核輻射環(huán)境監(jiān)測中的ZigBee技術(shù)研究

周鵬　劉曉莉

摘要：目前，我國的環(huán)境問題越來越多地顯現(xiàn)出來，其中核輻射環(huán)境污染已經(jīng)成為現(xiàn)在環(huán)境污染中的重要問題。環(huán)境監(jiān)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(shù)實(shí)現(xiàn)ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域環(huán)境核輻射監(jiān)測系統(tǒng)的建立。文章通過對核輻射及環(huán)境監(jiān)測的分析，對ZigBee技術(shù)在核輻射環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：核輻射；環(huán)境監(jiān)測；ZigBee技術(shù)；環(huán)境問題；環(huán)境污染；ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò) 文獻(xiàn)標(biāo)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(fā)展的基礎(chǔ)，生態(tài)環(huán)境的好壞對于人類來說具有非常重要的意義。現(xiàn)代社會，人們過于追求經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這就自然或不自然地造成對生態(tài)環(huán)境的破壞，而遭到破壞的生態(tài)環(huán)境又反過來對經(jīng)濟(jì)進(jìn)行制約，嚴(yán)重的甚至?xí)θ藗兊纳踩斐晌：?，所以就需要對生態(tài)環(huán)境進(jìn)行一定的保護(hù)，并以此來進(jìn)行環(huán)境與經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系維護(hù)。環(huán)境保護(hù)是一項(xiàng)長期的、連續(xù)性的工作，其工作過程會涉及到整個(gè)工程的方方面面，例如環(huán)境調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境分析、環(huán)境治理等工作。所以，在核輻射環(huán)境檢測中對ZigBee技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用具有非常重要的意義。

1 核輻射及環(huán)境監(jiān)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(zhì)之中，是在經(jīng)過了很長時(shí)間之后客觀存在的事物，屬于正?，F(xiàn)象。對于天然性的核輻射來說，一般可以分為三個(gè)輻射來源，即宇宙射線、陸地射線以及體內(nèi)放射性物質(zhì)。通常情況下，放射性物質(zhì)都是以波或顆粒的形式進(jìn)行能量的發(fā)射，而此現(xiàn)象就稱為核輻射，常見的核輻射現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)在核爆炸及核事

故中。

環(huán)境監(jiān)測在核輻射條件下，其監(jiān)測的內(nèi)容有很多，例如對濕度、水質(zhì)、噪聲、空氣、輻射等，所以就需要對環(huán)境的各個(gè)方面進(jìn)行有效的監(jiān)測，同時(shí)又因?yàn)榄h(huán)境在實(shí)際的監(jiān)測過程中可變因素太多，這就造成在實(shí)際的環(huán)境監(jiān)測過程中需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行不同儀器的選擇，同時(shí)進(jìn)行不同監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用。對于環(huán)境監(jiān)測工作來說，首先需要做的工作就是要進(jìn)行技術(shù)的合理選擇及應(yīng)用，進(jìn)而進(jìn)行方案的合理安排。

對于環(huán)境監(jiān)測技術(shù)來說，一般可以分為三種，即信息技術(shù)、3s技術(shù)、物化生科學(xué)。信息技術(shù)簡單地說就是運(yùn)用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測工作，具體的有對環(huán)境的信息采集工作、處理分析等。3s技術(shù)相對來說非常復(fù)雜，此技術(shù)對于各個(gè)領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用，所以此技術(shù)的有效應(yīng)用能夠保證環(huán)境監(jiān)測工作的有效進(jìn)行。對于物化生科學(xué)來說，在實(shí)際的應(yīng)用中非常普遍。

2 我國環(huán)境監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀

對于我國現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測體系來說，其還沒有建立起相應(yīng)的技術(shù)體系，在實(shí)際的環(huán)境監(jiān)測工作過程中還存在許多問題，特別是環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測相比于國外來說還有很長的一段差距。環(huán)境監(jiān)測工作所涉及到的方面有很多，但是在實(shí)際的監(jiān)測過程中并不能真正實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的監(jiān)測結(jié)果的顯示。同時(shí)，因?yàn)閷I(yè)的環(huán)境監(jiān)測人員的缺乏，經(jīng)常會造成環(huán)境監(jiān)測工作不能長期有效地進(jìn)行下去，特別是對于專業(yè)的高素質(zhì)隊(duì)伍建立來說，更是難上加難。對于核輻射環(huán)境監(jiān)測來說，就更加需要專業(yè)人員的操作，所以，現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測很多都是因?yàn)橄嚓P(guān)工作人員的技術(shù)水平不能達(dá)到要求。

3 ZigBee技術(shù)的基本原理及框架

ZigBee技術(shù)簡單地說就是不同于傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，其主要是一種新型的短距離無線通信技術(shù)，在運(yùn)行過程中主要的優(yōu)點(diǎn)就具有組網(wǎng)靈活性、結(jié)構(gòu)簡單性、功耗小、成本低的優(yōu)點(diǎn)。對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立來說，其在ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)的建立過程中，具體的可以分為三種結(jié)構(gòu)，即星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中，全功能設(shè)備所代表的是協(xié)調(diào)器或傳感器節(jié)點(diǎn)，其可以與所有的設(shè)備進(jìn)行通訊；而對于半功能設(shè)備來說，其作用就是作為傳感器的節(jié)點(diǎn)在使用。對于星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來說，其主要的構(gòu)成部分就是由單個(gè)協(xié)調(diào)器與多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)在一起進(jìn)行使用，星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要的應(yīng)用范圍就是特定環(huán)境中的環(huán)境監(jiān)測；對于樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來說，其主要的功能就是其應(yīng)用范圍就是監(jiān)測范圍較大的環(huán)境，而其主要的結(jié)構(gòu)構(gòu)成是由單個(gè)協(xié)調(diào)器及多個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成；對于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來說，其結(jié)構(gòu)中各個(gè)設(shè)備之間都具有相等的通信，而每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的通信。在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，存在多個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有非常高的可靠性。

4 ZigBee技術(shù)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)的芯片選擇及總體硬件設(shè)計(jì)

在當(dāng)前情況下，ZigBee技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)芯片種類非常多，而經(jīng)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(huán)境的考慮，選擇TI公司的芯片作為核心進(jìn)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(fā)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(jié)點(diǎn)的軟設(shè)計(jì)

對于傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)來說，其主要采用的節(jié)點(diǎn)采集原理就是通過對γ輻射劑量的數(shù)據(jù)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。通過對γ輻射劑量進(jìn)行收集之后，還需要運(yùn)用路由器將所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的打包，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)器發(fā)布命令的目的。啟動(dòng)之后，首先需要做的工作就是進(jìn)行硬件及協(xié)議棧的初始化；其次才能夠進(jìn)行信道掃描，并將掃描之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行并通，并通之后再進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)的建立，而建立的無線網(wǎng)絡(luò)主要是根據(jù)協(xié)調(diào)器進(jìn)行的；最后就是節(jié)點(diǎn)的工作，其主要就是保證對數(shù)據(jù)的有效

采集。

4.3 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)簡單地說其平臺主要就是中央處理平臺，所運(yùn)用的都是VB編寫功能。中央處理平臺的有效應(yīng)用可以保證對各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān)測，并能夠保證將所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)有效地傳輸?shù)街醒氡O(jiān)測平臺中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的有效儲存。上位機(jī)的有效應(yīng)用有效地保證了無線傳感網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)對于數(shù)據(jù)存儲的傳送，同時(shí)還能夠保證各個(gè)監(jiān)測數(shù)據(jù)及波動(dòng)曲線都能夠得到有效的波動(dòng)曲線。

5 結(jié)語

綜上所述，基于Zigbee技術(shù)的核輻射監(jiān)測的設(shè)計(jì)無需布線，傳感節(jié)點(diǎn)可以移動(dòng)位置以滿足監(jiān)測需要，新加入節(jié)點(diǎn)可輕松入網(wǎng)。相比之有線核輻射監(jiān)測系統(tǒng)有成本低、數(shù)據(jù)采集頻率高、在惡劣環(huán)境下的安全性高等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過試驗(yàn)表明，本系統(tǒng)的性能可靠，能夠很好地完成區(qū)域內(nèi)核輻射的監(jiān)測。

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（責(zé)任編輯：周 瓊）