根據(jù)生態(tài)監(jiān)測的空間尺度，可將其劃分為宏觀生態(tài)監(jiān)測和微觀生態(tài)監(jiān)測兩大類。

宏觀生態(tài)監(jiān)測是在大區(qū)域范圍內對各類生態(tài)系統(tǒng)的組合方式、鑲嵌特征、動態(tài)變化和空間分布格局及其在人類活動影響下的變化等進行監(jiān)測。主要利用遙感技術、地理信息系統(tǒng)和生態(tài)制圖技術等進行監(jiān)測。微觀生態(tài)監(jiān)測其監(jiān)測對象的地域等級最大可包括由幾個生態(tài)系統(tǒng)組成的景觀生態(tài)區(qū)，最小也應代表單一的生態(tài)類型，它是對某一特定生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)系統(tǒng)集合體的結構和功能特征及其在人類活動影響下的變化進行監(jiān)測。在生態(tài)質量評價上逐步從生態(tài)質量現(xiàn)狀評價轉為生態(tài)風險評價，以提供早期預警。

本系統(tǒng)實現(xiàn)一種基于ZigBee技術的園林微觀生態(tài)監(jiān)測，其過程包括：首先進行園林微觀信息收集；然后將信息上傳，再通過無線網(wǎng)關接入或聯(lián)網(wǎng)，將無線網(wǎng)關獲得的數(shù)據(jù)利用互聯(lián)網(wǎng)保存至服務器；最后進入數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)管理，任何時候、任何地點都能夠通過web瀏覽器觀察并分析實時數(shù)據(jù)；當監(jiān)測數(shù)據(jù)超過正常水平時，設置報警功能，對異常的環(huán)境進行報警，報警記錄提供查詢。

1 系統(tǒng)整體設計方案

系統(tǒng)主要分為粉塵顆粒檢測模塊、溫濕度檢測模塊、控制模塊、顯示模塊和無線通信模塊，其中粉塵顆粒檢測模塊中的粉塵濃度傳感器所輸出為信號為連續(xù)的模擬電壓信號，而CC2530所能識別的信號為數(shù)字信號，因此在進行粉塵顆粒濃度的檢測時需要加一個模/數(shù)轉換芯片，用來將傳感器輸出的模擬信號量轉換成單片機能讀取的數(shù)字量。系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構框圖

2 PM2.5檢測電路

圖2 粉塵傳感器電路連接圖

GP2Y1010AU0F傳感器是一款由日本夏普公司生產(chǎn)的，該型號的傳感器可以用來檢測到粒徑在0.8微米以上的粉塵，該傳感器是一款光學傳感器，其靈敏度為0.5v/mg/m3，其原理如圖所示，在傳感器上裝有一個吸氣器，其可以主動的吸進空氣并讓空氣通過這個洞，在傳感器的上面有個紅外線發(fā)光管，其可透過吸進的空氣，在其下面有個能夠接收到紅外線信號的接受裝置，該接收裝置能接收到經(jīng)過了粉塵后反射回來的紅外線信號，然后通過信號放大等操作將接收裝置接收到的光信號轉化為不同頻率的電信號，從而得到相應的粉塵濃度。

傳感器的典型連接電路如圖2所示。

由于該傳感器輸出的是模擬電壓信號，因此該模塊后引入ADC0809，將轉換的數(shù)字信號輸入CC2530。

3 溫濕度檢測電路

溫濕度檢測電路設計時采用的是DHT11數(shù)字式傳感器，DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款以數(shù)字信號方式輸出的復合式傳感器，其內部的傳 感器都是經(jīng)過校準的。它采用的是專用的數(shù)字式的采集模塊技術和溫、濕度傳感技術，這兩項技術的使用確保了該產(chǎn)品具有了極好的可靠性和具有長期穩(wěn)定工作能力。該傳感器是由一個電阻式的感濕元件和一個NTC的溫度檢測元件組成。該傳感器具有較高的抗干擾能力，超快的響應能力，并且其具有較高的性價比等諸多優(yōu)點。出廠的每一個DHT11傳感器都會在那些具有很高精確的濕度校驗室中進行濕度的精確校準。經(jīng)過校準后的系數(shù)將以程序的形式被儲存到DHT11溫濕度傳感器中的OTP內存里，當利用傳感器進行溫濕度的檢測并處理被檢測的數(shù)據(jù)時會調用這些已經(jīng)經(jīng)過校準過的系數(shù)。該傳感器采用的是單總線制的串行通信協(xié)議，從而在設計電路時會使電路更簡潔方便?；谝陨系闹T多特點使其具有極小的體積和極低的功耗，使該傳感器成為了許多人在各類需要溫濕度的應用中甚至是在最為苛刻的應用場合中的最佳的選擇。該型號的傳感器采用了4個單排引腳的封裝。連接方便。

DHT11通過單總線與微控制器連接，電路如圖3所示。

圖3 DHT11電路圖

4 無線通信系統(tǒng)

利用ZigBee組建園林生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：

（1）ZigBee體積較小，利于安裝布設,減輕技術維護人員安裝調試工作量，提高效率。

（2）ZigBee無線組網(wǎng)省去布線這塊的成本和技術維護，最重要的是提高了信息實時性。

（3）ZigBee的無線組網(wǎng)技術成本較低，省去了系統(tǒng)的運營成本。

（4）ZigBee可搭載較多外圍器件，比如主控MCU，可控IC，傳感器等等，這對園林生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)帶來了很大的發(fā)展空間。

無線數(shù)據(jù)傳遞此模塊以數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收為目的，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。模塊應用ZigBee模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。在無線化通信和數(shù)據(jù)間傳輸需要智能自動化操作的背景下產(chǎn)生了ZigBee技術，它是基于IEE標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。具有傳輸速度快、省電、投資少、支持多種模式、安全可靠等顯著特點。在數(shù)模轉換器的終端，安裝ZigBee模塊作為發(fā)送裝置，在系統(tǒng)的處理端，安裝ZigBee作為接收數(shù)據(jù)裝置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。

ZigBee網(wǎng)絡的組網(wǎng)模式有三種：星型網(wǎng)絡架構，串行網(wǎng)絡架構，網(wǎng)型網(wǎng)絡架構，圖4是各自模式的簡圖：

圖4 ZigBee網(wǎng)絡結構

園林生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)選用串行網(wǎng)絡架構模式，根據(jù)串行網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸模式。各個終端采集數(shù)據(jù)信息經(jīng)路由器進行轉發(fā)，將統(tǒng)一數(shù)據(jù)發(fā)送至協(xié)調器端，協(xié)調器再經(jīng)數(shù)據(jù)集中器發(fā)送到控制中心進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理。本系統(tǒng)在設計過程中選用了德州儀器公司生產(chǎn)的CC2530，該芯片兼容C8051內核處理器。能夠以非常低的總的材料成本來完成。CC2530 不但具有射頻收發(fā)器突出的優(yōu)點外，還兼具了增強型的處理器，內嵌式可修改存儲器，8K字節(jié)容量的隨機存取存儲器以及其他功能，模式與模式之間的轉化時間少，很好地控制了能耗。

本系統(tǒng)實現(xiàn)的無線傳感網(wǎng)絡園林生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。其工作過程如下：

第一階段，信息收集；利用傳感器節(jié)點采集不同傳感器數(shù)據(jù)，每個傳感器節(jié)點能夠同時連接多個傳感器；傳感器節(jié)點之間形成無線傳感網(wǎng)絡，通過點對點通信的方式匯總數(shù)據(jù)；

第二階段，信息上傳；利用移動3G無線網(wǎng)絡，將傳感器節(jié)點匯總的數(shù)據(jù)上傳至無線網(wǎng)關；

第三階段，信息保存；無線網(wǎng)關接入互聯(lián)網(wǎng)，將無線網(wǎng)關獲得的數(shù)據(jù)利用互聯(lián)網(wǎng)保存至服務器；

最后信息進入園林生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)：實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)管理，任何時候、任何地點都能夠通過web瀏覽器觀察并分析實時數(shù)據(jù)；對于不能上網(wǎng)的用戶，還能夠通過手機的方式獲取數(shù)據(jù)；當監(jiān)測數(shù)據(jù)超過正常水平時，設置報警功能，對異常的環(huán)境進行報警，報警記錄提供查詢。

5 結論

基于物聯(lián)網(wǎng)的園林生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點是顯而易見的，具體如下：

（1）采集設備采用電池供電，無線節(jié)點不需要固定電源設施，可以布署在野外、路邊等任何需要的地方。

（2）無線傳感網(wǎng)具有自組織自愈合的特點，方便非技術人員安裝，并且網(wǎng)絡具有可擴展性，節(jié)點可以自動加入網(wǎng)絡中。

（3）通過無線基站與無線網(wǎng)關相連，然后經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)與服務器相連，實時傳送數(shù)據(jù)。

（4）各級別用戶都可以通過瀏覽器遠程查看數(shù)據(jù)和進行數(shù)據(jù)管理，客戶可設置自定義的趨勢圖和報警級別等功能。

另外，傳感器網(wǎng)絡特有的低成本、高覆蓋和可擴展性強的技術特征在園林生態(tài)監(jiān)測領域將大有可為，基于物聯(lián)網(wǎng)，協(xié)助實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測，提高樹木和花卉、水果等經(jīng)濟作物的產(chǎn)量及質量，可以帶來巨大的社會效益與經(jīng)濟效益。

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