網絡環境下我國環境監測系統分析

朱剛耀

（銅陵市義安區環境監測站）

網絡環境下我國環境監測系統分析

朱剛耀

（銅陵市義安區環境監測站）

在我國社會經濟實現迅猛發展的現階段，環境問題一直都是全社會所廣泛關注的內容，對于環境監測的工作也提出了越來越高的要求。在信息時代當中，網絡技術的迅猛發展為環境監測工作帶來了較大的機遇，已經有越來越多的研究人員將環境監測和網絡技術二者之間實現有機的結合，充分的發揮了網絡技術在環境監測中的作用。基于此，本文以無線傳感技術為例，對網絡環境下我國環境監測系統進行了深入的分析。

網絡環境；環境監測系統；無線傳感技術

前言

環境監測，實際上采取系統調查研究的方式，對影響環境質量的因素代表值進行測定和分析，對環境質量的污染程度及其變化趨勢進行確定，進而為環境治理和建設提供科學合理依據的一種系統性工作內容。環境監測作為環境保護中的一項基礎性工作，對環境保護工作的高效開展具有十分重要的現實意義。在網絡環境當中，信息技術在環境監測中的應用具有低功耗、短時延、高安全性等優勢，再加之網絡的自組織、自愈能力強，設備的復雜程度低、運行成本低和容量大等特點，在環境監測系統的構建中發揮了巨大的作用，受到了研究人員的關注和青睞。

1 我國環境監測現狀

在過去的一段時間之內，我國環境監測工作在一定程度上取得了較大的成效，初步形成了具有我國鮮明特色的環境監測技術和管理體系，且在污染源普查、污染減排以及水專項等工作中起到了巨大的技術支撐作用，在推動我國環保事業健康發展上做出了重要的貢獻，不僅監測隊伍實現了不斷的壯大，對環境的自動監測能力以提升；而且與環境監測相關的科研工作也隨之實現了飛速的發展，形成了環境監測技術體系。然而，我國環境監測工作中也不可避免的存在著一些實際問題，一方面，在環境監測隊伍的建設上面還存在問題，在新污染源不斷產生和臨時突發性任務日漸繁重的情況下，由于監測隊伍人員少，設備技術老舊，使得對監測數據的綜合分析能力較低；另一方面，資源配置不合理，監測技術能力不足，對污染事故的反應能力較差，在出現污染事故的時候無法在第一時間做出正確的反應；再加之缺乏對污染源的自動監控和流動監測能力，不能對實際的污染狀況做出正確的判斷。

2 網絡環境下我國環境監測系統分析

2.1 無線傳感網絡系統的節點組成

網絡環境下我國環境監測系統的發展主要體現在對無線傳感網絡技術的應用方面。無線傳感網絡系統主要是由大氣環境監測所需傳感器、中央處理器、電壓轉換器、電流、無線收發器以及高效電池等微型模塊所構成，這些模塊按照一定的協議共同組成了無線網絡；且每個微型模塊在網絡當中都代表了一個單獨的通信節點，每一個通信節點具有與之相對應的唯一的地址標識。而且，每個無線傳感器的通信節點都具有數據發送、接收和轉發等功能，同時也可以自動生成路由。

無線傳感網絡環境監測系統的工作流程如下：①無線傳感器會對所接收到的信號進行感知，將信號傳輸給A/D轉換器，由A/D轉換器對信號進行必要的處理和分析，將其轉換成數字信號，傳輸給微處理器；②由微處理器對所接收到的數字信號進行編碼，將其轉換成待發送的信號，并采取一定的控制策略將待發送的信號通過無線通信模塊進行發射。

2.2 無線傳感網絡系統的功能模塊

2.2.1 數據處理模塊

無線傳感網絡環境監測系統中的數據處理模塊的核心部件所采用的是由TI公司所提供的CC2530 F256型中央處理芯片。CC2530是最新一代Zig Bee技術片上系統的解決方案，在其中存在一個兼容無線射頻收發器和增強型的CPU內核、256KB的Flash程序存儲器、8KB的RAM、8通道12位的A/D轉換器、21個通用的GPIO端口和2個USART接口；在該模塊當中支持2～3.6V的供電電壓，其中具有喚醒模式、睡眠模式和中斷模式這三種電源管理模式；無線接收靈敏度和抗干擾性較強，其傳輸距離＞75m，最高的傳輸速率能夠達到250kbps。

在CC2530的內部存在數量較多且必要的集成電路，信號收發功能的實現只需要借助數量較少的外圍電路。數據處理模塊的主要任務包括負責節點間的無線傳輸通信、完成對數據的處理和存儲、完成程序的下載及在線調試仿真以及實現終端節點的休眠。

2.2.2 數據采集模塊

無線傳感網絡環境監測系統中的數據采集模塊的設計利用了I/O口來實現對環境數據信息的采集。在對硬件進行設計的時候，為了保證其靈活性和可擴展性，預留了傳感器接口，以實現對采用I2C和1-Wire總線技術的傳感器或模擬傳感器的擴展。

將環境監測類型的實際需求為根據，傳感器的節點可以實現對空氣溫濕度、二氧化碳濃度、光強、二氧化硫濃度等環境因子的同時監測，對低功耗、低成本、高精度以及硬件設計的簡化性和靈活性等方面進行綜合的考量，確定傳感器型號的選擇如下所示：AM2301型空氣溫濕度傳感器、ISL2901型光照傳感器、B-530型二氧化碳傳感器、CF-100型二氧化硫傳感器；其中的AM2301、ISL2901型傳感器為數字傳感器，其他的則為模擬傳感器。ISL2901型傳感器的掛接是位于I2C總線之上，能夠利用P3.0口實現與主芯片之間的通信；而AM2301型傳感器的P2.0口則是通過1-Wire總線技術來實現與主芯片之間的通信。

2.2.3 電源模塊

由于無線傳感器網絡節點中的主芯片需要3.3V的電壓，而傳感器的常用供電電壓有3.3V、5V、12V這三種類型，為了能夠同時滿足大多數傳感器的實際需求，同時為擴展使用不同類型的傳感器提供便利，在對節點進行設計的時候提供了3.3V、5V、12V這三種類型的電壓；其中的主電源則采用了鋰電池和5V電源適配器這兩種方式，針對主板的主要電壓參數為3.3V，利用TPS79533型芯片將主電源轉換到3.3V的電壓之上，其輸入電平的范圍在2.7～5.5V范圍之間；而5～12V電壓轉換的實現則采用了LM2585型芯片，以此為二氧化碳等傳感器提供與之相適應的工作電壓。

2.2.4 調試模塊

對于無線傳感網絡技術下環境監測系統中的調試模塊而言，仿真器是通過1.0芯的JTAG接口與CC2530內部當中的調試模塊之間實現連接的，其主要的功能是對內電路進行調試。通過這個調試接口，能夠實現對整個閃存存儲器的擦除、停止，執行由8051內核所提供的指令，開始執行用戶程序，設置代碼斷點和執行內核中全部指令的單步調試等內容；借助這些網絡技術能夠較好的執行對內電路的調試和外部閃存編程的任務。

3 結束語

綜上所述，在社會經濟實現迅猛發展和人們生活水平實現不斷提高的現階段，對于環境監測工作也提出了越來越高的要求，對于數據的準確性和及時性等方面也予以了高度的重視，對數據需求種類的多樣性也越來越突出，特別是網絡技術的發展為環境監測工作的開展帶來了較大的便利。以CC2530無線傳感器網絡技術為基礎為構建的環境監測系統，其中采用了Zig Bee無線傳輸協議，對傳統有線監測系統中存在的布線困難問題實現了有效的解決，表現出組網靈活、采集準確、低功耗和低成本等優勢，在環境監測中的大氣污染、水文、智能交通監測等領域當中實現了較為廣泛的應用。

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X831

A

1004-7344（2016）17-0260-02

2016-5-18

朱剛耀（1970-），男，工程師，本科，主要從事環境監測管理工作。