智能旅游微環(huán)境溫室氣體監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王小輝，田 磊，雷可為，豆曉寧

（1.西安歐亞學(xué)院 休閑管理學(xué)院，陜西 西安 710065；2.陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710119；3.西安郵電大學(xué) 電子工程學(xué)院，陜西 西安 710121）

智能旅游微環(huán)境溫室氣體監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王小輝1，2，田 磊3，雷可為1，豆曉寧1

（1.西安歐亞學(xué)院 休閑管理學(xué)院，陜西 西安 710065；2.陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710119；3.西安郵電大學(xué) 電子工程學(xué)院，陜西 西安 710121）

為了實(shí)時、有效地對旅游微環(huán)境溫室氣體進(jìn)行測度，基于STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)智能旅游微環(huán)境溫室氣體監(jiān)測系統(tǒng)，將單片機(jī)控制和智能傳感器監(jiān)測相結(jié)合，利用太陽能對單片系統(tǒng)進(jìn)行供電，通過單片機(jī)處理將監(jiān)測結(jié)果傳送至LCD12864顯示屏進(jìn)行顯示，提示是否超限空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同時將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過SIM900模塊遠(yuǎn)距離傳輸傳送至電腦上或手機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該監(jiān)測系統(tǒng)增強(qiáng)了監(jiān)控系統(tǒng)整體的抗干擾性，改善了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)單一的有線傳輸模式，可為以后特種氣體監(jiān)測提供有效平臺。

STC89C52單片機(jī)；旅游微環(huán)境；太陽能；SIM900模塊

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，我國旅游業(yè)信息化水平不斷提升。旅游接待信息化的程度將直接影響我國旅游信息化發(fā)展水平[1]。如何更好地高效使用和管理各種信息資源已成為目前信息化旅游研究熱點(diǎn)之一。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境對人類提出的要求，環(huán)保、節(jié)能、舒適也成為旅游接待業(yè)所重點(diǎn)關(guān)注的話題。旅游業(yè)能源消耗及溫室氣體排放量的測度是旅游業(yè)節(jié)能減排的起點(diǎn)，也是制定減排政策的基本依據(jù)[2]。本項(xiàng)目選擇的“旅游微環(huán)境溫室氣體排放”監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對旅游業(yè)溫室氣體排放量的監(jiān)測和宣傳環(huán)保意識都具有較好的意義。

1 總體設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)是利用太陽能等可再生能源完成一個多路傳感系統(tǒng)探測儀的設(shè)計(jì)，包括二氧化碳監(jiān)測和PM2.5監(jiān)測，最終根據(jù)監(jiān)測出的溫室氣體濃度和霧霾濃度給出空氣質(zhì)量報(bào)告[3-5]，并進(jìn)行實(shí)時傳輸?shù)墓δ?。進(jìn)而對旅游環(huán)境管理提供數(shù)據(jù)依據(jù)，同時可確定游客影響環(huán)境的重點(diǎn)行為，為倡導(dǎo)“文明旅游”提供素材。

本系統(tǒng)主要包括：溫室氣體及粉塵的實(shí)時監(jiān)測構(gòu)架，太陽能等可再生能源的有效利用構(gòu)架和監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸構(gòu)架。其總體系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 總體系統(tǒng)架構(gòu)圖

整個系統(tǒng)的電源采用太陽能供電，太陽能供電系統(tǒng)通過太陽能極板采集光子，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后使光電流進(jìn)入充電控制電路，從而通過鋰電池為后級電路提供穩(wěn)定的電源。后級電路在穩(wěn)定供電的基礎(chǔ)上，首先進(jìn)行細(xì)小顆粒物的檢測，當(dāng)空氣在粉塵傳感器中自由流過時，粉塵傳感器會實(shí)時的將檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送至單片機(jī)的不同端口，經(jīng)單片機(jī)處理后在LCD12864上顯示。與此同時，二氧化碳傳感器對檢測平臺周邊的二氧化碳濃度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并將檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送至單片機(jī)進(jìn)行處理，將結(jié)果顯示在液晶屏上。當(dāng)傳感器采集到的數(shù)據(jù)存放在單片機(jī)時，利用無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊SIM900來實(shí)現(xiàn)從監(jiān)測器到數(shù)據(jù)終端的無線通信方式。這樣就完成了用戶對目的地粉塵顆粒以及二氧化碳濃度的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 溫室氣體監(jiān)測系統(tǒng)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案主要分為3個模塊，一個是溫室氣體監(jiān)測模塊[6]，另一個是PM2.5監(jiān)測模塊[7-9]，最后是將兩者的結(jié)果顯示在液晶顯示屏上。溫室氣體監(jiān)測模塊中使用ADC0809芯片將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號量[10-12]，灰塵傳感器輸出的直接是數(shù)字信號直接和STC89C52單片機(jī)連接，單片機(jī)處理完兩者輸入的數(shù)據(jù)，將其輸出到需要顯示的LCD12864型號的液晶顯示屏上（見圖2）。

圖2 溫室氣體監(jiān)測系統(tǒng)

由于本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的多路傳感系統(tǒng)需要工作在無人值守的環(huán)境中，所以供電系統(tǒng)是一個必須解決的難題，由于本系統(tǒng)主要工作在日照時間較長的地區(qū)，因此選擇太陽能為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓。

通過構(gòu)建多功能傳感系統(tǒng)，并將多路傳感器采集到的信號進(jìn)行無線收發(fā)，不僅能夠完成對所要探測區(qū)域的指標(biāo)檢測，同時還能完成無人值守的功能，使得開發(fā)系統(tǒng)能夠在野外環(huán)境中長期對某地的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，如果超出監(jiān)測數(shù)據(jù)的正常范圍，即可向主控平臺發(fā)送報(bào)警信息。

圖3 CO2和PM2.5監(jiān)測流程圖

2.2 數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸系統(tǒng)

SIM900模塊是一個以C35i為核心的通訊模塊，主要應(yīng)用在通訊領(lǐng)域，如移動電話、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控、短信提醒發(fā)送、GPRS MODEN[13]。為了更好地將本系統(tǒng)應(yīng)用于無人之手的環(huán)境中，文中設(shè)計(jì)了可靠的外圍電路以及擴(kuò)展端口，使其通過串口與單片機(jī)相連。單片機(jī)通過P3.0、P3.1口控制SIM900模塊執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸命令。當(dāng)系統(tǒng)檢測出PM2.5與二氧化碳濃度時，SIM900模塊開啟GPRS和手機(jī)短信以及語音呼叫的通信模式，采用天線IPEX接口將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至電腦的主控平臺上或以手機(jī)短信的形式進(jìn)行收發(fā)查詢。

當(dāng)PM2.5和CO2傳感器正常工作并檢測到環(huán)境數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)將啟動無線收發(fā)模塊對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，其具體流程如圖4所示。

圖4 SIM900模塊通信流程圖

打開整個系統(tǒng)進(jìn)而進(jìn)入初始化，并將SIM900模塊核心TC35i初始化；通過命令檢測TC35i是否接收到外界發(fā)送過來的GSM或GPRS信息[14-15]；如果接收到命令，提取手機(jī)號或GPRS相應(yīng)地址；檢測提取信息是否合法，如果合法則進(jìn)行相應(yīng)指令回復(fù)，如果不合法則刪除信息。

2.3 系統(tǒng)調(diào)式與驗(yàn)證

將SIM900模塊與單片機(jī)相連，用單片機(jī)來控制此模塊并保證其正常工作，單片機(jī)控制可定時將所測得的CO2和PM2.5濃度發(fā)送至用戶指定的手機(jī)進(jìn)行檢測。其硬件構(gòu)架如圖5所示。為了保證數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的環(huán)境下傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，在電腦上打開串口調(diào)試軟件改成TCP方式通過GPRS網(wǎng)絡(luò)用串口調(diào)試助手發(fā)送指令，接收到CO2濃度和PM2.5的濃度值，利用此方法檢驗(yàn)無線收發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度符合設(shè)計(jì)要求（見圖6）。

同時，也可通過使用SIM卡向不同監(jiān)控地點(diǎn)的服務(wù)號碼發(fā)送短信方式與SIM900模塊上的SIM卡進(jìn)行短信收發(fā)，短信模式采用Text文本模式。

圖5 系統(tǒng)整體調(diào)試連接圖

圖6 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果

3 結(jié)論

目前的溫室氣體監(jiān)測大多利用獨(dú)立的供電系統(tǒng)為其提供能源保障，并且建立在ARM平臺上，從而會造成整個監(jiān)測系統(tǒng)成本過高，初期開發(fā)難度較大等缺點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的監(jiān)測系統(tǒng)利用太陽能極板為系統(tǒng)提供穩(wěn)定持續(xù)的電源，同時利用單片機(jī)作為主控芯片，降低了系統(tǒng)的整體開發(fā)成本，提高了研發(fā)效率，不僅能夠?qū)Ξ?dāng)前空氣質(zhì)量進(jìn)行多功能顯示，使人們了解當(dāng)前空氣質(zhì)量的污染程度，同時還能進(jìn)行信息實(shí)時傳輸，增強(qiáng)了監(jiān)控系統(tǒng)整體的抗干擾性，改善了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)單一的有線傳輸模式，提供了更趨向于智能化的功能，為以后的特種氣體檢測提供了有效的平臺。

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Design of intelligent tourism micro environment greenhouse gas monitoring system

WANG Xiao-hui1，2， TIAN Lei3，LEI Ke-wei1，DOU Xiao-ning1
（1.Leisure Management College， Xi'an Eurasia University， Xi'an 710065，China；2.College of Tourism and Environment， Shaanxi Normal University，Xi'an 710119，China；3.School of Electronic Engineering， Xi'an University of Posts and Telecommunications， Xi'an 710121， China）

In order to measure greenhouse gases of micro-environment of the tourism timely and effective.Based on STC89C52 SCM design Intelligent Tourism micro environment of greenhouse gas monitoring system，MCU control and intelligent sensor monitoring combined，using solar energy processing through the MCU will display the monitoring result is transmitted to the LCD12864 display，and you are prompted to overrun air quality standards， at the same time， the monitoring data by sim 900 long distance transmitting module sent to a computer or a mobile phone for remote monitoring.The experimental results show that the monitoring system can enhance the anti-interference ability of the monitoring system，and improve the traditional data single wire transmission mode，which can provide an effective platform for special gas monitoring in future.

STC89C52 single chip microcomputer； tourism micro environment； solar energy； SIM900 module

TN92

：A

：1674－6236（2017）15-0134-03

2016-06-02稿件編號：201606017

陜西省社會科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目（2016R022）；西安市社會科學(xué)規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（2015EA03）；陜西省教育廳科研項(xiàng)目（15JK2076）；陜西省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目（15JK1676）

王小輝（1979—），女，陜西咸陽人，博士，副教授。研究方向：地理信息系統(tǒng)。