滑潔，姚二偉

（1.河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北邢臺(tái)，054000；2.河北內(nèi)丘工業(yè)園區(qū)管委會(huì)，河北邢臺(tái)，054200）

1 工業(yè)園區(qū)大氣污染的特點(diǎn)

首先，具有長(zhǎng)期性、復(fù)雜性特點(diǎn)。由于工業(yè)園區(qū)內(nèi)大部分企業(yè)是連續(xù)作業(yè)的，在企業(yè)的生產(chǎn)城中所對(duì)環(huán)境中排放的廢氣具有長(zhǎng)期而持續(xù)的特點(diǎn)。

其次，大氣污染是一個(gè)不斷積累的過(guò)程。由于工業(yè)園區(qū)內(nèi)的大氣污染是在日積月累過(guò)程中所形成的，盡管環(huán)境具有一定的自?xún)裟芰?，并且?duì)企業(yè)所排放的污染物具有一定得消除能力。但是，邢臺(tái)的地理位置和氣象氣候?qū)諝鈹U(kuò)散十分不理想，因此從長(zhǎng)期來(lái)看，污染情況仍然十分嚴(yán)重。

還有，大氣污染具有擴(kuò)散性特點(diǎn)。由于空氣具有流動(dòng)性，這就導(dǎo)致企業(yè)所排放的氣體污染物質(zhì)具有擴(kuò)散性和廣布性，工業(yè)園區(qū)的大氣污染勢(shì)必會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響，給周邊生活的居民以及居民正常的生活帶來(lái)危害。

2 工業(yè)園區(qū)大氣污染的危害

眾所周知，大氣污染會(huì)對(duì)人類(lèi)及其他生物造成巨大威脅，大氣污染物質(zhì)通過(guò)呼吸作用進(jìn)入到人類(lèi)或生物的體內(nèi)，危害生物的生命安全。具體來(lái)講，

第一，工業(yè)園區(qū)的大氣污染嚴(yán)重危害人類(lèi)的身體健康。在河北省，很大一部分人群會(huì)出現(xiàn)呼吸道疾病，這主要是由于吸入了工業(yè)園區(qū)復(fù)雜成分的大氣污染物質(zhì)，嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)引發(fā)人體功能器官病變。由此可見(jiàn)，工業(yè)園區(qū)的大氣污染嚴(yán)重威脅人類(lèi)的生命安全。

第二，工業(yè)園區(qū)的大氣污染不利于植被的正常生長(zhǎng)。二氧化硫是工業(yè)園區(qū)大氣污染物質(zhì)中對(duì)植被生長(zhǎng)破壞作用最強(qiáng)的氣體，只要是植物通過(guò)呼吸作用和光合作用吸入了二氧化硫，植被的正常生理機(jī)能就會(huì)受到影響，出現(xiàn)植被葉子變黃或者植物表面出現(xiàn)傷痕，等等。當(dāng)二氧化硫濃度極高時(shí)，吸入氣體的植被甚至?xí)苯铀劳觥?/p>

第三，工業(yè)園區(qū)的大氣污染嚴(yán)重影響環(huán)境。大氣污染物質(zhì)的增多會(huì)形成霧霾天氣，空氣能見(jiàn)度變低，空氣更加渾濁，人、動(dòng)植物都會(huì)整天在一種霧蒙蒙的狀態(tài)中，生活陽(yáng)光無(wú)法直射地球表面。工業(yè)園區(qū)的大氣污染物質(zhì)數(shù)量的增多，會(huì)引發(fā)近地面溫度升高，而周?chē)貐^(qū)的溫度低，就會(huì)發(fā)生“熱島效應(yīng)”。

3 影響邢臺(tái)市工業(yè)園區(qū)空氣質(zhì)量的主要因素

工業(yè)布局不合理。一些工業(yè)原材料包括玻璃、水泥、鋼鐵、電力等，都會(huì)產(chǎn)生高污染。而一旦工業(yè)布局不合理，工業(yè)園區(qū)分布于城市周邊25公里內(nèi)或者分布于市中心工業(yè)園區(qū)內(nèi)，所排放的大量高污染物就會(huì)對(duì)城市的空氣質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。

煤炭消耗量過(guò)大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，河北省邢臺(tái)市工業(yè)園區(qū)的燃煤污染物已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了城市的最大環(huán)境容量，是造成空氣質(zhì)量低下的最重要因素。

河北省邢臺(tái)市結(jié)合氣象因素不利。從地理位置上來(lái)看，河北省邢臺(tái)市處于凹槽地帶，與邯鄲和石家莊相比，海拔要低很多，這就導(dǎo)致邢臺(tái)市的風(fēng)速低，地勢(shì)低，更容易形成逆溫層。大氣中的污染物更容易向低地勢(shì)的城市流動(dòng)，邢臺(tái)市匯聚了大氣中的污染物，進(jìn)而形成大氣污染和霧霾天氣。

4 河北省邢臺(tái)市工業(yè)園區(qū)內(nèi)空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

結(jié)合上述幾點(diǎn)，監(jiān)測(cè)工業(yè)園區(qū)的大氣污染情況對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境、人文活動(dòng)都具有指導(dǎo)意義，也為當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量預(yù)測(cè)和空氣治理帶來(lái)數(shù)據(jù)依據(jù)。但目前，工業(yè)園區(qū)還沒(méi)有一個(gè)能夠廣范圍覆蓋、成本低、傳輸快的空氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，因此，建立一個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)比有線網(wǎng)絡(luò)更能夠即時(shí)、有效的反應(yīng)當(dāng)前園區(qū)內(nèi)空氣質(zhì)量，以便為當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)安排、組織活動(dòng)做一個(gè)參考依據(jù)。

工作原理：利用傳感器對(duì)工業(yè)園區(qū)內(nèi)主要空氣污染物包括：PM2.5、二氧化硫、硫化物、一氧化碳等進(jìn)行采集、將采集結(jié)果即時(shí)上傳至終端。從而對(duì)當(dāng)前園區(qū)內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行24小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，利用aqi技術(shù)對(duì)超標(biāo)污染氣體進(jìn)行標(biāo)定。整體系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 整體系統(tǒng)框圖

4.1 硬件設(shè)計(jì)

4.1.1 傳感器選擇

PM2.5粉塵傳感器采用的是YW-51GJ粉塵傳感器，該傳感器能完全替代夏普公司的GP2Y1051AU粉塵傳感器，而價(jià)格更為低廉，該傳感器可以采用簡(jiǎn)單的算法直接將輸出結(jié)果換算為當(dāng)前顆粒濃度。

其工作原理是：利用微小顆粒對(duì)光的散射。當(dāng)微小顆粒物經(jīng)過(guò)檢測(cè)孔時(shí)，對(duì)光線形成散射。散射光線的一部分通過(guò)光軸，經(jīng)透鏡聚焦到感光元件，感光元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。

SO2檢測(cè)傳感器使用的是7NE系列紅外SO2傳感器，7NE系列高精度紅外氣體傳感器采用非色散紅外(NDIR)檢測(cè)技術(shù)，其外形尺寸小，具用設(shè)計(jì)的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，還可以按現(xiàn)場(chǎng)的要求設(shè)計(jì)，傳感器采用鍍金引腳拔插結(jié)構(gòu)，方便安裝更換，可實(shí)現(xiàn)即插即用。該產(chǎn)品具有抗干擾性好，壽命長(zhǎng)、精度高等特點(diǎn)，內(nèi)置溫度傳感器，自帶溫度補(bǔ)償。該傳感器使用方便，具備有完整的氣體探測(cè)、串口通信功能。

還可以根據(jù)實(shí)際需要填加CO、二氧化氮等空氣檢測(cè)傳感器。

4.1.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊

（1）通信模塊核心選用了CC2530芯片，CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。該芯片擁有領(lǐng)先的RF收發(fā)器，結(jié)合了標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KB RAM和許多其它的強(qiáng)大功能。其部分結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 CC2530簡(jiǎn)結(jié)框圖

通過(guò)軟件設(shè)定協(xié)調(diào)器和采集節(jié)點(diǎn)，采集節(jié)點(diǎn)通過(guò)傳感器采集的信號(hào)傳輸給協(xié)調(diào)器，并由相關(guān)擴(kuò)展電路顯示、保存或可做進(jìn)一步處理。

（2）接口與擴(kuò)展電路將通訊模塊作為主板后，通過(guò)CC2530芯片的引腳和I/O端口連接所需的外圍器件，便構(gòu)成了整個(gè)空氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。包括電源電路、顯示模塊、接口電路、ADC轉(zhuǎn)換電路等。

4.2 軟件設(shè)計(jì)

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。硬件選擇了ZigBee CC2530芯片，應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具我們就采用IAR EW，它是一套完整的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括代碼編輯器、工程建立、C/C++編譯器、連接和調(diào)試等。使用TI公司基于ZigBee的協(xié)議棧ZStack-CC2530-2.3.0-1.4.0對(duì)CC2530進(jìn)行初始化與執(zhí)行操作。使協(xié)調(diào)器向采集終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)發(fā)布監(jiān)測(cè)任務(wù)并收集數(shù)據(jù)，再通過(guò)串口上傳到主機(jī)進(jìn)一步可做其他處理。

4.3 多參數(shù)的大氣污染物自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在無(wú)線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中加入數(shù)據(jù)的審核，空氣質(zhì)量查詢(xún)、分析、評(píng)價(jià)，污染溯源分析和污染源普查等，把相關(guān)數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并實(shí)時(shí)顯示最新的氣象數(shù)據(jù)以及最新的空氣污染物濃度值，以圖示的形式來(lái)展示最近的大氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。該工業(yè)園區(qū)大氣污染自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架如圖3所示。

圖3 工業(yè)園區(qū)大氣污染自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架

該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于在預(yù)警系統(tǒng)中充分利用污染物快速響應(yīng)、突發(fā)事故源遠(yuǎn)程快速識(shí)別和檢測(cè)技術(shù)等，幫助預(yù)警系統(tǒng)快速獲取大氣污染事故的重要參數(shù)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)園區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，特征污染物的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，氣象數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，工業(yè)園區(qū)風(fēng)險(xiǎn)源信息的監(jiān)測(cè)。并基于大氣污染擴(kuò)散模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)污染事故的分級(jí)預(yù)警發(fā)布。

5 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)了快響應(yīng)監(jiān)測(cè)無(wú)線空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，希望能在空氣質(zhì)量預(yù)警、治理方面做一點(diǎn)微薄貢獻(xiàn)。