2)的讀信號輸出引腳RD分別和圖3中的非易失SRAM HK1245(U4)的讀信號輸入引腳/OE、圖3中的實時時鐘DS12B887(U5)的讀信號輸入引腳DS及圖3中的通用異步收發器16C550(U6)的讀信號輸入引腳-IOR相連，以進行讀操作。圖2中的8位單片機89C52(U2)的寫信號輸出引腳WR分別與圖3中的非易失SRAM HK1245(U4)的寫信號輸入引腳/WE，圖3中的實時時鐘DS12B887(U5)的寫信號輸入引腳R/W及圖3中的通用異步收發器16C550(U6)的寫信號輸入引腳—IOW相連，以進行寫操作。圖2中的8位單片機89C52(U2)的地址鎖存信號輸出引腳ALE/P既和圖2中的八鎖存器74HC373(U3)的地址鎖存信號輸入引腳LE相連，又和圖3的實時時鐘DS12B887(U5)的地址鎖存信號輸入引腳AS相連，實現讀寫操作時對低8位地址的鎖存。為了迫使單片機執行片內程序，圖2中的8位單片機89C52(U2)的程序選擇引腳EA/VP和圖5中監控電路4的AC/DC模塊MSPS-5A3+引腳連接。圖2中的8位單片機89C52(U2)的8個輸入/輸出口引腳P00～P07是低8位地址A0～A7和數據D0～D7分時復用的總線。作為數據總線(DATABUS)，這8個引腳D0～D7與圖3中的通用異步收發器16C550(U6)的數據總線引腳D0～D7一一對應相連。作為低8位地址A0～A7和數據D0～D7分時復用的總線，還和圖3中的實時時鐘DS12B887(U5)的地址數據復用總線引腳AD0～AD7一一對應相連。為了鎖存低8位地址A0～A7，圖2的8位單片機89C52(U2)的8個輸入/輸出引腳P00～P07還和圖2中的八鎖存器74HC373(U3)的數據輸入引腳D0—D7一一對應相連，圖2中的八鎖存器74HC373(U3)的8個狀態輸出引腳Q0～Q7在功能上與低8位地址A0～A7一一對應。圖2中的8位單片機89C52(U2)的8個輸入/輸出口引腳P20～P27是地址總線的高8位A8～A15，與圖2中的八鎖存器74HC373(U3)的8個狀態輸出引腳Q0～Q7(即A0～A7)組合成16位地址總線與圖3中的非易失SRAM的地址總線引腳A0～A15一一對應相連。作為低3位地址(A0～A2)的圖2中的八鎖存器74HC373(U3)的3個狀態輸出引腳Q0～Q2和圖3中的通用異步收發器16C550(U6)的地址總線引腳A0～A2一一對應相連。圖2中的8輸入與非門74HC30(U8)的8個輸入引腳A～H和圖2中的8位單片機89C52(U2)的8個輸入/輸出口引腳P20～P27一一對應相連。圖2中的八鎖存器74HC373(U3)的狀態輸出引腳Q3～Q7和圖2中的3-8線譯碼器74HC138(U10)的狀態輸入引腳A、B、C、E3和E2一一對應相連。圖2中的8輸入與非門74HC30(U8)的輸出引腳Y和六反相器74HC04(U7)的A反相器(U7A)的輸入引腳1A及圖2中的3-8線譯碼器74HC138(U10)的狀態輸入引腳E1相連。圖2中的3-8線譯碼器74HC138(U10)的譯碼輸出引腳Y7和圖2中的六反相器74HC04(U7)的反相器(U7C)的輸入引腳3A相連，這個反相器(U7C)的輸出引腳3Y和三3輸入與非門74HC10(U9)的A輸入與非門(U9A)的輸入引腳1B相連。這個3輸入與非門(U9A)的輸入引腳1A接至圖5中的AC/DC模塊MSPS-5A3的十引腳。這個3輸入與非門(U9A)的輸入引腳1C和圖2中的三3輸入與非門74HC10(U9)的B3輸入與非門(U9B)的輸入引腳2B相連，再和圖2中的8位單片機89C52(U2)的輸入/輸出口引腳P16相連。圖2中的三3輸入與非門74HC10(U9)的B3輸入與非門(U9B)的2A輸入端和圖2中的3-8線譯碼器74HC138(U10)的狀態輸入引腳E2相連這個3輸入與非門(U9B)的輸入引腳2C和圖2中的六反相器74HC04(U7)的A反相器(U7A)的輸出引腳1Y連接。圖2中的三3輸入與非門74HC10(U9)的A3輸入與非門(U9A)的輸出引腳1Y及B3輸入與非門(U9B)的輸出引腳2Y分別和圖3中的通用異步收發器16C550(U6)的片選引腳-CS2及圖3中的實時時鐘DS12B887(U5)的片選引腳/CE相連，實現了讀寫操作時對圖3中的通用異步收發器16C550(U6)和圖3中的實時時鐘DS12B887(U5)的片選。圖2中的8位單片機89C52(U2)的串行接收引腳RXD和圖5中的電平變換電路MAX232(U13)的數據輸出引腳R10相連。圖2中的8位單片機89C52(U2)的串行發送引腳TXD和圖5中的電平變換電路MAX232(U13)的數據輸入引腳TIL相連，以實現以TTL電平和單片機接口。圖2中的8位單片機89C52(U2)的晶體諧振器連接引腳X1和X2之間并聯有晶體諧振器(X1)；在圖2中的8位單片機89C52(U2)的晶體諧振器連接引腳X1和X2與地之間各自串聯有電容器一只(C2和C1)。為了使圖2中的入鎖存器74HC373(U3)始終處于使能狀態，它的使能引腳OE和地連接。
圖3中的非易失SRAM HK1245(U4)的片選引腳CS2以及圖3中的通用異步收發器16C550(U6)的兩個片選引腳CS0和CS1均和圖4中的AC/DC模塊MSPS-5A3的十引腳相連。圖3中的實時時鐘DS12B887(U5)的總線選擇引腳MOT以及圖3中的通用異步收發器16C550(U6)的地址選通引腳ADS、讀出數據有效引腳IOR及寫入數據有效引腳IOW均接地。圖3中的通用異步收發器16C550(U6)的波特率輸出引腳和接收時鐘引腳RCLK相連。圖3中的通用異步收發器16C550(U6)的發送引腳TX、接收引腳RX、數據終端準備好引腳DTR和允許發送引腳CTS分別和圖5中的電平變換電路2中MAX232(U11)的數據輸入引腳T1I、數據輸出引腳R1O、數據輸入引腳T2I和數據輸出引腳R2O一一對應相連。圖3中的通用異步收發器16C550(U6)的請求發送引腳-RTS，數據設備就緒引腳DSR和振鈴指示引腳-RI分別和圖5中的電平變換電路MMX232(U12)的數據輸入引腳T1I、數據輸出引腳R1O和數據輸出引腳R2O一一對應相連。圖3中的通用異步收發器16C550(U6)的載波信號檢測引腳-CD和圖5中的電平變換電路MAX232(U13)的數據輸出引腳R2O相連。圖3中的通用異步收發器16C550(U6)的晶體諧振器連接引腳XTAL1串聯一只電容器C3到地，同時和電阻器R4及晶體諧振器X2并聯支路的一端相連。晶體諧振器連接引腳XTAL2串聯一只電阻器R5后和電阻器R4及晶體諧振器X2并聯支路的另一端相連，再串聯一只電容器C4到地。圖3中的通用異步收發器16C550(U6)的復位引腳RESET和圖4中的微處理器監控電路MAX813(U1)的復位引腳RESET相連，實現了對圖3中的通用異步收發器16C550(U6)的復位操作。圖4中的微處理器監控電路MAX813(U1)的復位引腳還和圖4中的六反相器74HC04(U7)的E反相器(U7E)的輸入引腳5A相連，這個反相器的輸出端5Y和圖3中的實時時鐘DS12B887(U5)的復位引腳/RESET相連，實現了對圖3中的實時時鐘DS12B887(U5)的復位操作。圖4中的微處理監控電路MAX813(U1)的“看門狗”的輸出引腳/WDO和手動復位引腳/MR相連，以使程序失控時，能強制系統進入復位狀態并繼而使程序正確執行。圖4中的微處理器監控電路MAX813(U1)的電源掉電比較器輸入引腳PFI接地。圖4中的AC/DC模塊MSPS-5A3的兩個AC引腳并聯一支壓敏電阻器RY，一個AC引腳經電阻器R1和保險管F串聯后接交流電源火線，另一AC引腳直接接交流電源零線。圖4中的AC/DC模塊MSPS-5A3的“十”、“一”兩引腳輸出+5V。其中“一”引腳是電位參考點，稱之為地。這兩個引腳為整個系統中提供+5U電源。作為電源指示的圖4中的發光二極管POWER和電阻器R3串聯后接到圖4中的AC/DC模塊MSPS-5A3的“十”、“一”兩引腳之間。并接在圖4中的AC/DC模塊MSPS-5A3的“十”、“一”兩引腳之間的元件還有二極管P6KE6.8(SD1)和二極管IN5817(SD2)，它們都是陽極接地，陰極接AC/DC模塊MSPS-5A3的“十”引腳。電解電容E16的“十”極接AC/DC模塊MSPS-5A3的“十‘引腳，”一“極接地。在AC/DC模塊MSPS-5A3”十“、”一“兩引腳之間并接的還有電阻器R2、電容器C5及未在圖中標明的電容器C8～C13。適配器電路板上的電容器C6、C7未在圖中標明，它們分別接在圖3中的實時時鐘DS12B887(U5)的復位引腳/RESET和地之間及圖3中的通用異步收發器16C550(U6)的復位引腳RESET與圖4中的AC/DC模塊MSPS-5A3的“十”引腳之間。圖5中的三只電平變換電路MAX232(U11、U12和U13)的外圍電路完全相同，都是由接法完全相同的五只鉭電解電容器構成，它們的劃分是鉭電解電容器E1～E5屬電平變換電路MAX232(U13)；鉭電解電容器E6～E10屬電平變換電路MAX232(U11)；鉭電解電容器E11～E15屬電平變換電路MAX232(U12)，以電平變換電路MAX232(U13)為例說明鉭電解電容器的接法，電容器E1的+極、-級分別接電平變換電路MAX232(U13)電容引腳C1+，和電容引腳C1-；電容器E2的+極、-極分別接電平變換電路MAX232(U13)的電容引腳C2+和電容引腳C2-。電容器E3的+極接地，-極接電平變換電路MAX232(U13)的電壓、引腳V-。電容器E4的+、-極分別接電平變換電路MAX232(U13)的電壓+引腳V+和5V電源引腳VCC。電容器E5的+極接電平變換電路MAX232(U13)的5V電源引腳VCC，-極接地。
數據傳輸的匹配功能。由于上位機與黑匣子之間是一點對多點的傳輸關系，每個黑匣子的傳輸速率都必須在上位機匹配，否則上位機的采集效率將受到很大影響。由于黑匣子設計各不相同，相當數量的黑匣子由于晶振設置等問題難以實現高速傳輸。而適配器一方面可慢速地接收現場采樣數據，另一方面又可以用較高的速率實現數據上傳，因此可以在基本上不改動黑匣子原有硬件設計的前提下方便地實現系統連接。
數據傳輸的緩沖功能。黑匣子采集到的數據主要是瞬時采樣數據，這部分數據的來源、類型及含義都是相對固定的，并且幾年內不會發生很大變化。而上位機向黑匣子獲取的數據則不同，其中包含的匯總、報警、事故等數據不但種類繁多，而且會隨上位機業務的發展而經常性地發生變化，所以瞬時數據與黑匣子緊密相關，而業務數據則與上位機應用緊密相關，而適配器則是溝通二者的橋梁，用適配器可以將中心機的部分分析、匯總功能合理地分配出去，實現良好的數據層次，提高整個系統的效率，符合網絡計算的要求。
版本控制和系統升級的可擴充性。如果沒有適配器，則黑匣子與上位機之間屬數據緊耦合關系。這樣上位機的升級、維護、版本控制均涉及黑匣子的升級、維護、版本控制，這樣每次都要上位機廠家與數百家黑匣子廠家統一行動，同時完工，這在操作上是不可能的。加入適配器后，黑匣子與上位機之間無直接耦合關系，相應的活動只需由上位機廠家與適配器廠家協調，工作可以順利地進行。
接入類型的可擴展性。利用適配器可以方便地實現多種設備的接入(如水質分析儀)和多種接入方式(IC卡、無線通訊、便攜機……)，從而實現了接入的靈活性。
提高了系統的安全性。由于適配器到上位機的通信協議采用成熟的加密技術，確保了業務數據的保密性。另外，在通信過程中還進行了差錯控制及網絡流量控制，使得整個通信過程較為可靠。
權利要求1.智能環境監理適配器，它包括接口及電平變換器、數據處理與控制電路，其特征在于所述控制電路(1)與功能電路(2)通過總線相連，控制電路(1)和功能電路(2)的接口分別與電平變換電路(3)接口相連，監控電路(4)分別向控制電路(1)和功能電路(2)輸出復位脈沖。
2.根據權利要求1所述智能環境監理適配器，其特征在于所述的控制電路(1)中單片機89C52U2I/OP10接監控電路(4)中微處理器監控電路MAX813U1“看門狗”輸入端WDI單片機U2I/O口P16接三-3輸入與非門74HC10U9的兩個與非門U9A、U9B的輸入端1C和2B，P16口同時接電路(2)中非易失SRAMU4的片選引腳/CS1，單片機U2I/O端口P17接功能電路(2)非易失SRAMU4的地址總線A16，單片機U2外部輸入引腳INT1接功能電路(2)中通用異步收發器U6，中斷申請引腳INT反相端，單片機U2的INTO接功能電路(2)中的實時時鐘U5中斷申請引腳/IRQ，單片機U2控制總線接功能電路(2)的控制總線，單片機U2地址鎖存選通ALE/P引腳接控制電路(1)，八鎖存器U3地址鎖存引腳LE，單片機U2串行總線發送、接收端TXD、RXD分別接電平變換電路(3)中的電平變換芯片，U13數據輸入引腳T1I和數據輸出引腳R1O，單片機U2I/O口P00～P07地址、數據分時復用總線與控制電路(1)的八鎖存器U3、功能電路(2)中的非易失SRAMU4、通用異步收發器U6、實時時鐘電路U5相連，單片機I/O口P20～P27與控制電路(1)的八輸入與非門U8的輸入端、功能電路(2)的非易失SRAMU4相連，八鎖存器U3的狀態輸出引腳分別接功能電路(2)的地址總線，輸出使能引腳OE接地。
3.根據權利要求1所述的智能環境監理適配器，其特征在于，所述控制電路(1)中的地址譯碼電路3-8線譯碼器U10的輸入端A、B、C、E3、E2分別接八鎖存器U3Q3-Q7端，八鎖存器Q7端接三-3輸入與非門U9B的2A輸入端，8輸入與非門U8的輸出端Y分別接3-8線譯碼器U10的E1輸入端和六反相器U7A的輸入端1A，3-8線譯碼器U10輸出端Y7接六反相器U7C的輸入端3A，U7A的輸出端1Y接與非門U9B的輸入端2C，U9B的輸出端2Y接功能電路(2)中的實時時鐘電路U5的片選引腳/CE，六反相器U7C的輸出端3Y接三-3輸入與非門U9A的輸入端1B，U9A的1A輸入端接高電平，U9A輸出端1Y接通用異步收發器U6的片選引腳-CS2。
4.根據權利要求1所述的智能環境監理適配器，其特征在于，所述功能電路(2)中的通用異步收發器U6的發送引腳TX、允許發送引腳-CTS、接收引腳RX、數據終端準備好引腳-DIR、分別接電平變換電路(3)的MAX232U11的數據輸入引腳I1I、數據輸出引腳R1O、數據輸出引腳R2O和數據輸入引腳T2I，U6的請求發送引腳-RTS、數據設備就緒引腳-DSR、振鈴指示引腳-RI分別與電平變換電路(3)的MAX232U12的數據輸入引腳T1I、數據輸出引腳R1O、R2O相連，U6的載波信號檢測引腳-CD接MAX232U13的數據輸出引腳R2O，U6的波特率輸出引腳BAUD與接收時鐘RCLK引腳相連，U6的地址選通引腳-AS、讀出數據有效引腳IOR、寫入數據有效引腳IOW均接地，非易失SRAMU4的片選引腳CS2接高電平，實時時鐘U5總線種類選擇引腳MOT接地，U6的復位引腳RESET接監控電路(4)的微處理器監控電路U1的復位引腳RESET，實時時鐘U5的復位引腳/RESET接U1復位引腳RESET的反相端。
5.根據權利要求1所述的智能環境監理適配器，其特征在于，所述的監控電路(4)中的MAX813U1“看門狗”輸出端引腳/WDO接手動復位引腳/MR，電壓比較引腳PFI接地，復位引腳RESET接六反相器U7E的輸入端5A。
專利摘要一種用于環境污染監測的智能環境監理適配器,它包括控制電路,功能電路、電平變換電路和監控電路等四個部分。控制電路通過總線與功能電路相連,控制電路和功能電路串行接口分別與電平變換電路相連,監控電路分向控制電路和功能電路輸出復位脈沖。本裝置在上位機系統和現場數據提取設備之間,實現環境監理手段自動化、實用化、信息化。
文檔編號H04L12/26GK2381072SQ99234778
公開日2000年5月31日 申請日期1999年7月9日 優先權日1999年7月9日
發明者林宣雄, 王國彥, 孫波, 鄭小迎, 任小東, 楊屹 申請人:西安交大賽佰軟件有限責任公司