智能旅游微環境溫室氣體監測系統設計

王小輝，田 磊，雷可為，豆曉寧

（1.西安歐亞學院 休閑管理學院，陜西 西安 710065；2.陜西師范大學 旅游與環境學院，陜西 西安 710119；3.西安郵電大學 電子工程學院，陜西 西安 710121）

智能旅游微環境溫室氣體監測系統設計

王小輝1，2，田 磊3，雷可為1，豆曉寧1

（1.西安歐亞學院 休閑管理學院，陜西 西安 710065；2.陜西師范大學 旅游與環境學院，陜西 西安 710119；3.西安郵電大學 電子工程學院，陜西 西安 710121）

為了實時、有效地對旅游微環境溫室氣體進行測度，基于STC89C52單片機設計智能旅游微環境溫室氣體監測系統，將單片機控制和智能傳感器監測相結合，利用太陽能對單片系統進行供電，通過單片機處理將監測結果傳送至LCD12864顯示屏進行顯示，提示是否超限空氣質量標準，同時將監測數據通過SIM900模塊遠距離傳輸傳送至電腦上或手機上進行遠程監控。實驗結果表明，該監測系統增強了監控系統整體的抗干擾性，改善了傳統數據單一的有線傳輸模式，可為以后特種氣體監測提供有效平臺。

STC89C52單片機；旅游微環境；太陽能；SIM900模塊

隨著信息技術的高速發展，我國旅游業信息化水平不斷提升。旅游接待信息化的程度將直接影響我國旅游信息化發展水平[1]。如何更好地高效使用和管理各種信息資源已成為目前信息化旅游研究熱點之一。隨著經濟的發展和環境對人類提出的要求，環保、節能、舒適也成為旅游接待業所重點關注的話題。旅游業能源消耗及溫室氣體排放量的測度是旅游業節能減排的起點，也是制定減排政策的基本依據[2]。本項目選擇的“旅游微環境溫室氣體排放”監測系統設計，對旅游業溫室氣體排放量的監測和宣傳環保意識都具有較好的意義。

1 總體設計思路

本系統是利用太陽能等可再生能源完成一個多路傳感系統探測儀的設計，包括二氧化碳監測和PM2.5監測，最終根據監測出的溫室氣體濃度和霧霾濃度給出空氣質量報告[3-5]，并進行實時傳輸的功能。進而對旅游環境管理提供數據依據，同時可確定游客影響環境的重點行為，為倡導“文明旅游”提供素材。

本系統主要包括：溫室氣體及粉塵的實時監測構架，太陽能等可再生能源的有效利用構架和監測數據的實時傳輸構架。其總體系統架構如圖1所示。

圖1 總體系統架構圖

整個系統的電源采用太陽能供電，太陽能供電系統通過太陽能極板采集光子，進行光電轉換后使光電流進入充電控制電路，從而通過鋰電池為后級電路提供穩定的電源。后級電路在穩定供電的基礎上，首先進行細小顆粒物的檢測，當空氣在粉塵傳感器中自由流過時，粉塵傳感器會實時的將檢測到的數據發送至單片機的不同端口，經單片機處理后在LCD12864上顯示。與此同時，二氧化碳傳感器對檢測平臺周邊的二氧化碳濃度進行實時監測，并將檢測到的數據發送至單片機進行處理，將結果顯示在液晶屏上。當傳感器采集到的數據存放在單片機時，利用無線數據收發模塊SIM900來實現從監測器到數據終端的無線通信方式。這樣就完成了用戶對目的地粉塵顆粒以及二氧化碳濃度的遠程監控。

2 硬件系統設計

2.1 溫室氣體監測系統

本系統的設計方案主要分為3個模塊，一個是溫室氣體監測模塊[6]，另一個是PM2.5監測模塊[7-9]，最后是將兩者的結果顯示在液晶顯示屏上。溫室氣體監測模塊中使用ADC0809芯片將其轉化為數字信號量[10-12]，灰塵傳感器輸出的直接是數字信號直接和STC89C52單片機連接，單片機處理完兩者輸入的數據，將其輸出到需要顯示的LCD12864型號的液晶顯示屏上（見圖2）。

圖2 溫室氣體監測系統

由于本項目設計的多路傳感系統需要工作在無人值守的環境中，所以供電系統是一個必須解決的難題，由于本系統主要工作在日照時間較長的地區，因此選擇太陽能為整個系統提供穩定的電壓。

通過構建多功能傳感系統，并將多路傳感器采集到的信號進行無線收發，不僅能夠完成對所要探測區域的指標檢測，同時還能完成無人值守的功能，使得開發系統能夠在野外環境中長期對某地的數據進行監控，如果超出監測數據的正常范圍，即可向主控平臺發送報警信息。

圖3 CO2和PM2.5監測流程圖

2.2 數據實時傳輸系統

SIM900模塊是一個以C35i為核心的通訊模塊，主要應用在通訊領域，如移動電話、遠程數據監控、短信提醒發送、GPRS MODEN[13]。為了更好地將本系統應用于無人之手的環境中，文中設計了可靠的外圍電路以及擴展端口，使其通過串口與單片機相連。單片機通過P3.0、P3.1口控制SIM900模塊執行數據傳輸命令。當系統檢測出PM2.5與二氧化碳濃度時，SIM900模塊開啟GPRS和手機短信以及語音呼叫的通信模式，采用天線IPEX接口將采集到的數據發送至電腦的主控平臺上或以手機短信的形式進行收發查詢。

當PM2.5和CO2傳感器正常工作并檢測到環境數據時，系統將啟動無線收發模塊對監測數據進行發送，其具體流程如圖4所示。

圖4 SIM900模塊通信流程圖

打開整個系統進而進入初始化，并將SIM900模塊核心TC35i初始化；通過命令檢測TC35i是否接收到外界發送過來的GSM或GPRS信息[14-15]；如果接收到命令，提取手機號或GPRS相應地址；檢測提取信息是否合法，如果合法則進行相應指令回復，如果不合法則刪除信息。

2.3 系統調式與驗證

將SIM900模塊與單片機相連，用單片機來控制此模塊并保證其正常工作，單片機控制可定時將所測得的CO2和PM2.5濃度發送至用戶指定的手機進行檢測。其硬件構架如圖5所示。為了保證數據在網絡復雜的環境下傳輸的準確性，在電腦上打開串口調試軟件改成TCP方式通過GPRS網絡用串口調試助手發送指令，接收到CO2濃度和PM2.5的濃度值，利用此方法檢驗無線收發數據進行校驗，發現數據準確度符合設計要求（見圖6）。

同時，也可通過使用SIM卡向不同監控地點的服務號碼發送短信方式與SIM900模塊上的SIM卡進行短信收發，短信模式采用Text文本模式。

圖5 系統整體調試連接圖

圖6 系統調試結果

3 結論

目前的溫室氣體監測大多利用獨立的供電系統為其提供能源保障，并且建立在ARM平臺上，從而會造成整個監測系統成本過高，初期開發難度較大等缺點。本文設計的監測系統利用太陽能極板為系統提供穩定持續的電源，同時利用單片機作為主控芯片，降低了系統的整體開發成本，提高了研發效率，不僅能夠對當前空氣質量進行多功能顯示，使人們了解當前空氣質量的污染程度，同時還能進行信息實時傳輸，增強了監控系統整體的抗干擾性，改善了傳統數據單一的有線傳輸模式，提供了更趨向于智能化的功能，為以后的特種氣體檢測提供了有效的平臺。

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Design of intelligent tourism micro environment greenhouse gas monitoring system

WANG Xiao-hui1，2， TIAN Lei3，LEI Ke-wei1，DOU Xiao-ning1
（1.Leisure Management College， Xi'an Eurasia University， Xi'an 710065，China；2.College of Tourism and Environment， Shaanxi Normal University，Xi'an 710119，China；3.School of Electronic Engineering， Xi'an University of Posts and Telecommunications， Xi'an 710121， China）

In order to measure greenhouse gases of micro-environment of the tourism timely and effective.Based on STC89C52 SCM design Intelligent Tourism micro environment of greenhouse gas monitoring system，MCU control and intelligent sensor monitoring combined，using solar energy processing through the MCU will display the monitoring result is transmitted to the LCD12864 display，and you are prompted to overrun air quality standards， at the same time， the monitoring data by sim 900 long distance transmitting module sent to a computer or a mobile phone for remote monitoring.The experimental results show that the monitoring system can enhance the anti-interference ability of the monitoring system，and improve the traditional data single wire transmission mode，which can provide an effective platform for special gas monitoring in future.

STC89C52 single chip microcomputer； tourism micro environment； solar energy； SIM900 module

TN92

：A

：1674－6236（2017）15-0134-03

2016-06-02稿件編號：201606017

陜西省社會科學規劃項目（2016R022）；西安市社會科學規劃重點項目（2015EA03）；陜西省教育廳科研項目（15JK2076）；陜西省教育廳科研計劃項目（15JK1676）

王小輝（1979—），女，陜西咸陽人，博士，副教授。研究方向：地理信息系統。