基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)大氣揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

郭耀輝

摘要：目前大氣揚(yáng)塵越來越嚴(yán)重，監(jiān)測(cè)城市大氣揚(yáng)塵已經(jīng)越來越重要，本文主要研究利用無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)一個(gè)范圍內(nèi)的大氣揚(yáng)塵濃度，實(shí)現(xiàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)把問題反映出來達(dá)到隨時(shí)隨地的監(jiān)測(cè)當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器;大氣揚(yáng)塵;監(jiān)測(cè)

一、引言

無(wú)線傳感器的一個(gè)重要領(lǐng)域即環(huán)境監(jiān)測(cè)，而基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大氣揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要的部分，大氣揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要運(yùn)用到大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)，工地?fù)P塵監(jiān)測(cè)等很多方面。揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)一氧化碳，二氧化硫，二氧化氮，臭氧等氣體，以及PM2.5 PM10等微小顆粒物，由于大氣污染影響因素極多，揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也需要考慮空氣的濕度，風(fēng)向，溫度等因素。該環(huán)境監(jiān)測(cè)運(yùn)用化學(xué)，生物學(xué)，物理學(xué)等知識(shí)不間斷的測(cè)量空氣中污染物的密度，從而保障人們的健康，空氣的質(zhì)量。

二、設(shè)計(jì)思路

傳統(tǒng)的大氣揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)分析的方法比較簡(jiǎn)單，需要的設(shè)備也不需要很先進(jìn)，但是也存在著一些問題，譬如，一空氣中的的某些氣體不能與吸收液完全反應(yīng)，這樣會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏小，二空氣中含有各種有毒氣體，若被測(cè)量地區(qū)有毒氣體濃度過高，就會(huì)嚴(yán)重?fù)p害人體的健康，三空氣取樣測(cè)量只能測(cè)量某個(gè)地區(qū)某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的空氣質(zhì)量，若想要得到該地區(qū)空氣質(zhì)量的實(shí)時(shí)值，極為不方便，此空氣測(cè)量法使用于偏遠(yuǎn)地區(qū)。

大氣揚(yáng)塵的監(jiān)測(cè)，應(yīng)該有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是具備實(shí)時(shí)性;二是準(zhǔn)確全面的反映數(shù)據(jù);三是便于查看管理，由以上可總結(jié)出，基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大氣揚(yáng)塵環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的大氣揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)技術(shù)，進(jìn)一步滿足了環(huán)境監(jiān)測(cè)部門的需求。基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大氣揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)某個(gè)地區(qū)的全面信息采集，傳感器無(wú)線傳輸，及集中處理更是提高了監(jiān)測(cè)人員的工作效率，為監(jiān)測(cè)人員帶來了極大的便利，該方案是實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)的一種比較先進(jìn)的解決方案。

基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大氣揚(yáng)塵環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以大致由硬件部分和軟件部分組成。數(shù)據(jù)的采集需要選定合適的傳感器，監(jiān)測(cè)某些氣體的傳感器，溫度濕度傳感器等，以及一些應(yīng)用數(shù)據(jù)服務(wù)器，構(gòu)成了該環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件部分。而軟件系統(tǒng)大致分為串口通信模塊，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)模塊以及sink節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。通過使用大量的傳感器互聯(lián)形成的傳感網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)人員可以對(duì)需要監(jiān)測(cè)的地區(qū)進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)采集，這種數(shù)據(jù)采集更加精確。

三、主要內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)

（一）系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

基于無(wú)線傳感器的大氣揚(yáng)塵環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的體系框架由通信節(jié)點(diǎn)，sink節(jié)點(diǎn)，以及數(shù)據(jù)，應(yīng)用服務(wù)器四部分組成。大量的傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在被檢測(cè)地區(qū)，通過自組織方式組成傳感器網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)采集，信號(hào)處理以及無(wú)線通信功能是通信節(jié)點(diǎn)的主要功能。通信節(jié)點(diǎn)與sink節(jié)點(diǎn)之間采用多跳通信方式，目的是為了節(jié)約通信節(jié)點(diǎn)的電能。在該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中通信節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)一定要有另一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)或者sink節(jié)點(diǎn)，這樣就能保證每一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)和sink節(jié)點(diǎn)建立無(wú)線鏈路。

為了能最大化利用資源，可以根據(jù)通信距離來選擇信號(hào)發(fā)射器，當(dāng)被測(cè)區(qū)域相對(duì)較大時(shí)，可以選擇發(fā)射信號(hào)較廣的發(fā)射器，不必增加成本設(shè)置更多的天線，由此降低建造該系統(tǒng)的成本。對(duì)于數(shù)據(jù)，應(yīng)用服務(wù)器可以利用網(wǎng)絡(luò)接入到當(dāng)區(qū)域的監(jiān)管部門，由此使得監(jiān)管人員更加便利的接受數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)有及時(shí)性的處理方式，大大提高工作效率。

（二）節(jié)點(diǎn)組成結(jié)構(gòu)

在需要監(jiān)測(cè)的一個(gè)區(qū)域內(nèi)布置二氧化硫傳感器，二氧化氮傳感器，風(fēng)向傳感器，溫濕度傳感器，溫度傳感器等大量的傳感器，以及處理器轉(zhuǎn)換器等。這些模塊按照一定的協(xié)議組成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)既是每一個(gè)模塊，傳感器的節(jié)點(diǎn)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的基本單位，無(wú)線傳感器的節(jié)點(diǎn)運(yùn)行穩(wěn)定能提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可行性，這些組成的網(wǎng)絡(luò)類似于一個(gè)小系統(tǒng)，但是處理事務(wù)的能力較弱，在本次大氣揚(yáng)塵無(wú)線傳感器應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，它由四個(gè)部分模塊構(gòu)成。

傳感器模塊負(fù)責(zé)將需要測(cè)量的信息收集，（例如某個(gè)氣體的濃度，溫度等常量）處理并加以轉(zhuǎn)換，已經(jīng)處理轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳送到下一模塊。傳感器節(jié)點(diǎn)之間的通信能力較弱，更容易受外界影響，例如地勢(shì)，天氣。無(wú)線通信常常因此中斷。當(dāng)然傳感器自身結(jié)構(gòu)和區(qū)域的限制還存在許多問題，譬如能量供應(yīng)模塊電量有限，能量供應(yīng)模塊通常使用微型電池，由于地域的限制，并不能為此及時(shí)蓄電，而且傳感器節(jié)點(diǎn)遍布較為廣泛，頻繁換電池使其極不方便。再者既是處理器模塊，該系統(tǒng)攜帶的處理器價(jià)格低功耗小，必定會(huì)影響處理器處理數(shù)據(jù)的能力。

（三）大氣揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)

首先傳感器的使用壽命要長(zhǎng)，要根據(jù)需要監(jiān)測(cè)區(qū)域的地域，天氣等因素設(shè)計(jì)從而增加傳感器的使用期限，再者盡量使傳感器靈巧輕小，使他的精確度達(dá)到一定的水平。在部署傳感器模塊，應(yīng)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行最大化的能力覆蓋，保證區(qū)域都可以測(cè)量到，在此基礎(chǔ)上，用最少的節(jié)點(diǎn)來覆蓋整個(gè)區(qū)域。對(duì)于能量供應(yīng)模塊，由于對(duì)此監(jiān)測(cè)是一個(gè)長(zhǎng)期性質(zhì)的活動(dòng)，則需要要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)金可能的耗電要少。對(duì)于無(wú)線通信模塊，提高每個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信效率是很有必要的。

四、總結(jié)

基于無(wú)線傳感器的大氣揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠極大程度的提高監(jiān)管空氣質(zhì)量的效率，相對(duì)于傳統(tǒng)取樣空氣的方法更加便捷，更適合測(cè)出一些較大的活躍地區(qū)。使用傳感器較為輕便，能通過該系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌控環(huán)境數(shù)據(jù)。傳感器擁有靈敏度高，操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但在檢測(cè)過程中也有很多不足之處，可靠性比較差，使用壽命較短。需要在不斷改善，才能在大氣揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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