基于ZigBee技術的無線環保檢測系統解決方案

　在人類生存環境日益惡化的今天，建立完整的環境監測系統是非常必要的，我國繼續把環境保護放在突出的戰略位置。致力于重點流域的水污染防治工程及城鎮污水和垃圾處理。環保儀器儀表主要用在環境質量監測和污染源監測等方面環保主要是解決我國水環境、大氣環境兩個戰略性和全局性的大環境生態污染問題。

　　1.1、環保儀器儀表的主要需求如下：

　　（1）環境質量監測：目前全國環保系統及各部門、行業、企業已建監測站4000 多個，國家環保局計劃在全國裝備400 多個國家網絡監測站；350 多個環境信息中心；100 個城市空氣地面自動監測系統。

　　（2）污染源監測：國家要對全國1.8 萬個重點污染企業實施主要污染物排放總量控制和消減，以改善環境質量，因此要求1.8 萬個污染大戶要逐步安裝在線連續自動監控系統。

　　（3）遙感遙測儀器儀表：包括對荒漠、草原、森林、海洋、農業生態環境進行監測，也需要對大氣污染、水域污染（如海洋赤潮、溢油污染）及污染源進行遙感遙測。

　　1.2、行業現狀

　　當前我國生產的環境監測儀器儀表大多是中低檔產品，產品功能單一，故障率高，附加值低，在品種和數量上也遠遠不能滿足實際需求。

　　有關專家認為我國環境監測儀器的發展趨勢有以下幾點：1、向三化即自動化、智能化和網絡化方向發展；2、由勞動密集型向技術密集型方向發展；3、由較窄領域監測向領域監測的方向發展；4、由單純的地面環境監測向遙感環境監測相結合的方向發展。

　　處理分布在各處的環境檢測點的數據傳輸問題一直是建立環境監測系統的難點，如果沒有將分布在各處的環境檢測點的數據進行實時的在線的管理則會給管理部門帶來很多的問題。無法實施實時的管理及24 小時監控和監管。本系統就是在現有的儀器設備的基礎上采用ZIGBEE 無線技術實現實時的管理及24 小時監控和監管。隨著我國對于環境監測越來越重視，在原有的單點環境監測的基礎上，各地的環境監測站紛紛建立了一些無人值守的檢測點，以監測更廣更實時的監測環境質量需要我們有更好方法將各個不同地方的測量設備的信息進行上傳共享處理。這里我們技術一種給予ZIGBEE 技術的無線技術來解決這樣的應用。

　　二、系統技術簡介

　　2.1、Zigbee 技術簡介

　　zigbee是一種無線連接技術的商業化命名，該無線連接技術主要解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯網應用。上，IEEE802.15.4工作組及zigbee聯盟共同致力于該無線連接技術的推廣工作，其中，IEEE802.15.4工作組主要負責制定zigbee物理層及MAC層的協議，其余協議主要參照和采用現有標準，以便于今后不同廠商設備的互聯互通； zigbee聯盟則負責高層應用及市場推廣工作。而于2002年成立的zigbee聯盟如今已經吸引了上百家芯片公司、無線設備公司的加入。目前，Freescale、TI等*都已推出了比較成熟的zigbee開發平臺。

　　ZigBee 標準基于802.15.4 協議棧而建立，具備了強大的設備聯網功能，它支持三種主要的自組織無線網絡類型，即星型結構、網狀結構（Mesh）和簇狀結構（Cluster tree），特別是網狀結構，具有很強的網絡健壯性和系統可靠性。如果沒有直接通路，還可以通過“多級跳”的方式來通信；該拓撲結構還可以組成極為復雜的網絡；除此之外，網絡還具備自組織、自愈功能。

　　2.2、


圖一 ZIGBEE 星型網絡結構


圖二 ZIGBEE 網狀網絡結構

　　三、系統的方案

　　通過前面對環保檢測系統的技術要求分析，結合zigbee 技術特點和技術優勢，采用zigbee 技術來實現無線環保檢測系統是一個非常理想的解決方案：

　　3.1、系統組成：
　　一套完整的環境監測系統由各種環境監測的傳感器的設備和通信網絡組成：

　　①環境監測傳感器包括有：
　　1）顆粒物監測子系統：測塵儀
2） 煙氣參數測量子系統：流量測量儀；溫度測量儀；壓力測量儀
3）采樣和預處理系統：伴熱處理測量；冷凝除水測量；過濾測量
4）氣態污染物監測子系統：SO2 分析儀；NOX 分析儀；氧分析儀

　　②通信網絡：
　　如圖所示：傳感器通過RS232 或者RS485 接口跟ZIGBEE 模塊相連。通過ZIGBEE
模塊跟中央處理與數據傳輸系統相連。完成傳感器數據的無線上傳及上位控制器指令的無線下發功能。同時中央處理與數據傳輸系統可以使用ZIGBEE 網絡或者GPRS 網絡實現本地節點數據的無線上傳（包括企業環境監測系統和環保局環境監控系統）。


　　四、系統特點

　　1）建立一個綜合監測系統，每隔一段時間就可對本網絡的各個節點的監控信息進行一次收集，及時準確地掌握環境污染情況。

　　2）全無線系統，方便布線及安裝調試。

　　3）系統采用模塊化結構，可方便擴充，且具有遠程診斷功能，安裝維護方便。將遠端采集點的數據實時、可靠地發送到各級監控中心。并接收各級監控中心的控制指令。
隨著無線通信技術的不斷發展，近年來出現了面向低成本設備無線聯網要求的技術，稱之為zigbee，它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制、遠程控制領域及家用設備聯網，我們采用zigbee 技術和GPRS/CDMA 技術結合，可以為環境監控系統的遠程數據傳輸通信提供很好的解決方案。在實際應用中，我們選擇了將zigbee 技術與GPRS/CDMA 結合起來，根據檢測點的不同分布，來靈活地構建抄表的無線網絡。


1