核輻射環境監測中的ZigBee技術研究

周鵬　劉曉莉

摘要：目前，我國的環境問題越來越多地顯現出來，其中核輻射環境污染已經成為現在環境污染中的重要問題。環境監測水平的提高是保證避免核輻射污染的有效措施，因此，需要利用ZigBee無線技術實現ZigBee無線傳感網絡的區域環境核輻射監測系統的建立。文章通過對核輻射及環境監測的分析，對ZigBee技術在核輻射環境監測中的應用進行了分析。

關鍵詞：核輻射；環境監測；ZigBee技術；環境問題；環境污染；ZigBee無線傳感網絡 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP274 文章編號：1009-2374（2015）22-0019-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.010

作為人類賴以發展的基礎，生態環境的好壞對于人類來說具有非常重要的意義。現代社會，人們過于追求經濟的發展，這就自然或不自然地造成對生態環境的破壞，而遭到破壞的生態環境又反過來對經濟進行制約，嚴重的甚至會對人們的生命安全造成危害，所以就需要對生態環境進行一定的保護，并以此來進行環境與經濟之間的關系維護。環境保護是一項長期的、連續性的工作，其工作過程會涉及到整個工程的方方面面，例如環境調查、環境監測、環境分析、環境治理等工作。所以，在核輻射環境檢測中對ZigBee技術進行應用具有非常重要的意義。

1 核輻射及環境監測概述

對于核輻射來說，其可以簡單地稱為放射性，而放射性存在于許多的物質之中，是在經過了很長時間之后客觀存在的事物，屬于正常現象。對于天然性的核輻射來說，一般可以分為三個輻射來源，即宇宙射線、陸地射線以及體內放射性物質。通常情況下，放射性物質都是以波或顆粒的形式進行能量的發射，而此現象就稱為核輻射，常見的核輻射現象經常出現在核爆炸及核事

故中。

環境監測在核輻射條件下，其監測的內容有很多，例如對濕度、水質、噪聲、空氣、輻射等，所以就需要對環境的各個方面進行有效的監測，同時又因為環境在實際的監測過程中可變因素太多，這就造成在實際的環境監測過程中需要根據實際情況進行不同儀器的選擇，同時進行不同監測技術的應用。對于環境監測工作來說，首先需要做的工作就是要進行技術的合理選擇及應用，進而進行方案的合理安排。

對于環境監測技術來說，一般可以分為三種，即信息技術、3s技術、物化生科學。信息技術簡單地說就是運用現代的科學技術進行環境監測工作，具體的有對環境的信息采集工作、處理分析等。3s技術相對來說非常復雜，此技術對于各個領域都有著非常廣泛的應用，所以此技術的有效應用能夠保證環境監測工作的有效進行。對于物化生科學來說，在實際的應用中非常普遍。

2 我國環境監測技術現狀

對于我國現代環境監測體系來說，其還沒有建立起相應的技術體系，在實際的環境監測工作過程中還存在許多問題，特別是環境的自動監測相比于國外來說還有很長的一段差距。環境監測工作所涉及到的方面有很多，但是在實際的監測過程中并不能真正實現對環境的監測結果的顯示。同時，因為專業的環境監測人員的缺乏，經常會造成環境監測工作不能長期有效地進行下去，特別是對于專業的高素質隊伍建立來說，更是難上加難。對于核輻射環境監測來說，就更加需要專業人員的操作，所以，現代環境監測很多都是因為相關工作人員的技術水平不能達到要求。

3 ZigBee技術的基本原理及框架

ZigBee技術簡單地說就是不同于傳統的環境監測技術，其主要是一種新型的短距離無線通信技術，在運行過程中主要的優點就具有組網靈活性、結構簡單性、功耗小、成本低的優點。對于無線傳感器網絡拓撲結構的建立來說，其在ZigBee技術為基礎的建立過程中，具體的可以分為三種結構，即星型網絡結構、樹型網絡結構及網狀網絡結構。其中，全功能設備所代表的是協調器或傳感器節點，其可以與所有的設備進行通訊；而對于半功能設備來說，其作用就是作為傳感器的節點在使用。對于星型網絡結構來說，其主要的構成部分就是由單個協調器與多個終端節點在一起進行使用，星型網絡結構主要的應用范圍就是特定環境中的環境監測；對于樹狀網絡結構來說，其主要的功能就是其應用范圍就是監測范圍較大的環境，而其主要的結構構成是由單個協調器及多個星型網絡結構共同構成；對于網狀結構來說，其結構中各個設備之間都具有相等的通信，而每個節點都能夠與其他節點進行有效的通信。在網狀結構中，存在多個節點，所以網狀網絡結構具有非常高的可靠性。

4 ZigBee技術系統的硬件設計

4.1 系統的芯片選擇及總體硬件設計

在當前情況下，ZigBee技術的標準芯片種類非常多，而經常使用到的種類有TI公司的CC2430、CC2530以及飛思卡爾公司的MCI3192芯片。通過對整體環境的考慮，選擇TI公司的芯片作為核心進行研究。

對于CC2530芯片來說，其主要的工作頻段一般為2.4GHz，其在工作過程中主要包含有收發器、CPU以及存儲器等，其在正常情況下的工作電壓一般為2.0～3.6V之間。

4.2 傳感器節點的軟設計

對于傳感器節點的設計來說，其主要采用的節點采集原理就是通過對γ輻射劑量的數據進行節點的設計。通過對γ輻射劑量進行收集之后，還需要運用路由器將所收集到的數據進行一定的打包，進而實現協調器發布命令的目的。啟動之后，首先需要做的工作就是進行硬件及協議棧的初始化；其次才能夠進行信道掃描，并將掃描之后的數據進行并通，并通之后再進行無線網絡的建立，而建立的無線網絡主要是根據協調器進行的；最后就是節點的工作，其主要就是保證對數據的有效

采集。

4.3 上位機軟件設計

上位機簡單地說其平臺主要就是中央處理平臺，所運用的都是VB編寫功能。中央處理平臺的有效應用可以保證對各個網絡節點都實現實時的監測，并能夠保證將所監測到的數據有效地傳輸到中央監測平臺中，進而實現對數據的有效儲存。上位機的有效應用有效地保證了無線傳感網絡中各個節點對于數據存儲的傳送，同時還能夠保證各個監測數據及波動曲線都能夠得到有效的波動曲線。

5 結語

綜上所述，基于Zigbee技術的核輻射監測的設計無需布線，傳感節點可以移動位置以滿足監測需要，新加入節點可輕松入網。相比之有線核輻射監測系統有成本低、數據采集頻率高、在惡劣環境下的安全性高等優點。經過試驗表明，本系統的性能可靠，能夠很好地完成區域內核輻射的監測。

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（責任編輯：周 瓊）