扬尘在线监测系统研究

李升和

【摘 要】改革开放以来，我国的经济得到了快速的发展，而高速的发展必然会带来环境的污染。其中大气污染状况日益突出。而随着不同地区污染物排放量的不断增加，对环境污染监控和治理也增大了难度，从而需要投入大量的人员对污染源的出处进行排查。而排查的不全面，信息反馈的不够及时等原因也会造成从根本上改善大气污染问题。因此我们便引入了无线传感网络技术对容易产生大气污染的地区进行实时监控，并及时反馈从而高效地解决大气污染问题。

【关键词】环境污染;污染监控;无线传感网络技术;实时监控

引言

扬尘污染是城市施工等过程中排放的治理难度大的且没有具体某一类型产生源的污染物;例如：施工时工人或设备带来的一次污染，以及物料运输与车辆所散落的工地材料所造成的二次污染。扬尘排放的比例大、高度低，主要集中于城市人口密集的地区;虽然我国对于施工监管，防控布控点多、力度大，但目前大气扬尘污染的监管的方法还停留在实地调查、检测等的方式，单凭人力监管具有工作量大、反馈信息不及时等缺点，无法实时了解某地区的大气扬尘污染状况。所以为了解决这一弊端，就需要利用无线传感网络知识，打造一种能够对目标地区的大气扬尘进行不间断监测的系统，基于物联网的扬尘监测具有显著优势，以便管理人员能够快速发现违法现象，解决现实问题。

1总体设计

首先，要想设计出实时监控扬尘的系统，我们就要清楚我们凭借什么得出该地区存在扬尘污染。这就需要借助扬尘方面的知识，扬尘种类繁多，主要有道路扬尘，工地扬尘等一些没有组织的污染物，而PM2.5中大部分是扬尘。那么对扬尘的不间断监测固然不能缺少一些重要的指标及环境参数：如TSP、湿度、PM2.5、PM10、噪声、风向风速等因素。不同方面的影响要综合考虑，通过传感器对不同因素的数据进行不间断采集并上传，单片机处理后，经由Zigbee网关，上位机接收到采集的数据，根据各部分的作用将这些不同因素的采集的数据与监控的视频等融合在一起，从多个层面看待，数据会不间断地显示在我们所设立的监测界面上，根据数据分析环境情况，如有异常即报警等。也就是利用物联网技术的无线数据采集并传输，将数据由无线传感网络传送至远程进行监控。这样就能有效监控目标地区的扬尘污染状况。

2主要内容及关键技术

2.1设计框架

系统拓扑结构：

本系统主要由数据监测与采集部分、数据处理部分、数据传输与接收部分、LED屏显示部分、电源部分、视频参数融合组成。如：

2.1.1数据监测与采集部分

扬尘监测采集，噪声检测采集等部分组成无线传感器节点。监测噪声，对噪声的连续监测提高了传感器的精度。在特定的时间间隔收集灰尘并上传到服务器，统计、分析由后台系列程序来完成。PM10和PM2.5是需要监测的参数。如何测量大气扬尘？

（1）滤膜称重法

通过切割器对气体进行采样，采样后通过称量静电滤膜的质量增量来获取吸附颗粒物的质量，然后根据采样的流量和时间，通过公式可計算出粉尘颗粒物的浓度。

优点：测量结果可靠高、受干扰因素少、误差小;

缺点：手工操作、步骤繁琐、工作量大、耗时长、无法在线测量、无法满足实时性的要求。

（2）压电晶体法

通过对颗粒物进行放电操作将颗粒物沉积并吸附在测量振荡器的表面;由于振荡器的振荡频率与其质量成负相关，因此可以通过振荡频率的变化量来实现对颗粒物质量浓度的测量;压电晶体法可以实现分段连续自动测量，但是由于需要定期清理振荡器电极，导致了其采样率不稳定。

（3）光散射法

将光束通过颗粒物空间，利用颗粒物和入射光的相互作用：光的散射和吸收现象;将散射和吸收能量的和作为消光值，通过该值计算出颗粒物的粒径和浓度等信息。

优点：可测量的粒径范围宽、自动连续测量效果好。

2.1.2数据处理部分

通过节点模块将单片机接收的数据再通过收发模块进行收发，外设选取不同引脚突出了灵活性。

2.1.3 LED传输显示及报警

可以实时监测数据，再LED上随时显现，通过这种方式提醒施工单位与人员、城市的居民;同时可以让施工单位、人员和城市的居民能够自我警觉，加以改正;噪声、扬尘哪一方面不符合标准则自行改正。

2.1.4电源部分

太阳能电池将太阳能转化为电能，可以为系统存储电能，经过电源转换，稳压等，为不同模块、部分提供电源支撑。

2.1.5视频参数融合部分

将某地区环境和测得的参数联系起来，环境参数会以自己想要的形式凸显于视频画面上，这样就和视频一同存储，清楚明了。

工地人员通过该系统对是否存在违规一目了然，可以随时对自己所处地区工作状况加以调整，实时鞭策自己。

2.2关键技术

扬尘监测系统在信息传输技术方面主要运用了无线通信技术，无线通信是电磁波信号在传播过程中交换信息的有成效的通信手段。无线通信技术益处明显，它具有较低的成本，物理线路和电缆都不用，且它适应力强，在很多环境因素下依然不逊色。传统的有线通信的设置、维修都很繁琐，而通过远程诊断可以完成维修无线网络，简单易行。

在近程数据传输的过程中Zigbee网关起到作用，ZigBee是一种无线通信技术。其特点是距离近、功耗低。它的传输的距离一般是10-100m;大体用在楼房、居房的控制、工业上的一般自动化控制、关于农业方面的信息的收集与控制、共用地方的信息的检测与控制、智能的标签等方面，它可以用在多种设备上。

在距离相对远的数据传输则Zigbee-GPRS网关起到作用，GPRS是一种立足于GSM通信系统的无线分组交换技术，别名通用无线分组业务，它主要被应用于线路建设相对困难和离城市较远的地方。

3结语

数据采集过程中，采用Zigbee技术搭建的无线传感网络优势明显，克服了不少局限;通过在需监测的地区安装数个传感器节点，避免了信息中断，各种不同的设计使系统更加全面，对污染的监管可起到积极作用，有很好的推广价值。

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（作者单位：河南工学院）