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)絡化方向發(fā)展；2、由勞動密集型向技術密集型方向發(fā)展；3、由較窄領域監(jiān)測向全方位領域監(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)有的儀器設備的基礎上采用ZIGBEE 無線技術實現(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備的信息進行上傳共享處理。這里我們技術一種給予ZIGBEE 技術的無線技術來解決這樣的應用。
二、系統(tǒng)技術簡介
2.1、Zigbee 技術簡介
zigbee是一種無線連接技術的商業(yè)化命名，該無線連接技術主要解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯(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，具備了強大的設備聯(lián)網(wǎng)功能，它支持三種主要的自組織無線網(wǎng)絡類型，即星型結構、網(wǎng)狀結構(Mesh)和簇狀結構(Cluster tree)，特別是網(wǎng)狀結構，具有很強的網(wǎng)絡健壯性和系統(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；該拓撲結構還可以組成極為復雜的網(wǎng)絡；除此之外，網(wǎng)絡還具備自組織、自愈功能。
2.2、
圖一 ZIGBEE 星型網(wǎng)絡結構
圖二 ZIGBEE 網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構
三、系統(tǒng)的方案
通過前面對環(huán)保檢測系統(tǒng)的技術要求分析，結合zigbee 技術特點和技術優(yōu)勢，采用zigbee 技術來實現(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)測的傳感器的設備和通信網(wǎng)絡組成：
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：
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)絡或者GPRS 網(wǎng)絡實現(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)采用模塊化結構，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。
隨著無線通信技術的不斷發(fā)展，近年來出現(xiàn)了面向低成本設備無線聯(lián)網(wǎng)要求的技術，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，主要適合于自動控制、遠程控制領域及家用設備聯(lián)網(wǎng)，我們采用zigbee 技術和GPRS/CDMA 技術結合，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 技術與GPRS/CDMA 結合起來，根據(jù)檢測點的不同分布，來靈活地構建抄表的無線網(wǎng)絡。
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