基于BDS的廢氣處理與監測系統設計

徐暢　衛云龍

摘要：隨著國內空氣質量的惡化、霧霾的頻繁發生，分析霧霾產生的原因并加強對廢氣排放企業的監管已經成為環境保護部門的重要任務。文章針對引起霧霾的首要因素，研究了廢氣中懸浮顆粒物的排放監測技術；通過引入基于BDS的嵌入式檢測系統，對工廠廢氣懸浮顆粒物含量進行監測，并采用北斗衛星導航系統來保證監測數據的真實性。

關鍵詞：BDS；北斗衛星導航系統；霧霾；廢氣處理；廢氣監測；PM2.5 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP216 文章編號：1009-2374（2016）03-0083-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.03.042

1 研究背景

2013年1月，我國30多個省遭受了霧霾的籠罩，在北京，僅有5天不是霧霾天。在中國最大的500個城市中，只有不到1%的城市空氣質量滿足世界衛生組織的標準。霧霾可以引發大量的呼吸系統疾病，嚴重危害我國國民的健康，并成為阻礙國家全面發展的重要隱患。為了解決目前工廠廢氣監管中存在的問題，系統引入了國內自主知識產權的北斗衛星定位系統（BDS），實現了對監控設備位置信息的實時管控，有效地避免了設備受到損壞和移動，加強了對工廠廢氣監測管控的力度。

2 系統結構組成

基于BDS的廢氣處理與監測系統設計主要由BDS衛星定位模塊、微型控制單元（MCU）、無線通信WIFI模塊和懸浮顆粒物傳感器模塊組成。系統被固定安裝在工廠廢氣排放煙囪處，系統每間隔一段時間，如5分鐘，就啟動懸浮顆粒物傳感器并讀數，同時啟動BDS衛星定位模塊，對系統所在經緯度與海拔高度進行檢測。系統利用WIFI模塊連接現有公共網絡，將系統編號、經緯度、海拔高度與廢氣懸浮顆粒物含量信息打包發送至位于環保部門的計算機終端。當廢氣懸浮顆粒物含量超標時，計算機終端控制人員即可報告環保部門，對工廠實施處理；當系統所在經緯度、海拔高度發生較大偏差時，計算機終端控制人員即可報告環保部門，對本監測系統的安裝進行檢查。從而實現對工廠廢氣排放真實實時數據的有力監管。基于BDS的廢氣處理與監測系統設計的結構如圖1所示：

2.1 BDS衛星定位模塊

基于BDS的廢氣處理與監測系統設計采用的BDS衛星定位模塊為UM220-III模塊，采用2.7～3.3V的廣泛電壓供電，功耗典型值僅為120MW，體積小，方便安裝。BDS首次定位時間冷啟動情況下32s，熱啟動為1s，重捕獲小于1s；速度精度為0.2m/s，1，定位精度為2.5m，靈敏度達到跟蹤-160dBm，捕獲-145dBm。UM220-III BDS衛星定位模塊如圖2所示。

2.2 懸浮顆粒物檢測模塊

基于BDS的廢氣處理與監測系統設計采用的懸浮顆粒物檢測模塊為夏普公司生產的GP2Y1050AU0F型灰塵傳感器，該傳感器主要由工作室、發光二極管和光接收元件組成，利用檢測懸浮顆粒物散射光線強度檢驗懸浮顆粒物濃度。其原理如圖3所示：

2.3 WIFI模塊

基于BDS的廢氣處理與監測系統設計采用的WIFI模塊為ESP8266串口WIFI模塊，該模塊體積小巧、功耗低，采用串口與MCU通訊。ESP8266串口WIFI模塊如圖4所示。

經過上述各個模塊功能的分析與集成，基于BDS的廢氣處理設備監測系統整體硬件設計如圖5所示：

3 系統軟件設計

基于BDS的廢氣處理與監測系統設計工作時，首先使用灰塵傳感器對環境氣體懸浮顆粒物濃度進行檢測，得到數據后利用BDS模塊對系統所在位置經緯度和海拔進行檢測，并與存儲的上一時刻經緯度和海拔進行對比，如果差距較大，會發送警報信息。完成懸浮顆粒物濃度與位置檢測之后，系統將濃度信息與位置信息以及可能的警報信息利用WIFI模塊通過共用網絡傳送至位于環保部門的監測中心，實現對工廠廢氣排放的實時監測。軟件工作的流程如圖6所示：

BDS北斗衛星定位模塊開發時可利用CDT等軟件進行調試，調試界面如圖7所示：

4 總結與展望

隨著我國經濟發展進入新常態，政府和國民都開始思考如何更好地保護我們的生態環境。同時，霧霾的屢屢發生也為人們敲響了生態保護的警鐘。BDS北斗衛星定位系統建立了實時的強制的工廠廢氣排放實時監測系統，為環保部門強制監管空氣質量提供了新的方法與有效手段。該系統可靠性強，性價比突出，能實時監測工廠廢氣排放情況，尤其是BDS定位系統使其具有防止人為破壞和移動的能力。基于BDS的廢氣處理與監測系統設計不僅實用，而且具有很高的經濟效益和社會效益。未來的工作將對系統進行完善，增加SOX和NOX等主要氣體污染物的檢測，進一步推動系統的實際應用。

參考文獻

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作者簡介：徐暢（1994-），男，北京人，北京理工大學學生，研究方向：智能控制及檢測；衛云龍（1993-），男，北京人，北京理工大學學生，研究方向：智能控制及檢測。

（責任編輯：秦遜玉）