河北省环境自动监测网络支持系统的研究与应用

河北省环境自动监测网络支持系统的研究与应用（通用7篇）

河北省环境自动监测网络支持系统的研究与应用 篇1

河北省水质自动监测系统实践与探索

通过对河北省地表水、地下水水质自动监测系统的建设运行情况分析,研讨了当前水质自动监测系统的优缺点,结合当前水质监测科技发展提出了几点认识,供其他类似水质自动监测系统设计与建设时参考.

作 者：聂会兰 李明良 王永党 王菲 白云鹏 NIE Hui-lan LI Ming-liang WANG Yong-dong WANG Fei BAI Yun-peng 作者单位：聂会兰,NIE Hui-lan(河北省水利科学研究院,河北,石家庄,050057)

李明良,王菲,LI Ming-liang,WANG Fei(河北省水文水资源勘测局,河北,石家庄,050031)

王永党,WANG Yong-dong(河北省承德水文水资源勘测局,河北,承德,067000)

白云鹏,BAI Yun-peng(张家口水文水资源勘测局,河北,张家口,075000)

刊 名：地下水英文刊名：UNDERGROUND WATER年，卷(期)：31(6)分类号：P335关键词：水质 自动 监测 探索

河北省环境自动监测网络支持系统的研究与应用 篇2

关键词：WSN,环境监测系统,构建

21 世纪是现代科学技术的新纪元, 现代科学技术的发展极大提高了人们生活质量, 将人类从繁重体力劳动中解脱出来。现代科学技术涉及各个领域, 而各个领域之间的学科交叉又构建了新型技术, WSN是传感器技术、嵌入式系统、无线通信技术等领域的完美结合, 可以最大限度扩展人类视野, 帮助人们监测外界事物变化。WSN具备自组织能力、远距离通信能力等, 被广泛应用于各行各业。传统环境检测系统具有一定局限性, 需要对传感器网络进行初始化设置, 且只能通过局部精度了解环境变化, 另外有线传感器网络监控范围较小, 存在监控盲区, 网络系统的容错性能也不佳。下面将详细阐述无线传感器网络的原理与构架, 并构建基于无线传感器网络的环境监测系统。

1 无线传感器网络分析

无线传感器网络实质上属于物联网技术的重要分支, 其由大量传感器节点组成, 最终形成大规模、自组织的网络, 是分布式信息技术、无线通信技术、传感器技术的完美结合。WSN通过传感器节点监控环境中的各种数据, 传感器节点采集数据后传输给嵌入式系统, 之后由嵌入式系统将信息传输给汇聚节点, 最后由汇聚节点通过互联网传输给信号终端。WSN一般包括了四个模块, 即传感器模块、处理器模块、无线通信模块以及电池组模块。传感器负责采集数据, 并将信号转化为数字信号, 处理器负责信号处理与调度, 无线通信模块负责信号传输, 电池组模块负责为系统提供电能, 并控制电能稳定输出。

2 环境监测系统的目的与特点

环境监测系统的目的是为了实时掌控周边环境的情况, 并为环境控制提供数据基础, 环境监测系统的目的可以概括为以下几点: (1) 判断环境质量, 根据环境检测的相关标准判断环境中的污染物是否达标; (2) 污染物分布仿真, 对环境中的污染物进行实时采集, 分析污染物分布情况, 从而寻找污染物源头, 为污染控制提供依据; (3) 环境数据统计, 对环境中的数据进行实时记录, 为环境法规的制定提供基础; (4) 为环保措施的制定提供数据基础, 保证相关措施符合实际情况; (6) 科研基础, 为科学研究提供数据基础。环境监测系统主要具备四个特点, 包括标准化、综合性、实时性、连续性。

3 无线环境监测系统的总体设计

3.1 无线环境监测系统框架设计

基于WSN的环境监测系统的底层结构是多种传感器节点, 从下到上依次为传输层网络、基站等, 最后连接到互联网, 用户可以通过互联网进行实时连接通信。基于无线传感器网络的环境监测系统的若干不相邻监控区域存在很多密集分布的传感器节点, 这些节点形成了传感器网络, 可以有效保证网络数据的准确性与稳定性, 这些传感器节点可以将网络中的数据传送给各个网关节点, 这些网关节点的信息可以形成局部网络。基站是由多个数据节点与可以联网通信的计算机构成, 其主要负责数据的收发与监控, 同时负责数据的处理与存储, 用户可以通过远程计算机实时访问基站的服务器。基于无线传感器网络的环境监测系统的传感器可以形成多跳网络, 边缘节点可以通过其他节点进行网关通信, 而每个监测区域均有一个网关负责信号传送与处理, 所有网关均与传送层连接。传输层具备较强的信号存储与处理能力, 同时可以提供不间断电源供应, 保证传感器节点的稳定性与可靠性[1]。

3.2 无线环境监测系统工作流程

基于WSN的环境监测系统的工作流程如下:首先对传感器节点进行部署, 等待无线传感器网络的命令, 网关发送启动指令, 指令被传送到各个网络传感节点, 节点收到启动指令, 并统一加入网络, 之后获取网络的地址信息, 配置本地网络的链接方式, 建立路由, 最后节点根据预先设置的数据采集周期济宁数据, 并将数据进行打包处理, 传输给网络协调器与监控终端。

4 无线环境监测系统硬件设计

基于WSN的环境监测系统的硬件主要包括两类, 一种是可以实现全功能的设备, 这类设备具备较大储存空间, 这些空间可以用来储存各类路由信息, 且信号处理能力较强;另一种是简化功能的设备, 这类设备性能一般, 但功率消耗较小。全功能的设备主要用作网关设备, 简化功能的设备用作传感器节点, 捕捉各种数据监控范围内的网关信息, 以上两种设备可以相互组合, 从而协调工作, 扩大了网络覆盖范围, 最大限度降低基于无线传感器网络的环境监测系统能耗。例如, 监测硬件可采用PIC18LF4620 单片机, 此单片机具备较高数据处理能力, 属于全静态MCU, 无线通信模块可采用Chipcon的CC24x0 系列或者1319x系列, 传感器可使用TC77 系列的相关温度传感器[2]。

5 无线环境监测系统软件设计

基于WSN的环境监测系统的软件设计分为三个部分, 包括终端节点处理的数据收发, 协调器节点处理的数据收发, 终端数据收发。基于WSN的环境监测系统的软件设计流程如下:系统初始化并组网成功后, 终端节点将信息传输给网络协调器节点, 协调器节点对收到的数据进行校核, 保证收到的数据符合数据标准, 若数据不符合标准则直接丢弃, 避免废弃数据占用存储空间, 如果接收的数据符合标准, 则将数据传输给控制中心, 由中心对数据进行处理, 并将数据存储到数据库, 同时将数据实时显示到平台上, 当用户停止使用程序时, 系统退出程序, 并通知所有设备的监控[3]。

6 结语

基于WSN的环境监测系统可以有效克服传统有限传感器网络的缺陷, 高效实时监测环境中的各项指标。环境监测作为环境控制的首道环节, 为环境治理提供了参考依据。传统的环境监测系统包括了集中式监控、集散式监控以及总线监控等, 但这些环境监控系统均存在较大缺陷, 有线环境监控系统可靠性较高, 但难以克服地域限制, 且系统重用性较差, 系统构建成本较高。基于WSN的环境监测系统具备建设周期短、成本低、维护方便等特点。本文阐述了WSN的构架与特点, 并基于WSN构建了新型环境监测系统, 希望本文的研究有利于环境监测系统的快速发展。

参考文献

[1]孙玉文.基于无线传感器网络的农田环境监测系统研究与实现[D].南京:南京农业大学, 2013.

[2]孙雷霸.基于无线传感器网络的水环境多参数监测系统的研究与实现[D].镇江:江苏大学, 2009.

河北省环境自动监测网络支持系统的研究与应用 篇3

【关键词】企业发展；环境自动监测系统；设计；管理措施；原理；空气监测；水质监测；噪声监测

随着社会经济的快速发展，环境问题得到了人们的普遍关注。因手段与方法制约，传统环境监测已无法适应环保管理要求，环境自动监测技术的出现，为评价环境质量、监控污染源提供了强有力的保障。作为国家环境保护重点监控的对象，企业通过环境自动监测系统的建立，可达到国家节能减排的目标。目前大多数企业都装设了环境自动监测设备与零散系统，但还存有诸多问题，如信息化、系统化与完整性。为此必须从实际出发，建立完整的企业环境自动监测系统。本文通过对开放性、灵活性、兼容性等因素的充分考虑，采用自动监测客观、可靠的监测数据，实现环境可持續发展。

一、环境自动监测系统的原理

环境监测具有大量环境参数，通常分为2种：手工监测与自动监测。化学分析法、重量法等为手工监测的主要方式，其后逐渐向仪器分析法发展，检测项目所需参数也大幅度增多，监测范围逐步向水与废水、空气与废气等方面扩展。手工监测具有广泛的适应范围，但其具有较长的监测周期，无法达到实时监控的目的。

环境自动监测的监测因子构成部分为气象参数、气体成分参数、水体中的离子浓度等，颗粒物、二氧化硫、一氧化碳等都为监测项目。根据类别通常可分为空气质量监测、噪声监测、水质监测等。

因目的不同环境自动监测系统设置的侧重点也存有极大的区别，但其基本构成基本相同，如图1所示。系统支持可动态实时维护整个系统，保证系统始终处于正常运行状态。质量保证可校核系统，确保系统数据收集的准确性、可靠性。监控中心则对各个子系统数据实时跟踪，以此分析、整理数据，并进行预警发布及污染情况报告。

由低层向上层划分，整个系统网络结构层次可分为3个层次，如现场层、网络传输层、数据采集与处理。具体内容如下：

现场层：数据采集传输仪与各类监测、采样设备为该层次的主要内容，其功能为采集、储存、发送与命令接受数据。

网络传输层：是指数据传输得以实现的网络实体，其方式分为2种：有线、无线。

数据采集与处理层：利用网络传输层与现场层互相通讯、数据交换及下达指令，达到现场层数据采集与集中远程监控的目的。数据采集层在校验解码采集或现场自动上传的数据后，利用Web Service服务模式向数据处理中心上传。

二、企业环境自动监测系统设计分析

企业环境自动监测系统设计需对多种因素进行充分考虑，统一标准，该系统不仅要具备在线自动监测仪表、视频摄像监视装置、网络集成等设备，还需与底层汇编语言等相结合，是一个集环保数据多功能于一体的系统，要求其能够达到数据采集、监测、监视、分析与管理的目标。以企业环保信息中心为主体，进行企业范围内环境监测信息网的建立，通过各类方式对数据进行收集、整理与统计，以此对企业污染源具体情况进行实时掌握，为治理环境提供可靠依据。

1、系统图形功能设计

为实现网上编辑与控制图形的目的，需设计强大的交互图形开发功能，以此为图形界面、各类图形元件制作提供便利，并实现图形管理、建模与完善监控系统的作用。如矢量化图形的功能为缩放、分层、旋转与组合复用等。在系统图形功能设计中要求各类设备分布信息能够综合直观显示及表达，并监视设备采集的参数信息，并进行数据直接统计。在一张表示企业厂区地理位置的平面图内全部信息都可显示，通过对地图上某一监控目标的点击，可监控此对象信息，通过显示的详细信息，对该对象进行操作。与此同时，声光报警可运用于超标数据，对环境监测功能加以完善。

2、数据基本处理与归档

系统设计中标准数据库系统应以归档为目的，需对数据库系统加以充分考虑，要求其具备安全、可靠与功能强大等特点。根据时间段数据，进行过程数据归档，由管理员设定时间段划分，整体而言，可选取永久保存方式运用于历史数据。同时数据管理人机界面也需设计于系统内，如查询界面、设定界面。

3、各子系统设计与集成

企业环境自动监测系统为大系统，其组成部分为子系统6个与监控中心1个，预留发展接口。具体如下：

（1）空气质量连续监测子系统。为对区域内污染物时空分布等情况进行全面掌握，需选取集合图形布点方式与功能区域布点方式，设计空气质量连续监测子系统。在设计中，需对主导风向、地形、污染物污染现状与发展趋势等进行充分考虑，同时对周边环境内极易产生的干扰因素加以排除，并将一个背景对照点设置于和监测区域主导风向上风向远离位置。同时对空气质量连续监测子站（2个）增加设置，每个子站采样标准点的设置，需进行公共辅助设施配置，如电源空调、通讯光缆等。

（2）固定污染源烟气自动监测子系统。假设每小时20万平方米风量的大型固定污染源在线监测安装，各个点位需进行公共辅助设施的配备。设计时可采用2种方式：第一，公用热工信号与环保信号，这种情况下可部分重用环境监测信号能与能源热工信号，实现规划统一，同时由能源信号转接入环境监测信号，避免建设重复。第二，环保信号专用。

（3）水质自动监测子系统。

水质自动监测设备需分别安装于总排口与车间排口位置，按照工艺段污染源与主要污染因子特征，车间排口监测项目不仅要对传统PH流量进行充分考虑，还需对油分、氨氮等监测因子加以重视。按照循环冷却水系统内部检测PH等水质参数，对接入监控中心进行充分考虑。其具体监测点位设计如表1所示。

表1 水质自动监测点位设计

（4）噪声在线子系统。

因噪声点位便于移动，配置较为灵活，可根据企业需求进行点位数量确定。通过数据采集模块现场设备可自动进行噪声信息采集，利用RS232接口和GPRS透明数据传输终端连接，此时，数据处理、协议封装工作由GPRS透明数据传输终端内置嵌入式处理器进行，并向GSM网络发送。（5）视频监控子系统。通常选取室内外2个屏，投影方式为室内形式，大屏为室外形式。根据企业实际情况安装视频监控，一般安装于制高点。利用视频线与控制线将前端摄像機输出连接至视频编码器，通过视频编码器达到统一视频信号数字化的目的。随后利用MPEG—4算法压缩视频，根据TCP/IP协议将以上数据打包，向主干网络接入。

（6）监控中心。确保在线系统运行维护的质保实验室、计算机软硬件系统为构成监控中心投资预算的主要成分。监控中心能对生产单元的排污浓度、附近空气质量、噪声及废水排放情况等进行实时监控。监控中心还应做好数据汇聚与环保数据仓库工作，在分析、整理、统计数据后，及时对环境状况进行评价。

三、企业环境自动监测管理措施

1、为确保环境监测的及时性、准确性与科学性，达到生态环境改善与保护的目的，必须提高企业环境自动监测管理水平。通过环境自动监测管理平台的建立，相关人员需对环境质量状况进行综合评定与定期发布。同时在数据采集、传输时必须确保信息的真实性，避免人为破坏环境自动监测监控设施。确保设备运行的安全性、正常性。2、通过环境自动监测规划的合理编制，需进行环境质量自动监测点的合理确定。按照环境管理规定，企业还需进行年度污染源自动监测监控设施建设规划的制定，按照年度建设计划，企业应进行污染源自动监测监控设备的安装及投入应用。根据规定应向环境保护部门及时备案。3、按照职责人工，选取分级管理的方式进行环境自动监测，采用分级监督管理方式自动监测污染源。作为污染源自动监测设备运行维护的责任主体，排污企业需在建立污染源自动监测系统后及时达到设备运行正常与数据传输稳定的目标，并向法定计量检定单位定期进行污染源自动监测设备计量检定申请。如需维修、停用、拆除或更新污染源自动监测设备时，需及时向相关部门报告，并在一定时间完成工作，确保设备运行的正常性。

四、结束语

综上所述，遵循我国环境监测相关技术规定，必须充分考虑如何完善环境自动监测系统，才能确保监测数据的准确性。应确保系统设计符合企业发展现状及所在地交通、环境质量等条件。遵循监测目的与系统功能，充分发挥环境自动监测系统的功能，确保环境质量的全面提升。

参考文献

[1]吴立新.环境监控中心建设实例分析——以金华市环境监控中心为例[J].环境污染与防治.2008（06）

[2]许煌伟.面向冲突治理的晋江市环境自动监测监控系统有效性研究[D].华侨大学.2014

河北省环境自动监测网络支持系统的研究与应用 篇4

随着我国经济建设的发展, 环境保护尤其是水环境的保护已成为极其重要的工作。水体水质的实时监测是水资源保护、防止水污染的重要一环。在水质监测工作中, 通过传统方式采集数据是非常困难的, 而无线传感器网络技术的应用为野外采集、监测水体水质提供了方便。[1]研究、设计、制成、集成、部署、测试基于Zig Bee协议无线传感器网络技术的远程实时水质监测系统, 实现水体水质监测数据的采集及传输, 把无线传感器网络技术应用于鄱阳湖湖区水体水质的实时监测, 为保护鄱阳湖“一湖清水”提供实时有效的监测数据, 将具有十分重要的意义。

1 系统设计方案

1.1 系统网络拓扑选择与设计

Zig Bee网络常见的拓扑结构是星型拓扑和网状网拓扑。Zig Bee协议中采用了动态路由的方式, 即网络中数据传输的路径不是预先设定的, 而是通过对网络当前可用路径进行搜索、分析, 选择出一条最佳路径进行传输。路径的选择使用“梯度法”, 即先选择最短的一条路径进行传输, 若不通, 则尝试另外一条稍远的路径, 以此类推直到数据成功送达目的地。在实际现场应用中, 预先确定的传输路径随时可能发生变化, 或因各种原因中断, 或因任务繁忙不能及时处理传输。网状拓扑结构结合动态路由, 就可以很好地解决现场应用中的这个问题, 保证数据传输的可靠性[2,3]。

系统的树形网络拓扑图如图一所示。

水环境质量监控系统选择的网络拓扑结构为树型结构。树型结构网络的通信路径总长度短, 节点易于扩充, 寻找路径方便。

水环境质量监控系统网络拓扑结构如图二所示。

1.2 系统总体设计方案

水质监测系统的整体方案如图三所示。

当数据采集子节点距主控板距离较近时, 子节点可通过无线直接传输给主控板 (PH子节点和雨量子节点) ;当数据采集子节点距中控板距离较远时, 子节点可通过中间子节点跳传的方式向主控板传输数据 (温湿度子节点的数据通过PH子节点的跳转将数据传输入主控板) 。网络协调器再通过DTU模块将采集到的各类环境监测数据传输给远端的监控管理中心, 并存入数据库。

2 系统硬件设计

2.1 传感器节点设计

传感器节点结构如图四所示。

各个无线网络传感器节点相应的传感器将采集到的数据送入MCU进行数据处理, 根据汇集节点的指令将处理好的数据通过无线模块发送出去。传感器节点采用的是宏晶公司出品的STC12C5A40S2单片机, 其抗干扰能力强、功耗低、速度更快, 适用于强干扰环境的应用场合。

2.2 汇集节点设计

汇集节点通过DTU接收来自Internet的指令, MCU通过对指令的分析, 做出相应的动作。如果是查询汇集节点传感器的数据, 则将采集到的数据通过DTU发送至对应的服务器中;如果接收到拍照指令, 则将摄像头拍摄的照片通过DTU发送至服务器;如果是查询其他传感器节点的采集数据, 则通过无线模块发送出去, 并接收回复的采集数据, 后通过DTU将数据发送至服务器。

汇集节点结构如图五所示。

汇集节点MCU采用宏晶公司的90C58AD系列单片机, 其抗干扰能力强、功耗低。汇集节点DTU (Data Transfer unit, 即数据传输单元) 是专门用于串口数据与IP数据相互转换, 并接收发送数据的无线终端设备, 系其内置工业级GPRS/CDMA无线模块, 支持UDP和TCP协议。

2.3 Zig Bee模块设计

Zig Bee模块中无线传输模块的硬件连线图如图六所示。

本系统设计的模块并不是针对专门数据采集而设计的, 是可以通过改变传感器就能改变采集的数据, 而且在现有节点的基础上可以扩展其他的节点、采集其他的数据。

2.3.1 Zig Bee方案选择

IEEE 802.15.4定义了2.4GHz和868/915MHz两个物理层标准。2.4GHz是世界免费的ISM频段;由于频段使用需要申请, 868/915MHz在中国不能使用。因此Zig Bee组网在中国只能使用2.4GHz。

2.3.2 Zig Bee的硬件选择

NRF905芯片如图七所示。

NRF905芯片基本特性:兼具收发两个功能。433/868/915工作频段, 其中433MHZ开放ISM频段可免许使用;最高发射速率50KBPS, 在10dbm的发射功率下, 使用外置鞭状天线, 可使有效传输距离达到300米左右;抗干扰能力强, 绕障碍物穿透能力强;170个频道, 可实现多点网络通讯, 并根据TD-MA-CDMA-FDMA原理, 实现无线网络通讯;数据传输稳定性高、功耗低。

NRF2401A芯片如图八所示。

NRF24L01芯片如图九所示。

CC1100芯片如图十所示。

由于本系统具有图像传输功能, 要求传输的字节数比较大, 而HSD-1M模块可一次传输无数个字节的数据包, 能够满足需求。

HSD-1M芯片如图十一所示。

2.3.3 Zig Bee模块原理图设计

Zig Bee模块的原理图如图十二所示。

Zig Bee模块中用到的模数转换电路如图十三所示。

模数转换包括采样、保持、量化和编码四个过程。

2.4 网络协调器外围电路设计

2.4.1 网络协调器的电源

若直接用市电供电, 可通过工业电源将市电降压至12V左右。

若采用太阳能供电, 需要太阳能电池板电路, 其系统结构如图十四所示。

2.4.2 复位电路

复位电路的设计原理图如图十五所示。

手动按钮复位需要手动在复位输入端RST上加入一个高电平。当手动按下按钮时, Vcc的+5V电平会加到RST端, 人的动作再快也会使按钮保持接通数十毫秒, 因此满足复位的时间要求[4,5]。

2.4.3 串口电路设计

串口电路的设计原理图如图十六所示。

MAX232芯片是美信公司为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片, 集成度较高, 故选择它来支持Zig Bee模块同PC机的通信。

2.5 水质监测模块的设计

2.5.1 传感器的选择

本监测系统选择使用的传感器有翻斗式雨量传感器、AM2301温湿度传感器、PH和ORP传感器、电导率传感器、溶解氧传感器。

2.5.2 水质参数传感器的测量电路设计

PH值、电导率、ORP、溶氧量等水质参数的传感器传感器转换电路如图十七所示。

本系统中由于传感器探头采集的都是模拟数据量, 不便于传输处理和识别, 所以通过该电路将采集到的模拟量转换易于识别、传输、处理更稳定的数字量[6]。

2.5.3 温度传感器的测量电路设计

本系统采用了DS18B20数字温度传感器, 该产品采用美国DALLAS公司生产的可组网数字温度传感器芯片封装而成, 耐磨耐碰, 体积小, 使用方便, 封装形式多样, 适用于空间狭小的应用场合。

温度传感器测量电路如图十八所示。

2.5.4 水质监测模块的电源设计

电源转换芯片采用LM2576。水环境参数检测模块的电源设计原理图如图十九所示。

可通过太阳能和市电供电。此电源是宽电压输入, 输入电压范围为8V~24V。

3 系统硬件编程

3.1 Zig Bee无线软件开发平台

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。

Keil开发平台界面如图二十所示。

3.2 网络协调器节点程序

网络协调器流程如图二十一所示。

3.3 路由传感器节点程序

路由传感器流程如图二十二所示。

3.4 温湿度传感器节点程序

温湿度传感器节点流程如图二十三所示。

3.5 雨量传感器节点程序

雨量传感器节点流程如图二十四所示。

4 系统测试

本水质自动监测系统选择对南昌市青山湖的水体水质进行实时在线监测, 整个软、硬件系统通过实地相关功能测试和检验。测试结果表明, 整个系统能够在恶劣的环境下稳定工作, 提升了水质监测的可靠性和水质预报预警的及时性, 扩大了可监测的水体区域, 大大降低了监测系统的建设成本, 能够满足水质多参数监测的实际应用需要, 具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]张燕萍.水资源和水污染分析及应对之策[J].大众商务 (下半月) , 2009, (12) :297.

[2]苗立伟.基于ARM的智能家居控制系统[J].科技资讯, 2013, (05) :32.

[3]谢智英, 唐军.无线传感器网络在空调系统节能中的应用[J].贵州科学, 2009, 27 (03) :76-78.

[4]路博.光伏系统中的高精度太阳跟踪方法研究[D].新乡:河南师范大学, 2012.

[5]黄景早.真空微电子加速度传感器信号处理电路的研究[D].重庆:重庆大学, 2006.

河北省环境自动监测网络支持系统的研究与应用 篇5

关键词：肉牛舍,自动控制,冬季,保温,通风

在生长最适宜环境温度、湿度内,家畜对饲料的利用率和生产力水平最高,抗病力也较强［1］。在寒冷条件下,肉牛的生产性能主要取决于肉牛日龄、畜舍保温隔热性能和低温持续时间［2］。在低温条件下,肉牛采食量增加,消化率下降,饲料转化率降低［3 － 4］。此外,高湿会降低肉牛被毛和皮肤的隔热性能,显著增加非蒸发散热量,降低体感温度,增加呼吸道疾病患病率［4 － 5］。在家畜生产中,常用的空气除湿方式有通风除湿、升温除湿、冷却除湿和吸湿剂除湿等［6］。考虑到除湿经济成本和肉牛耐寒怕热的生理特性［7］,宜采取科学组织通风换气的方式,适当降低舍内温度、排除舍内水气［8］。因此,冬季肉牛舍环境控制的关键在于寻找一个通风与保温的平衡点。

基于单片机的环境控制系统性价比高,控制力强,功耗低［9］,炎热季节采用单片机温度控制系统能降低肉牛发病率,缓解热应激,提高经济效益［10 － 11］。而寒冷季节采用自动控制系统除湿保温在肉牛生产中的应用研究较少。据此,为了满足冬季合理通风除湿和适当保温的环境控制要求,需设计经济实用的基于单片机的卷帘机自动控制系统。

1 材料与方法

1. 1 试验基本情况介绍

试验时间为2014 年1—2 月份,试验地点为国家肉牛产业体系江西高安综合实验站( 位于江西省高安市村前乡山下江头村,28. 27°N,115. 14°E) 。2 栋试验牛舍并排排列,皆为东西走向,均采用单走道双列布置,栓系饲养,饲养品种为锦江黄牛。牛舍总长为54 000 mm,跨度为12 000 mm,柱顶高为4 200 mm,双坡钢屋架无吊顶彩钢板屋面; 处理舍内南北墙通常设置高为2 500 mm的窗洞,洞口底高为1 500 mm,预留卷帘安装位置。对照舍内南北墙通长设置高为2 300 mm的窗洞,洞口底高为1 700 mm,冬季用帆布遮盖。处理舍和对照舍剖面示意图见图1。

注:数据单位为mm。处理舍墙高a为1 500 mm,洞口高b为2 500 mm;对照舍墙高a为1 700 mm,洞口高b为2 300 mm。

1. 2 卷帘机自动控制系统设计

卷帘机自动控制系统采用单片机控制器,分为自动控制和手动控制两种方式。自动控制采用温度控制启动,延时卷放帘布,并且启闭临界温度和延时时间可由操作人员自行设定。当达到控制器温度设定临界值后,延时继电器接通,卷帘机开始运行,进行卷放帘布工作。当帘布到达指定位置时,控制器电源关闭,延时继电器断开,卷帘机停止转动。手动控制方式确保在自动控制方式失效时,卷帘机正常工作。

卷帘机自动控制系统设计为双重保护方式。系统设有限位开关,一旦出现异常状态,卷帘机到达限界位置后,触发限位开关闭合,反馈关闭卷帘机电源,卷帘机停止转动。此外,电流过流保护装置确保卷帘机工作电流异常下及时切断卷帘电源。卷帘机自动控制系统工作原理见图2。限位开关和电流过流保护装置杜绝了卷帘机反卷和卷帘电机不正常运行致电机过载、烧坏等现象的发生,保障了设备和人畜的安全。

牛的适宜生长温度为5 ~ 15 ℃。由于卷帘放下时,畜舍保温效果增加,在实际环境测量中发现可增加2. 5 ℃,控制器的最小温差间隔应大于0. 3 ℃。据此,控制器设定为: 当舍内温度低于5. 0 ℃时,卷帘放下; 当舍内温度高于7. 8 ℃时,卷帘卷起; 延时继电器延迟时间设置为3 s。

处理舍内南北墙通长高窗洞安装涤纶丝材质卷帘,宽为3 100 mm,长为54 000 mm。自动控制器型号为Farm Hand CCU111( 蒙特公司) ,装于试验舍西侧山墙内墙面,底标高为1 500 mm。2 个温度传感器置于舍内饲喂走道纵长轴中线处的三等分点,距地面2 000 mm。

1. 3 测定项目

环境参数的测定指标为温度、湿度、照度、风速、NH3和CO2质量浓度,分别采用温湿度自动记录仪( 型号为Apresys179 - TH,艾普瑞精密光电有限公司生产,温度测量精度为 ± 0. 3 ℃,湿度测量精度为 ±3% ) 、热敏式风速仪[型号为MODEL6004,沈阳加野科学仪器有限公司生产,精度为 ± ( 5% + 0. 1) m/s]、数位照度计( 型号为TES - 1330A,泰仕电子工业股份有限公司生产,精度为 ± 3% rdg ± 0. 5% f. s) 、CO2检测仪( 型号为TES - 1370,泰仕电子工业股份有限公司生产,精度为 ± 3% ) 和NH3检测仪( 型号为Js A8,深圳市吉顺安科技有限公司生产,精度为 ±3% ) 进行测定。测试点平面布置方式见图3。照度、风速、NH3和CO2浓度测定时间为1 月11—17 日,每天8: 00、14: 00、20: 00。温度、湿度采用温湿度自动记录仪器测定,测量时间为1 月9 日—2 月9 日,时间间隔均为5 min。

1. 4 数据统计

试验所得数据均以“平均值 ± 标准差”表示,采用SPSS20. 0 统计软件进行分析。

2 结果与分析

2. 1 卷帘自动控制系统运行情况

试验期间,处理舍与舍外温度升降趋势一致,处理舍日间温度未出现摆动变化情况,说明卷帘机能根据温度控制要求实现自动启闭。处理舍内日间最高温度值均大于8. 3 ℃,而卷帘开启临界温度为7. 8 ℃,说明试验期间处理舍未出现卷帘全天关闭情况。

注: 数据单位为 mm。■为温度、湿度测点; ▲ 为照度、风速、NH3、CO2浓度测定点。

2. 2 自动控制系统对环境指标的影响

2. 2. 1 舍内外温、湿度变化( 见图4 )试验期间试验舍和对照舍日平均温度分别为( 10. 1 ± 2. 7) ℃ 和( 10. 5 ± 3. 0) ℃( P < 0. 01) ,日平均湿度分别为( 76 ±10) % 和( 78 ± 9) % ( P < 0. 01 ) 。牛的生长育肥温度以10 ℃左右最佳［12］。空气湿度在55% ~ 85% 之间,对牛体的直接影响不太显著。牛舍内空气湿度不宜超过85%［13］。

其中,处理舍日间最低温度低于5 ℃ 有18 d,处理舍卷帘处于自动启闭状态。处理舍和对照舍平均日间温度低于5 ℃ 的持续时间分别为5 h和9 h,平均日间湿度超过85% 的持续时间分别为1 h和4 h。经统计学分析可知: 在8: 00—20: 00,处理舍平均温度比对照舍低0. 2 ℃( P < 0. 05) ,平均湿度比对照舍低4. 2% ( P < 0. 01) ; 晚20: 00 至次日8: 00,处理舍平均温度比对照舍高1. 4 ℃( P < 0. 01) ,平均湿度比对照舍低0. 6% ( P < 0. 01) 。见图4a、4b。

处理舍日间最低温度不低于5 ℃有12 d,处理舍卷帘保持全天开启状态。经统计学分析可知: 处理舍温度全天低于对照舍,日平均温度比对照舍低1 ℃( P < 0. 01) ; 处理舍湿度全天低于对照舍,日平均湿度比对照舍低1. 8% ( P < 0. 01) 。平均日间湿度超过85% 持续时间分别为8 h和10 h。见图4c、4d。

经统计学分析可知: 在卷帘自动启闭状态下,处理舍和对照舍平均内外温差比对照舍分别高( 3. 6 ±1. 8) ℃ 和( 3. 0 ± 1. 2) ℃ ( P < 0. 01 ) 。其中,0: 00—8: 00,处理舍内外温差比对照舍高2. 0 ℃ ,8: 00—24: 00处理舍内外温差比对照舍低0. 1 ℃ 。CIGR推荐冬季肉牛舍内外温差应在3 ~ 5 ℃之间。处理舍和对照舍内外温差均在8: 00 达到高峰,在16: 00 迅速上升,处理舍内外温差上升速度低于对照舍,这表明卷帘的启闭对处理舍日间内外温差变化影响很大。由于试验期间喂料的时间为7: 30 和16: 30,肉牛由于采食产生的体增热促使舍内温度上升,增大舍内外温差。见图5。

2. 2. 2 其他环境指标牛舍及舍外的其他环境指标( 包括风速、照度、NH3和CO2浓度) 见表1 和表2,均在卷帘自动启闭状态下测定。

注:处理舍日间最低温度小于5℃。

注: 同项同行数据肩标小写字母不同表示差异显著( P < 0. 05) ,大写字母不同表示差异极显著( P < 0. 01) ,含有相同字母表示差异不显著( P > 0. 05) 。

mg·m- 3

注: 同项同行数据肩标小写字母不同表示差异显著( P < 0. 05) ,大写字母不同表示差异极显著( P < 0. 01) ,含有相同字母表示差异不显著( P > 0. 05) 。

处理舍、对照舍和舍外日平均风速分别为( 0. 18 ± 0. 04) m/s、( 0. 16 ± 0. 02) m/s和( 0. 30 ±0. 14) m / s,两栋牛舍之间差异不显著,均符合NY /T388—1999 规定的不超过0. 3 m / s［14］,说明卷帘开启对处理舍内风速造成的影响不大。

NY / T388—1999 规定牛舍内日平均照度不低于50 lx［14］,舍内日平均照度为( 1 260 ± 968 ) lx和( 136 ±70) lx,两者之间差异极显著。因为处理舍卷帘的透光性优于对照舍的帆布,并且处理舍卷帘8: 00—20: 00 基本处于开启状态,阳光直射舍内。

处理舍日平均CO2浓度比对照舍低298 mg /m3( P < 0. 01) ,处理舍内日平均NH3浓度比对照舍低0. 64 mg / m3( P < 0. 05) 。NY/T388—1999 规定CO2质量浓度上限为1 500 mg /m3,NH3质量浓度上限为20 mg / m3［14］。两栋牛舍均满足要求。由于处理舍卷帘开启增加了通风面积,有利于处理舍内有害气体的扩散。

3 讨论

3. 1 外围护结构保温隔热性能分析

在卷帘自动启闭状态下,20: 00 至次日8: 00,处理舍平均温度比对照舍高1. 4 ℃,说明在卷帘关闭状态下,处理舍外围护结构保温性能优于对照舍,其主要原因是处理舍卷帘采用了底轴金属杆压重和卷帘防风保护框处理,并且底端帘布沿高窗洞口底部向下延长0. 6 m,较大程度地防止贼风侵入舍内; 对照舍帆布采用钢钉,间隔8 m分段固定帆布,气密性很差,大风天气帆布无法完全遮盖洞口。

在卷帘保持开启状态时,处理舍日平均温度比对照舍低1. 0 ℃,但是此状态下,处理舍和对照舍日间最低温度均大于肉牛生长适宜温度下限5 ℃,日间温度均处于肉牛生长适宜范围5 ~ 15 ℃内,表明卷帘机自动控制系统在合理通风、排除舍内水气的同时也能有效控制舍内温度的降幅。

3. 2 通风换气能力分析

在卷帘自动启闭状态下,在8: 00—20: 00,处理舍平均湿度分别比对照舍低4. 2% 。处理舍CO2和NH3日平均浓度分别比对照舍低298 mg /m3和0. 64 mg / m3。在卷帘保持开启的状态下,处理舍日平均湿度比对照舍低1. 8% 。主要原因是处理舍通过打开卷帘,加快了舍内外水气交换和舍内有害气体的排放。

在冬季,改善通风换气的效果主要通过改变通风口尺寸和提高畜舍保温隔热性能。处理舍在牛适宜温度下,开启卷帘,增大了通风口面积,从而提高了通风换气量,改善畜舍内空气质量。

4 结论

1) 卷帘机自动控制系统工作正常,试验舍和对照舍日平均温度分别为( 10. 1 ± 2. 7) ℃ 和( 10. 5 ±3. 0) ℃ ,日平均湿度分别为( 76 ± 10 ) % 和( 78 ±9) % ,均处在肉牛最适生长范围内,且均呈极显著性差异。

2) 试验期间,卷帘能根据舍内实时温度控制卷帘启闭。在卷帘自动启闭状态下,处理舍日平均CO2浓度比对照舍低298 mg /m3( P < 0. 01) ,处理舍日平均NH3浓度比对照舍低0. 64 mg /m3( P < 0. 05) 。

河北省环境自动监测网络支持系统的研究与应用 篇6

1实施

1.1建立安徽肿瘤防治网,网站内容有诊治规程、肿瘤防治、学术进展及病例讨论等板块,以此专业网站为中心,作为WST教学模式的基础,发布本专业最新进展,给同学一个了解前沿知识的窗口。

1.2创建安徽肿瘤QQ群,构建交流平台,在此平台发布实时病历,疑难病历,让同学了解相关专业的专家教授对疑难病例的讨论,开拓视野,发散思维,对疾病的发生发展有更深刻的认识。

1.3开通微信群,在临床实习同学之间建立微信群,定期更新疑难病例,引导同学开展讨论,不论对错鼓励同学发言,通过同学自己的分析和思考,以及理论与实际的相结合的案例教学法,充分理解和掌握本专业知识,对肿瘤疾病的发生发展及诊断和治疗有全新的认识。

2特点

2.1既往的临床教学基本都是教师不停地讲、同学不停地记的填鸭式教育模式,以教师为中心,以知识为本位,学生处于被动的地位,学生的学习只能跟随老师的思路为学知识而学习,不能发挥学生的探索性和主动性。WST教学与案例教学相结合的方式突破了这种模式,不受时间 空间限制,具有及时 性和随机 性[1],学生在任何场地任何时间都可以参加讨论。

2.2信息化时代的到来,网络获取医学信息和相关研究的最新进展,已经成为临床医生的重要手段, WST教学模式具有新颖性和网络化,符合年轻人的兴趣,有利于提高学生的参与热情。

2.3网站的信息更新快,相关板块内容及时反映肿瘤学专业进展,QQ和微信平台参与度高,学生可以随时发言,通过案例讨论,引导学生去主动提问,发现问题,探索答案,可以更好的培养学生临床实践工作和分析解决问题的能力。

2.4安徽肿瘤QQ群是一个开放的专业群,目前人数已经达到1 600人,除了我们实习同学,还有全省和全国的肿瘤学专家在群里,其中不乏一些大家,群里交流的都是一些疑难病例,通过这些专家教授对疑难病例的讨论发言,开拓了学生的视野,对既往学习的理论知识有了更深刻的体会和理解。

3认同度

本次调查的对象为安徽医科大学临床医学专业的学生,其中本硕连读的40人,“一本”40人,“三本”25人;男61人,女44人;调查采用问卷式,就学生在我科实习期间,对微信、QQ群已及安徽肿瘤防治网的交流平台进行评价,共发出问卷105份,实际收回问卷105份,统计结果是学生对WST教学模式的认同度较高,认为可以提高临床能力,对巩固基础知识也有帮助,可以较方便地获取前沿知识,拓宽临床思路(见表1)。

4体会

4.1WST教学模式结合案例教学法,学习方式新颖,互动性强,提高了学生的参与意识和学习兴趣

网络环境支持的教学模式是充分利用网络教育资源和IT优势,将教学信息资源的主动权全部交给带教老师,通过网站建设,QQ平台及微信群建立等网络交流手段,与学生进行互动教学,具有高度的及时性和灵活性[2,3]。这种教学 模式与传 统教学模 式 (traditional teaching model,TYM)比较有其 优势的一 面。 如改变了传统单一课堂授课的教学模式,打破空间限制,具有广泛性,不受时间限制,可以在任何时间参与讨论等[4]。

4.2通过典型病例的讨论,理论联系实际有助于学生对所学知识的理解和记忆

WST教学模式打破“以教材为 中心”的传统观 念,跳出教科书和教学参考资料的限制,从医学专业网站中选择书本 上没有的,但更有助 于学生理 解和掌握的专业新知识,使课堂教学内容从“机械照搬教材”向“个性化”转化[5,6]。充分发挥带教老师的主导作用和医学生学 习的主体 作用,改变既往 教学课件 内容枯燥单一的缺点,在这样的教学模式下,理论知识点的表述更具 有吸引力,为医学生 提供一个 生动的学习环境,使其在学 习过程中 得到各种 直观生动 的信息,更容易接纳记忆[7]。另外,在教材的基础上适当加入目前相关的新进展、新技术等,医学生不仅开阔了视野,也更全面地调动了学习积极性[8]。

4.3我们网络教学模式的构建与发展

安徽医科大学第二附属医院肿瘤科多年来一直在建设和维 护一个专 业的肿瘤 学网站 “安徽肿瘤 防治网”,我们长期在此网站上进行肿瘤学相关最新进展的介绍、全国及本省肿瘤专业的最新动态、安徽省肿瘤学学会的 相关活动。此外,我们还建 立了安徽 肿瘤QQ群和实习同学微信群,在QQ群和微信群中定期开展疑难病例的互动讨论,通过这些网络手段, 有效地将WST教学模式与案例教学法相结合,应用到了临床肿瘤 学教学中。在此教学 模式的应 用中, 我们也感觉到其不 足的地方:一是网站 建设与医 学本科或硕士生教 学大纲要 求的统一 性,其二是医 学生学习自觉性与创新能力的培养。这两个难点有待我们后期教学中注意并克服。

WST教学模式是利用网络获取医学前沿信息的方法,结合案例教学法可以将一些抽象的知识具体化、 深奥的理论形象化,有效地引导学生理解掌握医学知识,提高教学效率及效果,我们希望通过这个教学模式的应用,将学生打造为基础理论知识扎实、临床技能熟练、网络交流通畅的复合型人才,为学生今后的临床学习和工作奠定良好的基础。

摘要：为提高临床肿瘤学的教学水平,作者将网络环境支持的教学模式与案例教学法相结合,应用于肿瘤学临床教学中,对2012年至2014年实习的105名本科及本硕连读学生进行回顾性问卷调查,83.8%的同学赞同这种教学模式,89.5%的同学认为对自己有帮助。网络环境支持的教学模式与案例教学法相结合的教学方式,提高了学生的学习兴趣,拓展了视野,通过一些案例的讨论,理论联系实际,有助于学生掌握肿瘤教学中难点,提升临床教学水平。

河北省环境自动监测网络支持系统的研究与应用 篇7

无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)是由部署在监测区域内的大量的带有传感器的无线节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织的网络系统。其作用是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观测者。

目前,温室生产中广泛存在数量大、分布广的电子检测装置和执行机构,由此造成温室内线缆纵横交错。而且,当作物更替时,相应装置和机构位置常常需要调整,连接各个装置与机构的线缆有时也需要重新布置。这不仅增加了温室的投资成本和安装维护的难度,有时也影响作物生长。为了科学、合理地实现温室环境参数的自动检测,本研究将一种新型低成本、短距离的无线网络传输技术引入到温室监测系统中,建立温室无线传感器网络监测系统。该监测系统由监控中心、网络协调器和若干终端传感器节点组成的分布式网络实现,可以实现对温室各参数快速、准确的监测。该系统对提高温室监测系统的可维护性、温室的空间利用率和单位面积产出率具有重大的应用价值。

2 Zigbee技术简介

ZigBee技术是一种近年来才兴起的短距离无线网络通信技术,它具有以下的特点:

(1)设备省电,ZigBee技术采用了多种节电的工作模式,可以确保两节五号电池支持长达6个月到两年左右的使用时间。

(2)通信可靠,ZigBee采用了CSMA-CA的碰撞避免机制,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时的竞争和冲突;MAC层采用了完全确认的数据传输机制,每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。

(3)网络的自组织、自愈能力强,ZigBee的自组织功能,无需人工干预,网络节点能够感知其他节点的存在,并确定连接关系,组成结构化的网络;ZigBee自愈功能:增加或者删除一个节点,节点位置发生变动,节点发生故障等等,网络都能够自我修复,并对网络拓扑结构进行相应的调整,无需人工干预,保证整个系统仍然能正常工作。

(4)成本低廉设备的复杂程度低,且ZigBee协议是免专利费的,这些可以有效地降低设备成本,ZigBee的工作频段灵活,为免执照频段的2.4GHz,就是没有使用费的无限通信。

(5)网络容量大,一个ZigBee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备,一个区域内可以同时存在200多个ZigBee网络。

(6)数据安全,ZigBee提供了数据完整性和鉴权功能,加密算法采用AES-128,同时各个应用可以灵活确定其安全属性[1]。

3 系统总体方案

整个网络由监控中心和ZigBee网络组成。这是一个层次型网络结构,最底部为传感器终端节点,向上依次是zigbee主节点(协调器)和监控中心。监控中心为一台计算机,用来显示环境监测的数据,对网络发送命令。ZigBee网络负责环境数据的采集,它由ZigBee主节点和ZigBee终端节点组成。在每个网络中必须要有一个ZigBee协调器,负责发起网络并对其管理和维护,包括对新加入的设备分配网络地址,节点的加入和离开,网络的安全密钥的分发更新等。为避免节点加入任意组网,造成网络节点的功耗分布不均,本应用中,网络内部分为若干个小的星形网络,每个星形网络定义为一个组。星形网络的中心节点通过将终端设备上传的信息整合处理,再将数据发送给ZigBee主节点。ZigBee网络与监控中心连接的方式有两种,通常可将协调器与监控中心通过串口直接连接。当不便于监控中心长期在现场使用时,可使用GPRS将数据发送至连接有GPRS接收装置的监控中心。

监控中心需监控传感器节点的工作状态及健康情况,显示所有数据的源地址、传感器采集的数据及数据的变化趋势,并据此调整节点的工作任务。节点的健康状况包括剩余能量、传感器、通信部件的工作情况等。通过监控传感器状态,可及时调整传感器节点的工作周期,重新分配任务,从而避免节点过早失效延长整个网络的生命期。目前主要通过节点的工作电压判断节点的剩余能量信息。若电压值过低,该节点读取传感器数据的可靠性也降低,因此需延长电压过低节点的休眠时间并减少采样频率。

温室环境监测网络结构图如图1所示。

4 硬件设计

4.1 终端节点模块

终端设备节点应具有小尺寸、低功耗、适用性强的特点,主要完成对环境的温湿度、光强度等参数的采集、处理和发送。无线传感器节点一般由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块组成,节点的硬件结构图如图2所示。处理器模块和无线通信模块采用CC2430芯片,电源部分采用两节五号电池,传感器模块采用温湿度传感器、光敏电阻。其中光敏电阻输出模拟信号,经过MCU12位ADC变换后输入到MCU,温湿度传感器采集的数字信号输出通过I/O口输入到MCU,再将信号经过扩频O-QPSK调制到载波后通过发射器从天线发送给主节点。

CC2430是TI公司推出的2.4GHz IEEE802.15.4/zigbeeTM的片上系统解决方案。CC2430芯片集成了zigbee射频前端、内存和微控制器。它包含一个8位的8051MCU,拥有32/64/128k的可编程Flash和8k的RAM,还包含ADC、定时器、AES-128安全协同处理器、看门狗定时器、上电复位电路、掉电检测电路、32KHz晶体休眠模式定时器和21个可编程I/O引脚,P0、P1口是完全的8位口、P2口只有5个可用的位,通过软件设定一组SFR寄存器的位和字节可使这些引脚作为通用的I/O口或作为连接ADC、计时器或USART部件的外围I/O口使用[2,3]。

4.2 主节点模块

主节点硬件设计电路框图如图3所示。

微处理器为Cygnal公司推出的C8051F系列单片机。其中C8051F31X系列是完全集成的混合信号系统级芯片,具有与8051指令集完全兼容的CIP-51内核,它在单片机内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其他功能部件。这些外设或功能部件包括:ADC、可编程增益放大器、DAC、DAC、电压比较器、电压基准、温度传感器、SMBus/I2C、UART、SPI、定时器、PCA、内部振荡器、看门狗定时器及电源监视器等。这些外设部件的高集成度为设计小体积、低功耗、高可靠性、高性能的单片机应用系统提供了很大的方便,同时也可以使整体系统成本大大降低[4,5,6]。

由于协调器一直处于接收/发送状态,因此它采用外部电源供电。硬件设计上增加了LCD显示屏和JTAG接口,可方便数据的查看和与电脑通信。另外增加的Internet网络接口,便于远程监控。

5 软件设计

协调器发起网络后,传感器节点加入网络并绑定协调器。通过按键选择要加入的组。默认情况设定温湿度、亮度为每30s采集并发送一次,电池电压为每60s采集发送一次。数据最终都发送到协调器,再由协调器上传至监控中心。监控中心也可以对网络的监控情况发送命令,终端设备在每次休眠状态醒来之后,都会向上查询是否有消息或命令,若有,立刻执行。例如监控中心发出停止采集温度数据命令,所有终端设备在醒来之后都会收到协调器转发的命令,之后就停止温度数据的采集。

对于终端设备,硬件系统加电后,执行主调度函数,主调度函数首先复位所有组件,启动系统状态检测函数并调入初始化模块对MCU、外围设备等进行初始化,之后进入任务循环。任务包括硬件接口、网络层、应用接入服务、用户自定义任务等。其中用户自定义任务流程如图4。

没事件发生时,系统处于睡眠状态,当有事件产生时,系统处于工作状态,并对响应事件进行处理,处理后,系统将继续睡眠。例如定时器事件是为了让系统定时对环境进行传感器采样而定义的。系统在接收到定时事件时,会检测目前的定时器事件状态字,如果定时器时间已到,定时器事件控制状态字置位。若没有置位立刻回到睡眠状态。采集的数据种类可控制状态字定义,目前定义的有:温度、湿度、光强度和电池电压。例如置位后,控制字为亮度,系统将对两队采集数据,经ADC转换,将数据发送出去。

终端设备也会收到主节点发过来的消息(通常为控制命令),例如开始/停止采集数据、设定采集时间等。

按键事件主要是对节点网络以及功能进行配置,如加入网络、地址绑定、选择采集的数据、以及选择加密功能等。

6 结束语

本文实现了一种基于ZigBee的无线传感器网络的温室环境监测系统,经过理论分析和实验证实,该系统能够高效地采集温室环境参数,包括温度、湿度、光强度,并且具有自适应性强,保密性好,可靠性高的特点,在复杂温室环境监测的应用场合有着非常大的实用价值。

摘要：温室环境监测采用基于Zigbee技术的无线传感器网络有着明显的优势。Zigbee网络容量大、功耗低、易于扩充并且支持自组织组网。本文设计了一种基于zigbee的温室环境监测系统,简述了zigbee的特点及温室环境监测系统的特点,包括网络协调器节点和传感器节点的硬件和软件设计。该设计可构架一个较大范围的无线传感器网络,对温室环境进行实时监控。

关键词：无线传感器网络,Zigbee,温室,环境监测

参考文献

[1]ZigBee Allianance,ZigBee Specification[Z].2004.

[2]Chipcon AS,CC2430 Preliminary Data Sheet[Z].2006.

[3]Texas Instruments,Z-Stack User’s Guide-CC2430DB[Z].2005.

[4]Cygnal Integrated Products,Inc.C8051F单片机应用解析[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

[5]李文仲,段朝玉等.C8051F系列单片机与短距离无线数据通信[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.