网络环境下我国环境监测系统分析

朱刚耀

（铜陵市义安区环境监测站）

网络环境下我国环境监测系统分析

朱刚耀

（铜陵市义安区环境监测站）

在我国社会经济实现迅猛发展的现阶段，环境问题一直都是全社会所广泛关注的内容，对于环境监测的工作也提出了越来越高的要求。在信息时代当中，网络技术的迅猛发展为环境监测工作带来了较大的机遇，已经有越来越多的研究人员将环境监测和网络技术二者之间实现有机的结合，充分的发挥了网络技术在环境监测中的作用。基于此，本文以无线传感技术为例，对网络环境下我国环境监测系统进行了深入的分析。

网络环境；环境监测系统；无线传感技术

前言

环境监测，实际上采取系统调查研究的方式，对影响环境质量的因素代表值进行测定和分析，对环境质量的污染程度及其变化趋势进行确定，进而为环境治理和建设提供科学合理依据的一种系统性工作内容。环境监测作为环境保护中的一项基础性工作，对环境保护工作的高效开展具有十分重要的现实意义。在网络环境当中，信息技术在环境监测中的应用具有低功耗、短时延、高安全性等优势，再加之网络的自组织、自愈能力强，设备的复杂程度低、运行成本低和容量大等特点，在环境监测系统的构建中发挥了巨大的作用，受到了研究人员的关注和青睐。

1 我国环境监测现状

在过去的一段时间之内，我国环境监测工作在一定程度上取得了较大的成效，初步形成了具有我国鲜明特色的环境监测技术和管理体系，且在污染源普查、污染减排以及水专项等工作中起到了巨大的技术支撑作用，在推动我国环保事业健康发展上做出了重要的贡献，不仅监测队伍实现了不断的壮大，对环境的自动监测能力以提升；而且与环境监测相关的科研工作也随之实现了飞速的发展，形成了环境监测技术体系。然而，我国环境监测工作中也不可避免的存在着一些实际问题，一方面，在环境监测队伍的建设上面还存在问题，在新污染源不断产生和临时突发性任务日渐繁重的情况下，由于监测队伍人员少，设备技术老旧，使得对监测数据的综合分析能力较低；另一方面，资源配置不合理，监测技术能力不足，对污染事故的反应能力较差，在出现污染事故的时候无法在第一时间做出正确的反应；再加之缺乏对污染源的自动监控和流动监测能力，不能对实际的污染状况做出正确的判断。

2 网络环境下我国环境监测系统分析

2.1 无线传感网络系统的节点组成

网络环境下我国环境监测系统的发展主要体现在对无线传感网络技术的应用方面。无线传感网络系统主要是由大气环境监测所需传感器、中央处理器、电压转换器、电流、无线收发器以及高效电池等微型模块所构成，这些模块按照一定的协议共同组成了无线网络；且每个微型模块在网络当中都代表了一个单独的通信节点，每一个通信节点具有与之相对应的唯一的地址标识。而且，每个无线传感器的通信节点都具有数据发送、接收和转发等功能，同时也可以自动生成路由。

无线传感网络环境监测系统的工作流程如下：①无线传感器会对所接收到的信号进行感知，将信号传输给A/D转换器，由A/D转换器对信号进行必要的处理和分析，将其转换成数字信号，传输给微处理器；②由微处理器对所接收到的数字信号进行编码，将其转换成待发送的信号，并采取一定的控制策略将待发送的信号通过无线通信模块进行发射。

2.2 无线传感网络系统的功能模块

2.2.1 数据处理模块

无线传感网络环境监测系统中的数据处理模块的核心部件所采用的是由TI公司所提供的CC2530 F256型中央处理芯片。CC2530是最新一代Zig Bee技术片上系统的解决方案，在其中存在一个兼容无线射频收发器和增强型的CPU内核、256KB的Flash程序存储器、8KB的RAM、8通道12位的A/D转换器、21个通用的GPIO端口和2个USART接口；在该模块当中支持2～3.6V的供电电压，其中具有唤醒模式、睡眠模式和中断模式这三种电源管理模式；无线接收灵敏度和抗干扰性较强，其传输距离＞75m，最高的传输速率能够达到250kbps。

在CC2530的内部存在数量较多且必要的集成电路，信号收发功能的实现只需要借助数量较少的外围电路。数据处理模块的主要任务包括负责节点间的无线传输通信、完成对数据的处理和存储、完成程序的下载及在线调试仿真以及实现终端节点的休眠。

2.2.2 数据采集模块

无线传感网络环境监测系统中的数据采集模块的设计利用了I/O口来实现对环境数据信息的采集。在对硬件进行设计的时候，为了保证其灵活性和可扩展性，预留了传感器接口，以实现对采用I2C和1-Wire总线技术的传感器或模拟传感器的扩展。

将环境监测类型的实际需求为根据，传感器的节点可以实现对空气温湿度、二氧化碳浓度、光强、二氧化硫浓度等环境因子的同时监测，对低功耗、低成本、高精度以及硬件设计的简化性和灵活性等方面进行综合的考量，确定传感器型号的选择如下所示：AM2301型空气温湿度传感器、ISL2901型光照传感器、B-530型二氧化碳传感器、CF-100型二氧化硫传感器；其中的AM2301、ISL2901型传感器为数字传感器，其他的则为模拟传感器。ISL2901型传感器的挂接是位于I2C总线之上，能够利用P3.0口实现与主芯片之间的通信；而AM2301型传感器的P2.0口则是通过1-Wire总线技术来实现与主芯片之间的通信。

2.2.3 电源模块

由于无线传感器网络节点中的主芯片需要3.3V的电压，而传感器的常用供电电压有3.3V、5V、12V这三种类型，为了能够同时满足大多数传感器的实际需求，同时为扩展使用不同类型的传感器提供便利，在对节点进行设计的时候提供了3.3V、5V、12V这三种类型的电压；其中的主电源则采用了锂电池和5V电源适配器这两种方式，针对主板的主要电压参数为3.3V，利用TPS79533型芯片将主电源转换到3.3V的电压之上，其输入电平的范围在2.7～5.5V范围之间；而5～12V电压转换的实现则采用了LM2585型芯片，以此为二氧化碳等传感器提供与之相适应的工作电压。

2.2.4 调试模块

对于无线传感网络技术下环境监测系统中的调试模块而言，仿真器是通过1.0芯的JTAG接口与CC2530内部当中的调试模块之间实现连接的，其主要的功能是对内电路进行调试。通过这个调试接口，能够实现对整个闪存存储器的擦除、停止，执行由8051内核所提供的指令，开始执行用户程序，设置代码断点和执行内核中全部指令的单步调试等内容；借助这些网络技术能够较好的执行对内电路的调试和外部闪存编程的任务。

3 结束语

综上所述，在社会经济实现迅猛发展和人们生活水平实现不断提高的现阶段，对于环境监测工作也提出了越来越高的要求，对于数据的准确性和及时性等方面也予以了高度的重视，对数据需求种类的多样性也越来越突出，特别是网络技术的发展为环境监测工作的开展带来了较大的便利。以CC2530无线传感器网络技术为基础为构建的环境监测系统，其中采用了Zig Bee无线传输协议，对传统有线监测系统中存在的布线困难问题实现了有效的解决，表现出组网灵活、采集准确、低功耗和低成本等优势，在环境监测中的大气污染、水文、智能交通监测等领域当中实现了较为广泛的应用。

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X831

A

1004-7344（2016）17-0260-02

2016-5-18

朱刚耀（1970-），男，工程师，本科，主要从事环境监测管理工作。