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空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實(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)計了基于ZigBee技術(shù)的空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)，監(jiān)測人員只需在監(jiān)測區(qū)域放置空氣質(zhì)量檢測儀，即可時時獲取區(qū)域內(nèi)各種污染氣體濃度及對應(yīng)指標(biāo)，為及時處理大氣污染突發(fā)時間提供有力的技術(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)計的空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全天候、自動化、主動獲取空氣質(zhì)量信息。本文的空氣質(zhì)量檢測儀原理框圖如圖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)由測控計算機(jī)、通訊模塊構(gòu)成。由微處理器通過傳感器模塊采集空氣質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)并通過zigbee模塊傳輸至測控計算機(jī)，測控計算機(jī)完成對空氣質(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)對特定區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量實(shí)時監(jiān)測。
1.2ZigBee技術(shù)簡介
ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由許多傳感器以自組織方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò),它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(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、安全系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測和軍事等領(lǐng)域。ZigBee技術(shù)是一種低速率、低功耗、低復(fù)雜度、低成本的雙向無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
2系統(tǒng)電路設(shè)計
本文無線收發(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
3.1CC2530芯片的軟件設(shè)計
設(shè)計中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，通訊三個模塊組成。數(shù)據(jù)的采集要求每秒采用一次，采用定時中斷的方式執(zhí)行數(shù)據(jù)的采集，將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后通過串行數(shù)據(jù)通信發(fā)送給ZigBee芯片。
3.2應(yīng)用程序設(shè)計
空氣質(zhì)量檢測系統(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。管理人員可以通過用戶界面實(shí)時、直觀的了解檢測區(qū)域內(nèi)相關(guān)信息，可對檢測區(qū)域的空氣質(zhì)量安全的進(jìn)行評估與決策，數(shù)據(jù)管理部分將所有數(shù)據(jù)以及分析狀況進(jìn)行儲存，方便用戶隨時查詢。檢測系統(tǒng)軟件界面如圖3所示。
4結(jié)論
本文中所設(shè)計的空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對空氣質(zhì)量各類指標(biāo)的動態(tài)檢測、測試分析、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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