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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:張坤福
研究生(外文):Kun-Fu Chang
論文名稱:嵌入式儀器資料收集系統之設計與實踐-以環保署空氣品質監測站為例
論文名稱(外文):The development of an internet-based SCADA system for the next generation air quality monitorng station
指導教授:王鵬堯王鵬堯引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:環境工程研究所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:101
中文關鍵詞:網際網路傳輸系統空氣品質監測站
外文關鍵詞:InternetCommunication deviceMonitoring Station
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本研究乃根據環保署空氣品質監測站資料收集系統未來之需求為開發方向,設計開發一套儀器資料收集系統,以大量、即時傳遞監測資料。設計時應用現代化之網路及通訊技術,並納入分散式管理、嵌入式系統設計等先進概念。共計開發資料收集原型機六部及軟體應用程式三套(系統控制程式、常駐資料封包轉換程式、使用者操作介面)。系統主要功能包括:
(1)具網路資料傳輸功能
(2)遠端控制/自動設定參數之功能
(3)具初步自我除錯/自我救援之功能
(4)採分散式資料管理,具多重資料備份之功能
(5)具有數位/類比儀器資料接收及控制功能
(6)內建校正曲線及監測值轉換之功能
(7)具資料儲存功能
(8)以網頁式(Web-based)應用系統為操作介面
由實驗室功能測試結果顯示:原型機資料收發、自動除錯/自我救援功能、資料自動備援及修復機制等功能皆能正確執行,且測試期間原型機穩定操作時間佔總測試時間之95%以上。在實驗室測試中,使用學術網路進行資料傳送時的封包遺失率約為0.02%、網路控制反應時間約為4~5秒。實場測試時由於網路條件的不同,其平均封包遺失率約為0.01%~0.04%、遠端設定成功率在95%以上、網路搖控反應時間約為4~5秒。在未啟用看門狗功能前,由於缺少外部救援機制,當機時需由人工重新啟動,造成系統資料收集工作停擺,此情形在啟用看門狗功能後獲得成功改善。加入看門狗功能的原型機在實場測試後期已能自動連續運作達一個月之久。
The purpose of this research is to design and develop an internet-based SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) system to meet the demand on data collection and transmission of the environmental monitoring stations around this island in the future. The system is composed of two parts:an on-site data collector which is called Site-Server, and a PC-based web server unit at the remote data center. Site-Server has a signal processing unit based on BX-24 microprocessor, an internet protocol processing unit based on siteplayer chip, and other peripheral chips. The system can take both analog and digital signals from different monitoring instruments and transmit calculated data to 8 different subscribed remote databases. Before data are transmitted, the Site-Server stores data in its nonvolatile memories as a backup in case of internet failure. The major functions of this system are listed below:
(1)Internet data transmitting and receiving
(2)Automatic parameter configuration
(3)Preliminary system debugging and rescuing
(4)Multi-users data subscription
(5)Digital signal conversion
(6)Voltage-to-data translation
(7)Inner data-logger
(8)Web-based human-machine interface
Laboratory and on-site tests were put into practice later to evaluate the performances of the system. The laboratory test showed that the steady operation time of Site-Server had reached 95% of the entire period. Other tests such as power failure test, internet service interruption test, and database replication test were also carried out successfully. In field situation, the probability of losing data during transmission was about 0.01%~0.04%, and the access time through internet was about 4~5 seconds. For unknown reasons, Site-Server halted more often in the beginning of the field study. This problem was solved by adding an external watchdog timer. Since then, the system worked steadily.
第一章 前言1
1.1研究緣起1
1.2研究目的3
1.3研究架構與流程4
第二章 文獻回顧6
2.1環境監測網及其資料收集系統6
2.1.1環保署空氣品質監測站資料收集系統6
2.1.2美國EMPACT計畫8
2.1.3資料收集系統比較9
2.2工業控制網路與工業環境監測系統13
2.3資料收集系統的種類與演變16
2.4資料通訊與網路通訊19
2.4.1資料通訊定義及構成19
2.4.2資料傳送方式19
2.4.3網路與數據通訊20
2.4.4網際網路與TCP/IP協定21
2.5小結25
第三章 系統設計26
3.1系統功能及架構設計26
3.1.1系統設計理念26
3.1.2系統架構規劃27
3.1.3系統功能規劃30
3.2應用層資料交換協定設計32
3.2.1設計概念32
3.2.2資料交換協定格式設計34
3.2.3資料交換程序及其事件35
第四章 系統開發與實作39
4.1介面規劃與選擇39
4.1.1訊號擷取介面選擇39
4.1.2資料交換介面規劃41
4.2硬體單元材料選擇及原型機製作43
4.2.1自動控制單元43
4.2.2網路單元48
4.2.3顯示器單元50
4.2.4類比數位轉換單元53
4.2.5即時時鐘單元53
4.2.6記憶體單元55
4.2.7原型機製作組裝56
4.3軟體設計60
4.3.1系統控制程式60
4.3.2常駐資料封包轉換程式65
4.3.3使用者操作介面69
4.4系統安裝及操作流程73
第五章 系統性能測試及結果討論75
5.1實驗室功能測試75
5.1.1測試系統說明75
5.1.2實驗室測試方法與結果77
5.2現場實測83
5.2.1系統架設情形說明83
5.2.2現場實測結果87
5.2.3綜合討論92
第六章 結論與建議94
6.1結論94
6.2建議96
參考文獻98
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