基于ZigBee无线传输协议的粉尘浓度在线监测系统设计
摘要
随着城市建设规模的不断扩大，经济的不断发展，粉尘污染问题日渐加重，全国各大城市雾霾天气频繁出现，空气质量问题已引起国家高度重视，粉尘治理问题刻不容缓。粉尘对人类的生产生活有着至关重要的影响，是保持地球温度的主要因素之一。但是粉尘是施工现场的主要污染物，而且也是目前城市的主要污染源。与粉尘有关的相关行业例如煤矿,铝粉厂，面粉厂等。这类工作环境常常是在受限空间内进行，特别是在粉尘浓度超标的情况，又得不到及时治理时，严重威胁着人们的身体健康；另一方面，粉尘浓度超标对大气层，对城市污染也是极大。
目前，国家环保部和煤矿安全监察局对粉尘危害非常重视，对作业场所的粉尘排放浓度制订了相关标准，严格控制粉尘浓度，以减少粉尘危害。因此，推出一种基于ZigBee无线传输协议的在线监测系统，它能够及时有效地对作业场所的粉尘浓度进行监测，能更好地掌握粉尘浓度状况，进行有效的除尘和降尘，对确保人身安全和提高环境质量发挥着极其重要的作用。
本文在基于目前的现状上，提出了采用GCD1000传感器测粉尘浓度，并结合无线传感器网络的优势，实现了一种基于ZigBee无线传输协议用于检测粉尘浓度的无线传感器网络方案，本文分析软硬件需求，选型，最终完善出一套可以运用在各个施工场地的在线监测系统，该系统可以实现在线实时监控，超出安全值，声光报警。
关键词：粉尘污染；GCD1000粉尘浓度传感器；ZigBee；在线监测系统
目 录
摘要 3
第一章 绪 论 5
1.1 研究背景 5
1.2 研究意义 5
1.3 研究内容 6
第二章 系统总体方案设计 8
2.1 系统结构 8
2.2 工作流程 9
2.3 系统的功能特点 9
第三章 系统硬件设计 10
3.1 粉尘浓度传感器 10
3.2 数据转换装置 12
3.3 ZigBee模块 13
3.4 声光报警装置 14
第四章 系统软件设计 15
4.1 系统软件功能模块 15
4.2 界面设计 16
第五章 总结与展望 19
5.1 总结 19
5.2 展望 19
参考文献 20
致 谢 21
第一章 绪论
1.1 研究背景
粉尘指悬浮在空气中的固体微粒，是保持地球温度的主要因素之一，大气中过多或过少的粉尘都将对环境产生灾难性的影响。但在生活和工作中，生产性粉尘是人类健康的天敌，是诱发多种疾病的主要原因之一，特别是煤矿粉尘，一方面严重危害工人的身体健康，致使工人患尘肺病；另一方面粉尘浓度排放超标对大气层，对城市污染也是极大。除此之外，粉尘浓度超高还潜伏着爆炸的危险，每年因为粉尘灾害而造成的人员伤亡数量极大，也给国家造成了巨大的经济损失。
目前，世界各国对粉尘浓度的危害非常重视，并对粉尘测量技术都做了大量研究，研制了一系列粉尘监测仪器，如粉尘采样器、直读式测尘仪、粉尘浓度传感器等。特别是粉尘浓度传感器的出现，解决了粉尘采样器、直读式测尘仪不能实时监测作业场所粉尘浓度的问题。因此，推出一种基于ZigBee无线传输协议的在线监测系统，它能够及时有效地对作业场所的粉尘浓度进行监测，能更好地掌握粉尘浓度状况，进行有效的除尘和降尘，对确保人身安全和提高环境质量发挥着极其重要的作用。
相比有线成本高，维修设备复杂，不方便出行。我们选择无线通讯技术，ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，通讯速度最高250Kbit/s，最低20Kbit/s，传输距离在10-75M之间，ZigBee的安全性是公认的比较好的，采用AES-128加密方式，另外，ZigBee网络的自组织网和自愈能力强。
参考文献
[1] 黄成玉，赵立永，张全柱，李学哲.煤矿粉尘浓度传感器及检测系统的研究[J]. 煤矿安全，2011(05）
[2] 高昊.基于光散射原理的矿用激光粉尘浓度传感器[J]. 煤矿安全，2016(03)
[3] 王自亮.粉尘浓度传感器的研制和应用[J]. 工业安全与环保，2006(04)
[4] 刘涛，张健，郭胜均.粉尘浓度在线监测及降尘装置研制[J]. 煤矿机械，2015(10)
[5] 黄成玉，张全柱，邓永红，李学哲.新型煤矿粉尘浓度监测系统的设计[J]. 矿业研究与开发，2011(01)
[6] 唐娟.粉尘浓度在线监测技术的现状及发展趋势[J]. 矿业安全与环保，2009(05)
[7] 杨昆，吴东旭.矿井粉尘浓度在线监测技术[J]. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2012(06)
[8] 田冬梅,蒋仲安,姚建,牛伟.中外粉尘监测技术的比较[J]. 金属矿山，2008(07)
[9]赵栋.公共建筑施工沉积粉尘污染检测研究[D]. 中北大学,2018.
[10]王族友.高倍吸水树脂抑尘剂在公路施工中的应用研究[D].长沙理工大学,2007.
[11]李碧琴,赵维国.冶金建筑企业施工现场的粉尘危害及其防治[J]. 工业安全与防尘,1993(12):13+21.
[12]赵栋.公共建筑施工沉积粉尘污染检测研究[D].中北大学,2018.
[13]王族友.高倍吸水树脂抑尘剂在公路施工中的应用研究[D].长沙理工大学,2007.
[14]李碧琴,赵维国.冶金建筑企业施工现场的粉尘危害及其防治[J]. 工业安全与防尘,1993(12):13+21.
[15]田冬梅,蒋仲安,姚建,牛伟.中外粉尘监测技术的比较[J]. 金属矿山,2008(07):116-119.
[16]唐娟.粉尘浓度在线监测技术的现状及发展趋势[J]. 矿业安全与环保,2009,36(05):69-71+74.
[17]李卫东,王连富,刘道文,隋金君.我国煤炭行业粉尘浓度监测技术的现状及发展趋势[J]. 矿业安全与环保,2005(S1):66-67+125.
