一、系統(tǒng)背景
在人類生存環(huán)境日益惡化的今天，建立完整的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是非常必要的，我國繼續(xù)把環(huán)境保護放在突出的戰(zhàn)略位置。致力于重點流域的水污染防治工程及城鎮(zhèn)污水和垃圾處理。環(huán)保儀器儀表主要用在環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測和污染源監(jiān)測等方面環(huán)保主要是解決我國水環(huán)境、大氣環(huán)境兩個戰(zhàn)略性和全局性的大環(huán)境生態(tài)污染問題。
1.1、環(huán)保儀器儀表的主要需求如下：
(1)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測：目前全國環(huán)保系統(tǒng)及各部門、行業(yè)、企業(yè)已建監(jiān)測站4000 多個，國家環(huán)保局計劃在全國裝備400 多個國家網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測站；350 多個環(huán)境信息中心；100 個城市空氣地面自動監(jiān)測系統(tǒng)。
(2)污染源監(jiān)測：國家要對全國1.8 萬個重點污染企業(yè)實施主要污染物排放總量控制和消減，以改善環(huán)境質(zhì)量，因此要求1.8 萬個污染大戶要逐步安裝在線連續(xù)自動監(jiān)控系統(tǒng)。
(3)遙感遙測儀器儀表：包括對荒漠、草原、森林、海洋、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境進行監(jiān)測，也需要對大氣污染、水域污染(如海洋赤潮、溢油污染)及污染源進行遙感遙測。
1.2、行業(yè)現(xiàn)狀
當前我國生產(chǎn)的環(huán)境監(jiān)測儀器儀表大多是中低檔產(chǎn)品，產(chǎn)品功能單一，故障率高，附加值低，在品種和數(shù)量上也遠遠不能滿足實際需求。
有關(guān)專家認為我國環(huán)境監(jiān)測儀器的發(fā)展趨勢有以下幾點：1、向三化即自動化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展；2、由勞動密集型向技術(shù)密集型方向發(fā)展；3、由較窄領(lǐng)域監(jiān)測向全方位領(lǐng)域監(jiān)測的方向發(fā)展；4、由單純的地面環(huán)境監(jiān)測向遙感環(huán)境監(jiān)測相結(jié)合的方向發(fā)展。
處理分布在各處的環(huán)境檢測點的數(shù)據(jù)傳輸問題一直是建立環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的難點，如果沒有將分布在各處的環(huán)境檢測點的數(shù)據(jù)進行實時的在線的管理則會給管理部門帶來很多的問題。無法實施實時的管理及24 小時監(jiān)控和監(jiān)管。本系統(tǒng)就是在現(xiàn)有的儀器設(shè)備的基礎(chǔ)上采用ZIGBEE 無線技術(shù)實現(xiàn)實時的管理及24 小時監(jiān)控和監(jiān)管。隨著我國對于環(huán)境監(jiān)測越來越重視，在原有的單點環(huán)境監(jiān)測的基礎(chǔ)上，各地的環(huán)境監(jiān)測站紛紛建立了一些無人值守的檢測點，以監(jiān)測更廣更實時的監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量需要我們有更好方法將各個不同地方的測量設(shè)備的信息進行上傳共享處理。這里我們技術(shù)一種給予ZIGBEE 技術(shù)的無線技術(shù)來解決這樣的應用。
二、系統(tǒng)技術(shù)簡介
2.1、Zigbee 技術(shù)簡介
zigbee是一種無線連接技術(shù)的商業(yè)化命名，該無線連接技術(shù)主要解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)應用。國際上，IEEE802.15.4工作組及zigbee聯(lián)盟共同致力于該無線連接技術(shù)的推廣工作，其中，IEEE802.15.4工作組主要負責制定zigbee物理層及MAC層的協(xié)議，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有標準，以便于今后不同廠商設(shè)備的互聯(lián)互通； zigbee聯(lián)盟則負責高層應用及市場推廣工作。而于2002年成立的zigbee聯(lián)盟如今已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無線設(shè)備公司的加入。目前，F(xiàn)reescale、TI等國際巨頭都已推出了比較成熟的zigbee開發(fā)平臺。
ZigBee 標準基于802.15.4 協(xié)議棧而建立，具備了強大的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能，它支持三種主要的自組織無線網(wǎng)絡(luò)類型，即星型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)和簇狀結(jié)構(gòu)(Cluster tree)，特別是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有很強的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性。如果沒有直接通路，還可以通過“多級跳”的方式來通信；該拓撲結(jié)構(gòu)還可以組成極為復雜的網(wǎng)絡(luò)；除此之外，網(wǎng)絡(luò)還具備自組織、自愈功能。
2.2、
圖一 ZIGBEE 星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
圖二 ZIGBEE 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
三、系統(tǒng)的方案
通過前面對環(huán)保檢測系統(tǒng)的技術(shù)要求分析，結(jié)合zigbee 技術(shù)特點和技術(shù)優(yōu)勢，采用zigbee 技術(shù)來實現(xiàn)無線環(huán)保檢測系統(tǒng)是一個非常理想的解決方案：
3.1、系統(tǒng)組成：
一套完整的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由各種環(huán)境監(jiān)測的傳感器的設(shè)備和通信網(wǎng)絡(luò)組成：
①環(huán)境監(jiān)測傳感器包括有：
1）顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)：測塵儀
2) 煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)：流量測量儀；溫度測量儀；壓力測量儀
3）采樣和預處理系統(tǒng)：伴熱處理測量；冷凝除水測量；過濾測量
4）氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)：SO2 分析儀；NOX 分析儀；氧分析儀
②通信網(wǎng)絡(luò)：
如圖所示：傳感器通過RS232 或者RS485 接口跟ZIGBEE 模塊相連。通過ZIGBEE
模塊跟中央處理與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)相連。完成傳感器數(shù)據(jù)的無線上傳及上位控制器指令的無線下發(fā)功能。同時中央處理與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可以使用ZIGBEE 網(wǎng)絡(luò)或者GPRS 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)本地節(jié)點數(shù)據(jù)的無線上傳（包括企業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和環(huán)保局環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)）。
四、系統(tǒng)特點
1）建立一個綜合監(jiān)測系統(tǒng)，每隔一段時間就可對本網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點的監(jiān)控信息進行一次收集，及時準確地掌握環(huán)境污染情況。
2）全無線系統(tǒng)，方便布線及安裝調(diào)試。
3）系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，可方便擴充，且具有遠程診斷功能，安裝維護方便。將遠端采集點的數(shù)據(jù)實時、可靠地發(fā)送到各級監(jiān)控中心。并接收各級監(jiān)控中心的控制指令。
隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來出現(xiàn)了面向低成本設(shè)備無線聯(lián)網(wǎng)要求的技術(shù)，稱之為zigbee，它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動控制、遠程控制領(lǐng)域及家用設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，我們采用zigbee 技術(shù)和GPRS/CDMA 技術(shù)結(jié)合，可以為環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的遠程數(shù)據(jù)傳輸通信提供很好的解決方案。在實際應用中，我們選擇了將zigbee 技術(shù)與GPRS/CDMA 結(jié)合起來，根據(jù)檢測點的不同分布，來靈活地構(gòu)建抄表的無線網(wǎng)絡(luò)。
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