智能旅游微环境温室气体监测系统设计

王小辉，田 磊，雷可为，豆晓宁

（1.西安欧亚学院 休闲管理学院，陕西 西安 710065；2.陕西师范大学 旅游与环境学院，陕西 西安 710119；3.西安邮电大学 电子工程学院，陕西 西安 710121）

智能旅游微环境温室气体监测系统设计

王小辉1，2，田 磊3，雷可为1，豆晓宁1

（1.西安欧亚学院 休闲管理学院，陕西 西安 710065；2.陕西师范大学 旅游与环境学院，陕西 西安 710119；3.西安邮电大学 电子工程学院，陕西 西安 710121）

为了实时、有效地对旅游微环境温室气体进行测度，基于STC89C52单片机设计智能旅游微环境温室气体监测系统，将单片机控制和智能传感器监测相结合，利用太阳能对单片系统进行供电，通过单片机处理将监测结果传送至LCD12864显示屏进行显示，提示是否超限空气质量标准，同时将监测数据通过SIM900模块远距离传输传送至电脑上或手机上进行远程监控。实验结果表明，该监测系统增强了监控系统整体的抗干扰性，改善了传统数据单一的有线传输模式，可为以后特种气体监测提供有效平台。

STC89C52单片机；旅游微环境；太阳能；SIM900模块

随着信息技术的高速发展，我国旅游业信息化水平不断提升。旅游接待信息化的程度将直接影响我国旅游信息化发展水平[1]。如何更好地高效使用和管理各种信息资源已成为目前信息化旅游研究热点之一。随着经济的发展和环境对人类提出的要求，环保、节能、舒适也成为旅游接待业所重点关注的话题。旅游业能源消耗及温室气体排放量的测度是旅游业节能减排的起点，也是制定减排政策的基本依据[2]。本项目选择的“旅游微环境温室气体排放”监测系统设计，对旅游业温室气体排放量的监测和宣传环保意识都具有较好的意义。

1 总体设计思路

本系统是利用太阳能等可再生能源完成一个多路传感系统探测仪的设计，包括二氧化碳监测和PM2.5监测，最终根据监测出的温室气体浓度和雾霾浓度给出空气质量报告[3-5]，并进行实时传输的功能。进而对旅游环境管理提供数据依据，同时可确定游客影响环境的重点行为，为倡导“文明旅游”提供素材。

本系统主要包括：温室气体及粉尘的实时监测构架，太阳能等可再生能源的有效利用构架和监测数据的实时传输构架。其总体系统架构如图1所示。

图1 总体系统架构图

整个系统的电源采用太阳能供电，太阳能供电系统通过太阳能极板采集光子，进行光电转换后使光电流进入充电控制电路，从而通过锂电池为后级电路提供稳定的电源。后级电路在稳定供电的基础上，首先进行细小颗粒物的检测，当空气在粉尘传感器中自由流过时，粉尘传感器会实时的将检测到的数据发送至单片机的不同端口，经单片机处理后在LCD12864上显示。与此同时，二氧化碳传感器对检测平台周边的二氧化碳浓度进行实时监测，并将检测到的数据发送至单片机进行处理，将结果显示在液晶屏上。当传感器采集到的数据存放在单片机时，利用无线数据收发模块SIM900来实现从监测器到数据终端的无线通信方式。这样就完成了用户对目的地粉尘颗粒以及二氧化碳浓度的远程监控。

2 硬件系统设计

2.1 温室气体监测系统

本系统的设计方案主要分为3个模块，一个是温室气体监测模块[6]，另一个是PM2.5监测模块[7-9]，最后是将两者的结果显示在液晶显示屏上。温室气体监测模块中使用ADC0809芯片将其转化为数字信号量[10-12]，灰尘传感器输出的直接是数字信号直接和STC89C52单片机连接，单片机处理完两者输入的数据，将其输出到需要显示的LCD12864型号的液晶显示屏上（见图2）。

图2 温室气体监测系统

由于本项目设计的多路传感系统需要工作在无人值守的环境中，所以供电系统是一个必须解决的难题，由于本系统主要工作在日照时间较长的地区，因此选择太阳能为整个系统提供稳定的电压。

通过构建多功能传感系统，并将多路传感器采集到的信号进行无线收发，不仅能够完成对所要探测区域的指标检测，同时还能完成无人值守的功能，使得开发系统能够在野外环境中长期对某地的数据进行监控，如果超出监测数据的正常范围，即可向主控平台发送报警信息。

图3 CO2和PM2.5监测流程图

2.2 数据实时传输系统

SIM900模块是一个以C35i为核心的通讯模块，主要应用在通讯领域，如移动电话、远程数据监控、短信提醒发送、GPRS MODEN[13]。为了更好地将本系统应用于无人之手的环境中，文中设计了可靠的外围电路以及扩展端口，使其通过串口与单片机相连。单片机通过P3.0、P3.1口控制SIM900模块执行数据传输命令。当系统检测出PM2.5与二氧化碳浓度时，SIM900模块开启GPRS和手机短信以及语音呼叫的通信模式，采用天线IPEX接口将采集到的数据发送至电脑的主控平台上或以手机短信的形式进行收发查询。

当PM2.5和CO2传感器正常工作并检测到环境数据时，系统将启动无线收发模块对监测数据进行发送，其具体流程如图4所示。

图4 SIM900模块通信流程图

打开整个系统进而进入初始化，并将SIM900模块核心TC35i初始化；通过命令检测TC35i是否接收到外界发送过来的GSM或GPRS信息[14-15]；如果接收到命令，提取手机号或GPRS相应地址；检测提取信息是否合法，如果合法则进行相应指令回复，如果不合法则删除信息。

2.3 系统调式与验证

将SIM900模块与单片机相连，用单片机来控制此模块并保证其正常工作，单片机控制可定时将所测得的CO2和PM2.5浓度发送至用户指定的手机进行检测。其硬件构架如图5所示。为了保证数据在网络复杂的环境下传输的准确性，在电脑上打开串口调试软件改成TCP方式通过GPRS网络用串口调试助手发送指令，接收到CO2浓度和PM2.5的浓度值，利用此方法检验无线收发数据进行校验，发现数据准确度符合设计要求（见图6）。

同时，也可通过使用SIM卡向不同监控地点的服务号码发送短信方式与SIM900模块上的SIM卡进行短信收发，短信模式采用Text文本模式。

图5 系统整体调试连接图

图6 系统调试结果

3 结论

目前的温室气体监测大多利用独立的供电系统为其提供能源保障，并且建立在ARM平台上，从而会造成整个监测系统成本过高，初期开发难度较大等缺点。本文设计的监测系统利用太阳能极板为系统提供稳定持续的电源，同时利用单片机作为主控芯片，降低了系统的整体开发成本，提高了研发效率，不仅能够对当前空气质量进行多功能显示，使人们了解当前空气质量的污染程度，同时还能进行信息实时传输，增强了监控系统整体的抗干扰性，改善了传统数据单一的有线传输模式，提供了更趋向于智能化的功能，为以后的特种气体检测提供了有效的平台。

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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稿件编号：201606017

陕西省社会科学规划项目（2016R022）；西安市社会科学规划重点项目（2015EA03）；陕西省教育厅科研项目（15JK2076）；陕西省教育厅科研计划项目（15JK1676）

王小辉（1979—），女，陕西咸阳人，博士，副教授。研究方向：地理信息系统。