核輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)中的ZigBee技術(shù)研究

周鵬　劉曉莉

摘要：目前，我國(guó)的環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越多地顯現(xiàn)出來(lái)，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(wèn)題。環(huán)境監(jiān)測(cè)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(wú)線(xiàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域環(huán)境核輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立。文章通過(guò)對(duì)核輻射及環(huán)境監(jiān)測(cè)的分析，對(duì)ZigBee技術(shù)在核輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：核輻射；環(huán)境監(jiān)測(cè)；ZigBee技術(shù)；環(huán)境問(wèn)題；環(huán)境污染；ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274 文章編號(hào)：1009-2374（2015）22-0019-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.010

作為人類(lèi)賴(lài)以發(fā)展的基礎(chǔ)，生態(tài)環(huán)境的好壞對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)具有非常重要的意義。現(xiàn)代社會(huì)，人們過(guò)于追求經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這就自然或不自然地造成對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，而遭到破壞的生態(tài)環(huán)境又反過(guò)來(lái)對(duì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行制約，嚴(yán)重的甚至?xí)?duì)人們的生命安全造成危害，所以就需要對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行一定的保護(hù)，并以此來(lái)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(zhǎng)期的、連續(xù)性的工作，其工作過(guò)程會(huì)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(cè)、環(huán)境分析、環(huán)境治理等工作。所以，在核輻射環(huán)境檢測(cè)中對(duì)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(cè)概述

對(duì)于核輻射來(lái)說(shuō)，其可以簡(jiǎn)單地稱(chēng)為放射性，而放射性存在于許多的物質(zhì)之中，是在經(jīng)過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間之后客觀存在的事物，屬于正?，F(xiàn)象。對(duì)于天然性的核輻射來(lái)說(shuō)，一般可以分為三個(gè)輻射來(lái)源，即宇宙射線(xiàn)、陸地射線(xiàn)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(chēng)為核輻射，常見(jiàn)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(cè)在核輻射條件下，其監(jiān)測(cè)的內(nèi)容有很多，例如對(duì)濕度、水質(zhì)、噪聲、空氣、輻射等，所以就需要對(duì)環(huán)境的各個(gè)方面進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，同時(shí)又因?yàn)榄h(huán)境在實(shí)際的監(jiān)測(cè)過(guò)程中可變因素太多，這就造成在實(shí)際的環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)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(cè)技術(shù)的應(yīng)用。對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)工作來(lái)說(shuō)，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(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō)，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(jiǎn)單地說(shuō)就是運(yùn)用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)工作，具體的有對(duì)環(huán)境的信息采集工作、處理分析等。3s技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)非常復(fù)雜，此技術(shù)對(duì)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(cè)工作的有效進(jìn)行。對(duì)于物化生科學(xué)來(lái)說(shuō)，在實(shí)際的應(yīng)用中非常普遍。

2 我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

對(duì)于我國(guó)現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測(cè)體系來(lái)說(shuō)，其還沒(méi)有建立起相應(yīng)的技術(shù)體系，在實(shí)際的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作過(guò)程中還存在許多問(wèn)題，特別是環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測(cè)相比于國(guó)外來(lái)說(shuō)還有很長(zhǎng)的一段差距。環(huán)境監(jiān)測(cè)工作所涉及到的方面有很多，但是在實(shí)際的監(jiān)測(cè)過(guò)程中并不能真正實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)結(jié)果的顯示。同時(shí)，因?yàn)閷?zhuān)業(yè)的環(huán)境監(jiān)測(cè)人員的缺乏，經(jīng)常會(huì)造成環(huán)境監(jiān)測(cè)工作不能長(zhǎng)期有效地進(jìn)行下去，特別是對(duì)于專(zhuān)業(yè)的高素質(zhì)隊(duì)伍建立來(lái)說(shuō)，更是難上加難。對(duì)于核輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)，就更加需要專(zhuān)業(yè)人員的操作，所以，現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測(cè)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(jiǎn)單地說(shuō)就是不同于傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，其主要是一種新型的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，在運(yùn)行過(guò)程中主要的優(yōu)點(diǎn)就具有組網(wǎng)靈活性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性、功耗小、成本低的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立來(lái)說(shuō)，其在ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)的建立過(guò)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(shù)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(duì)于半功能設(shè)備來(lái)說(shuō)，其作用就是作為傳感器的節(jié)點(diǎn)在使用。對(duì)于星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，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(cè)；對(duì)于樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其主要的功能就是其應(yīng)用范圍就是監(jiān)測(cè)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(duì)于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，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(lèi)非常多，而經(jīng)常使用到的種類(lèi)有TI公司的CC2430、CC2530以及飛思卡爾公司的MCI3192芯片。通過(guò)對(duì)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(duì)于CC2530芯片來(lái)說(shuō)，其主要的工作頻段一般為2.4GHz，其在工作過(guò)程中主要包含有收發(fā)器、CPU以及存儲(chǔ)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(duì)于傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其主要采用的節(jié)點(diǎn)采集原理就是通過(guò)對(duì)γ輻射劑量的數(shù)據(jù)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的建立，而建立的無(wú)線(xiàn)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(duì)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(jiǎn)單地說(shuō)其平臺(tái)主要就是中央處理平臺(tái)，所運(yùn)用的都是VB編寫(xiě)功能。中央處理平臺(tái)的有效應(yīng)用可以保證對(duì)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，并能夠保證將所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)有效地傳輸?shù)街醒氡O(jiān)測(cè)平臺(tái)中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的有效儲(chǔ)存。上位機(jī)的有效應(yīng)用有效地保證了無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的傳送，同時(shí)還能夠保證各個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及波動(dòng)曲線(xiàn)都能夠得到有效的波動(dòng)曲線(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于Zigbee技術(shù)的核輻射監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)無(wú)需布線(xiàn)，傳感節(jié)點(diǎn)可以移動(dòng)位置以滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)需要，新加入節(jié)點(diǎn)可輕松入網(wǎng)。相比之有線(xiàn)核輻射監(jiān)測(cè)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(guò)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(cè)。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔莉，鞠海玲，苗勇，等.無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2011，（21）.

[2] 馬祖長(zhǎng)，孫怡寧，梅濤.無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述[J].通信學(xué)報(bào)，2014，25（4）.

[3] 劉純兵，楊春曦，宋鵬，等.無(wú)線(xiàn)傳感器-執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，（1）.

[4] 李建中，高宏.無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2009，（1）.

[5] 唐勇，周明天，張欣.無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究進(jìn)展[J].軟件學(xué)報(bào)，2011，（3）.

（責(zé)任編輯：周 瓊）