基于ZigBee的大气环境监测系统设计与推广应用

行业领域

水利、环境和公共设施管理业,环境监测

需求背景

随着人类社会的迅猛发展，城市人口的不断增加，工业生产规模的急剧扩张和机动车辆的快速增加，空气污染问题变得越发严重。截止目前为止，全世界有十几亿城市居民所处的大气环境存在不同程度的污染，这种大气环境能不同程度的诱发多种呼吸道甚至其他疾病，对居民的身体健康造成了严重的威胁。由于空气具有很强的的流动性，且各地工厂为了将废气排到更远处，避免本地污染，采用高烟囱、远排放的方式，使空气污染影响范围扩大，而对于污染空气的流动很难控制，导致全球都处在空气污染的威胁下。从1976年我国进行改革开放以来，在各种招商引资的背景下，大量资金涌入国内市场。我国工业化迅猛发展，人民生活水平不断提高，在工业化的背后，伴随而来的大气污染问题也愈发严重。在2013年全国很多地方都不同程度的遭受到了雾霾天气，尤其北京上海等重工业和人口集中之地最为严重。北京不惜花费5亿人民币建立雾霾研究室，国家对大气污染问题的重视程度也越来越高，在这种情况下针对大气环境污染问题的监测应运而生，各种监测手段层出不穷。随着无线传感器网络技术的日渐成熟，为了满足在大气环境中遇到的各种问题，监测手段必须能够克服各种困难。由于无线传感器网络技术的优良性能，越来越多的机构和部门在大气环境监测中使用无线传感器网络技术进行监测。

我国幅员辽阔大气环境复杂多变，各地环境问题不尽相同。各级政府针对大气环境复杂多变的特点，选择体积小、容易组网、便于携带、低功耗、性能稳定，同时具有良好的安全性能的通信设备对大气环境进行监测。这对于促进大气环境监测理论和技术发展、降低设备成本、提高系统可靠性、实时获取大气情况，具有重大的理论意义和实用价值，为政府部门了解大气环境情况提供了技术支持。方便政府机关对各种产业结构作出相应调整。

需解决的主要技术难题

1.以ZigBee技术为核心与各种传感器、协调器等构成前端数据采集传输系统，基于PC机的上位机软件开发构成数据监测管理系统。

2.根据城市区域的不同如何进行节点的布置，常用的无线传感技术，最终的技术选取，上位机的研发方案，采用的何种技术，以及上位机与下位机之间通过何种技术进行数据传输。

3.大气监测系统数据采集的实现，包括传感器的选取、传感器的硬件电路设计、路由器设计、协调器的设计。

4.上位机系统设计，包括数据库构建选用的语言、数据调用的指令等。

期望实现的主要技术目标

a.研发基于ZigBee的无线传感器大气监测系统，利用GPRS技术代替网线进行数据的传输，既节约了项目成本，减少架设操作，也利于城市的美观，实现了对被测区域大气环境的实时监测。

b.分析并设计基于ZigBee网络的各种传感器各节点的硬件电路设计与软件编程，实现了ZigBee网络各节点的自由组网、并网、去网，以及传感器节点采集到的数据是如何在路由器之间传递最终汇集到协调器，最终数据通过GPRS技术传输到上网监测系统。

c.采用C#语言完成上位实时动态监测系统的开发，实现了ZigBee网络节点的有效配置与管理、采集数据的有效分析、预警与报警等功能。

需求解析

解析单位：“科创中国”综合能源产业科技服务团（中国能源研究会） 解析时间：2023-10-13

王伟兵

中国能源研究会

研究员

综合评价

"基于ZigBee的大气环境监测系统设计与推广应用"技术需求在现实意义上对社会和环境具有深远影响。大气环境监测对于保障人类健康和生态平衡至关重要。随着城市化和工业化的快速发展，大气污染成为全球关注的问题。通过基于ZigBee的大气环境监测系统的设计与推广应用，可以实时监测和评估空气质量、气象条件和污染物浓度，为政府、企业和公众提供及时的环境信息，有助于采取有效的环境保护措施，减少健康风险和生态破坏。从市场规模的角度看，大气环境监测系统市场正在不断扩大。政府、企业、研究机构和社会公众对大气环境数据的需求不断增加。监测系统的设计与推广应用可以应用于各种场景，包括城市、工业区、农村和交通网络。市场包括环境监测设备制造商、系统集成商、政府部门、环保机构和企业。随着环保法规的日益严格和人们对空气质量的关注增加，这一技术需求具有广泛的市场机会。因此，这一技术需求在现实意义和市场规模两方面都具有积极的综合评价，为创新和商业机会提供了广泛的发展潜力，同时也为改善大气环境质量和人类生活质量提供了支持。

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