空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文

　　大氣環(huán)境是人類生存環(huán)境的重要組成部分，也是人類生存、發(fā)展的基本物質(zhì)基礎(chǔ)。當(dāng)前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)企業(yè)的不斷擴(kuò)張，環(huán)境污染嚴(yán)重。由于工業(yè)集中，加上人口密集等原因使得空氣污染主要集中城市，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)霧霾天氣。大氣污染物主要是總懸浮顆粒物(TSP)、可吸入顆粒物(PM10)、臭氧（O3）、一氧化碳(CO)等。大氣污染物經(jīng)工廠直接排放或間接排放到大氣中，嚴(yán)重地危害到人們的身體健康。課題組設(shè)計(jì)了基于ZigBee技術(shù)的空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)人員只需在監(jiān)測(cè)區(qū)域放置空氣質(zhì)量檢測(cè)儀，即可時(shí)時(shí)獲取區(qū)域內(nèi)各種污染氣體濃度及對(duì)應(yīng)指標(biāo)，為及時(shí)處理大氣污染突發(fā)時(shí)間提供有力的技術(shù)保證。

　　1系統(tǒng)工作原理

　　1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　本文設(shè)計(jì)的空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全天候、自動(dòng)化、主動(dòng)獲取空氣質(zhì)量信息。本文的空氣質(zhì)量檢測(cè)儀原理框圖如圖1所示，采用上下位機(jī)相結(jié)合的設(shè)計(jì)方式，下位機(jī)由傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊（CC253X芯片）、數(shù)據(jù)傳送模塊等部分構(gòu)成；上位機(jī)由測(cè)控計(jì)算機(jī)、通訊模塊構(gòu)成。由微處理器通過(guò)傳感器模塊采集空氣質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)并通過(guò)zigbee模塊傳輸至測(cè)控計(jì)算機(jī)，測(cè)控計(jì)算機(jī)完成對(duì)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的處理分析，為管理人員提供做出判斷或決策的依據(jù)。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

　　1.2ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介

　　ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由許多傳感器以自組織方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò),它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和ZigBee技術(shù),可廣泛應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)測(cè)、安全系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和軍事等領(lǐng)域。ZigBee技術(shù)是一種低速率、低功耗、低復(fù)雜度、低成本的雙向無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

　　2系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　本文無(wú)線收發(fā)模塊采用芯片CC2530。CC2530是用于2.4-GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的片上系統(tǒng)(SoC)解決方案。以較低的總的材料成本建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。CC2530結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KBRAM和其它強(qiáng)大的功能。充分考慮到應(yīng)用環(huán)境，結(jié)合CC2530具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。如圖2所示。

　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1CC2530芯片的軟件設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)中CC2530單片機(jī)程序的編寫環(huán)境為IAREW8051V8.1集成開發(fā)環(huán)境，使用C語(yǔ)言編寫，使程序移植和調(diào)用方便、靈活，能最大程度的提高系統(tǒng)程序的可靠性和穩(wěn)定性。由主程序，AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通訊三個(gè)模塊組成。數(shù)據(jù)的'采集要求每秒采用一次，采用定時(shí)中斷的方式執(zhí)行數(shù)據(jù)的采集，將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換后通過(guò)串行數(shù)據(jù)通信發(fā)送給ZigBee芯片。

　　3.2應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

　　空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)部分是采用Microsoft公司的VC++6.0進(jìn)行開發(fā)，以Zigbee通信方式實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)（溫度、濕度、PM2.5、PM10等參數(shù)）的存儲(chǔ)與和讀取。根據(jù)實(shí)際需求，應(yīng)用程序份為用戶界面和數(shù)據(jù)管理兩部分。管理人員可以通過(guò)用戶界面實(shí)時(shí)、直觀的了解檢測(cè)區(qū)域內(nèi)相關(guān)信息，可對(duì)檢測(cè)區(qū)域的空氣質(zhì)量安全的進(jìn)行評(píng)估與決策，數(shù)據(jù)管理部分將所有數(shù)據(jù)以及分析狀況進(jìn)行儲(chǔ)存，方便用戶隨時(shí)查詢。檢測(cè)系統(tǒng)軟件界面如圖3所示。

　　4結(jié)論

　　本文中所設(shè)計(jì)的空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空氣質(zhì)量各類指標(biāo)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)、測(cè)試分析、數(shù)據(jù)保存等功能，滿足在多樣化的環(huán)境下獲取大量像是、可靠的信息。該系統(tǒng)具備操作方便、易于控制、穩(wěn)定運(yùn)行且實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)。可廣泛適用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域。

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