基于北斗通信的扬尘监测系统的研究与设计

刘金梅

摘要：本文详细叙述了基于北斗导航系统建立的扬尘监测系统，包括数据采集控制模块和系统服务器，数据采集控制模块采用嵌入式系统为控制核心进行前端数据探测，北斗信息数据的接收以及处理，数据采集控制模块与系统服务器端通过网络进行数据传输，该系统能够全天候进行扬尘的监测，通过网络随时可以查看各个监测点的数据以及超标报警等。

Abstract： In this paper， it is described in detail about the dust monitoring system based on Beidou navigation system. The data acquisition control section uses the embedded system as the control core to carry out the data detection， the receipt and processing of Beidou information data， and the data acquisition end and the system server side. There's data transmission between them through the network. The system can carry out dust monitoring around the clock， through the network at any time to view the data of various monitoring points and the alarm.

关键词：北斗导航；传感器；扬尘；监测

Key words： Beidou；sensor；dust；monitoring

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）30-0178-02

0 引言

随着社会的发展，城市化进程的大力推进，城市扬尘也成了PM2.5的重要来源之一，当前监测扬塵一般检测范围小，检测效率低，而且浪费大量人力物力。科技的发展带动的经济的提高，人民的生存质量已经变得越来越高，对于自己赖以生存的地方的环境需求也越来越高，居住地的空气质量的好坏也已经成为了人们日常关心的话题。在各种污染源中，城市扬尘是其中一种重要的污染源，而城市扬尘中又以工地扬尘为最，目前工地扬尘中的重要污染物大都由总悬浮颗粒物、PM10以及PM2.5组成，对于污染物24小时在线连续监测，全天候提供工地的空气质量数据，是十分重要的。

1 北斗导航简介

北斗卫星导航系统是继GPS和GLONASS之后的第三个成熟的全球卫星定位系统。北斗卫星导航系统是我国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，北斗卫星导航系统包括空间段、地面段和用户段三部分。其通信功能可以实现用户与用户、用户与控制中心之间的双向简短数字报文传输。北斗导航系统将在全球范围内为各种终端用户提供精确的定位、导航和授时等服务，24小时在线。北斗卫星导航系统已经完全覆盖中国及周边国家和地区，在亚太地区无通信盲区，特别适合集团用户大范围监控与管理多个终端，并且，北斗卫星导航系统独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，使终端在同一时间内告知其他用户自己位置，并获取其他用户的位置。北斗卫星导航系统的机理是主动式双向测距二维导航，地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。

2 系统设计

2.1 系统简介

北斗卫星的远程数据传输与控制一般由一个监控和接收中心站与多个数据采集与监测点组成，中心站与采集点之间的模式分为主动自报式与交互查询式两种方式。主动自报式是指监测采集站按照一定的定时机制自动往中心站传输数据的模式。在主动自报模式下，监测点处于主动方，而中心站则被动的等待接收数据。交互查询式是指中心站通过发送指令来获得野外监测点的数据的模式。

本系统对于建筑工地、拆迁工地、住宅小区等扬尘24小时全天候监测，能够在线监实时监控该区域颗粒物浓度变化，通过网络将监测数据实时传输至云服务平台及中心监控室，通过电脑、手机平板电脑等多个终端访问访问云平台数据，对监测数据进行管理分析，为进一步贯彻落实大气污染防治行动计划，为完成环境空气质量达标打下坚实基础。系统在线实时在线监测扬尘浓度、噪音指数和空气温湿度等多项数据，系统服务器可以对数据采集模块的数据进行监控以及对数据的报警处理、记录、查询、统计、报表输出等多种功能。

2.2 系统组成

本系统包括数据采集控制模块和系统服务器，数据采集控制模块由STM32微处理器控制模块、北斗通信终端模块、传感器模块等电路、器件组成，当传感器模块将采集的数据送给STM32，然后处理器进行显示、处理、存储以及警报等工作，服务器实现数据收集、显示、发布、报警等功能，通过网络可以随时查看。系统组成框图如图1所示。北斗定位通信模块主要由RDSS处理模块、RNSS处理模块和人机界面组成，自主完成RNSS定位。

数据采集控制模块主要实时监测接收目标的定位、通信信息，包括嵌入式处理器，北斗定位信息接收模块，电源模块，存储模块，网络模块，触摸屏模块以及报警模块等。通过监控界面实时显示定位信息以及传感器模块的信息等。数据采集控制模块系统组成框图如图2所示。

2.3 北斗定位信息格式与提取

北斗导航定位模块上电后，一般为定时返回相应格式的数据帧，北斗定位模块采用NMEA0183传输协议，所以其数据格式与全球定位系统（GPS）基本相同，帧的起始字符都是位$，然后为相应的信息类型，接下来是定位参数，各段之间以英文逗号隔开。

扬尘监测系统中对数据信息进行采集是通过STM32嵌入式微处理器完成的，首先通过启示ASCII码字符识别，进行数据帧信息提取，再通过格式中的信息类型判断来选择是否接收，处理器识别无误后，再通过检索，来确定是否与当前北斗模块所接收的定位参数一致，然后从中提取需要的定位信息，例如经纬度和时间等信息。

3 控制系统软件设计

系统服务器可将数据信息传输至指定的环境监测网，实现数据的远程控制和传输；可通过智能手机接收查看当前实时数据，并设定参数，主要包含如下功能：实时数据存储于管理，用户管理，角色管理，模块管理，日志管理，查询统计数据管理，指令下达，北斗位置服务管理，实时数据监测，数据网络报送，指令管理，事务管理，重点监管对象的位置服务，大数据存储功能等。

数据采集控制模块主要负责传感器的工作状态，北斗位置，数据采集以及数据处理，数据通信等，会自动停止工作并报警输出，具有自检，故障判断，故障提示等功能，数据采集模块软件程序流程图如图3所示。

4 结束语

北斗远程数据传输技术拥有十分快速的数据传输能力，能够做到实时传输数据，并且北斗卫星的全天候，全天时覆盖，也同样保证了数据传输的即时性和牢靠性，不会简单地受到天气气候、污染和地形影响。在建工地扬尘污染实时在线监控系统能具有全天候全自动持续的扬尘预警、超标提醒数据查看设定操作方便，可将数据信息传输至指定的环境监测网，实现数据的远程控制和传输；可通过智能手机接收查看当前实时数据，实现数据的存储管理，对监测点的数据图形展示，曲线分析，超限超标报警统计等，为监管部门提供决策依据，为用户提供实时、有效的扬尘治理数据。随着卫星通信、数据采集、精确定位等技术水平的提高，大数据的实时监测会发展迅速。

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