徐暢　衛(wèi)云龍

摘要：隨著國內(nèi)空氣質(zhì)量的惡化、霧霾的頻繁發(fā)生，分析霧霾產(chǎn)生的原因并加強對廢氣排放企業(yè)的監(jiān)管已經(jīng)成為環(huán)境保護部門的重要任務(wù)。文章針對引起霧霾的首要因素，研究了廢氣中懸浮顆粒物的排放監(jiān)測技術(shù)；通過引入基于BDS的嵌入式檢測系統(tǒng)，對工廠廢氣懸浮顆粒物含量進行監(jiān)測，并采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性。

關(guān)鍵詞：BDS；北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；霧霾；廢氣處理；廢氣監(jiān)測；PM2.5 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP216 文章編號：1009-2374（2016）03-0083-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.03.042

1 研究背景

2013年1月，我國30多個省遭受了霧霾的籠罩，在北京，僅有5天不是霧霾天。在中國最大的500個城市中，只有不到1%的城市空氣質(zhì)量滿足世界衛(wèi)生組織的標準。霧霾可以引發(fā)大量的呼吸系統(tǒng)疾病，嚴重危害我國國民的健康，并成為阻礙國家全面發(fā)展的重要隱患。為了解決目前工廠廢氣監(jiān)管中存在的問題，系統(tǒng)引入了國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)（BDS），實現(xiàn)了對監(jiān)控設(shè)備位置信息的實時管控，有效地避免了設(shè)備受到損壞和移動，加強了對工廠廢氣監(jiān)測管控的力度。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

基于BDS的廢氣處理與監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計主要由BDS衛(wèi)星定位模塊、微型控制單元（MCU）、無線通信WIFI模塊和懸浮顆粒物傳感器模塊組成。系統(tǒng)被固定安裝在工廠廢氣排放煙囪處，系統(tǒng)每間隔一段時間，如5分鐘，就啟動懸浮顆粒物傳感器并讀數(shù)，同時啟動BDS衛(wèi)星定位模塊，對系統(tǒng)所在經(jīng)緯度與海拔高度進行檢測。系統(tǒng)利用WIFI模塊連接現(xiàn)有公共網(wǎng)絡(luò)，將系統(tǒng)編號、經(jīng)緯度、海拔高度與廢氣懸浮顆粒物含量信息打包發(fā)送至位于環(huán)保部門的計算機終端。當(dāng)廢氣懸浮顆粒物含量超標時，計算機終端控制人員即可報告環(huán)保部門，對工廠實施處理；當(dāng)系統(tǒng)所在經(jīng)緯度、海拔高度發(fā)生較大偏差時，計算機終端控制人員即可報告環(huán)保部門，對本監(jiān)測系統(tǒng)的安裝進行檢查。從而實現(xiàn)對工廠廢氣排放真實實時數(shù)據(jù)的有力監(jiān)管?；贐DS的廢氣處理與監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)如圖1所示：

2.1 BDS衛(wèi)星定位模塊

基于BDS的廢氣處理與監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計采用的BDS衛(wèi)星定位模塊為UM220-III模塊，采用2.7～3.3V的廣泛電壓供電，功耗典型值僅為120MW，體積小，方便安裝。BDS首次定位時間冷啟動情況下32s，熱啟動為1s，重捕獲小于1s；速度精度為0.2m/s，1，定位精度為2.5m，靈敏度達到跟蹤-160dBm，捕獲-145dBm。UM220-III BDS衛(wèi)星定位模塊如圖2所示。

2.2 懸浮顆粒物檢測模塊

基于BDS的廢氣處理與監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計采用的懸浮顆粒物檢測模塊為夏普公司生產(chǎn)的GP2Y1050AU0F型灰塵傳感器，該傳感器主要由工作室、發(fā)光二極管和光接收元件組成，利用檢測懸浮顆粒物散射光線強度檢驗懸浮顆粒物濃度。其原理如圖3所示：

2.3 WIFI模塊

基于BDS的廢氣處理與監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計采用的WIFI模塊為ESP8266串口WIFI模塊，該模塊體積小巧、功耗低，采用串口與MCU通訊。ESP8266串口WIFI模塊如圖4所示。

經(jīng)過上述各個模塊功能的分析與集成，基于BDS的廢氣處理設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)整體硬件設(shè)計如圖5所示：

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

基于BDS的廢氣處理與監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計工作時，首先使用灰塵傳感器對環(huán)境氣體懸浮顆粒物濃度進行檢測，得到數(shù)據(jù)后利用BDS模塊對系統(tǒng)所在位置經(jīng)緯度和海拔進行檢測，并與存儲的上一時刻經(jīng)緯度和海拔進行對比，如果差距較大，會發(fā)送警報信息。完成懸浮顆粒物濃度與位置檢測之后，系統(tǒng)將濃度信息與位置信息以及可能的警報信息利用WIFI模塊通過共用網(wǎng)絡(luò)傳送至位于環(huán)保部門的監(jiān)測中心，實現(xiàn)對工廠廢氣排放的實時監(jiān)測。軟件工作的流程如圖6所示：

BDS北斗衛(wèi)星定位模塊開發(fā)時可利用CDT等軟件進行調(diào)試，調(diào)試界面如圖7所示：

4 總結(jié)與展望

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)，政府和國民都開始思考如何更好地保護我們的生態(tài)環(huán)境。同時，霧霾的屢屢發(fā)生也為人們敲響了生態(tài)保護的警鐘。BDS北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)建立了實時的強制的工廠廢氣排放實時監(jiān)測系統(tǒng)，為環(huán)保部門強制監(jiān)管空氣質(zhì)量提供了新的方法與有效手段。該系統(tǒng)可靠性強，性價比突出，能實時監(jiān)測工廠廢氣排放情況，尤其是BDS定位系統(tǒng)使其具有防止人為破壞和移動的能力?；贐DS的廢氣處理與監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計不僅實用，而且具有很高的經(jīng)濟效益和社會效益。未來的工作將對系統(tǒng)進行完善，增加SOX和NOX等主要氣體污染物的檢測，進一步推動系統(tǒng)的實際應(yīng)用。

參考文獻

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作者簡介：徐暢（1994-），男，北京人，北京理工大學(xué)學(xué)生，研究方向：智能控制及檢測；衛(wèi)云龍（1993-），男，北京人，北京理工大學(xué)學(xué)生，研究方向：智能控制及檢測。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）