УДК 504.064.36

Устройство мониторинга состояния воздушной среды

Саракаев Сослан Михайлович – магистрант кафедры Промышленной электроники Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета).

Кабышев Александр Михайлович – кандидат технических наук, доцент кафедры Промышленной электроники Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета).

Аннотация: Антропогенная деятельность человечества стала важным фактором, оказывающим воздействие на окружающую среду. Это вызывает необходимость организации широкомасштабной и эффективной системы мониторинга ее состояния.

В статье рассматривается устройство, предназначенное для оперативного сбора информации об экологическом состоянии окружающей среды.

Разработана структурная схема устройства, построенного по модульному принципу, приводится алгоритм его функционирования.

Ключевые слова: экология, датчики, атмосфера, мониторинг, информация.

Одной из основных задач охраны окружающей среды является предотвращение антропогенного загрязнения атмосферного воздуха в городах. От чистоты атмосферного воздуха зависит устойчивое функционирование биосферы.

Атмосферный воздух - жизненно важный компонент окружающей среды, его качество вносит существенный отпечаток в формирование патологических изменений состояния здоровья, как отдельных людей, так и популяции в целом [1].

Изменение уровня загрязнения воздуха обусловлено изменениями выбросов промышленных объектов, автотранспорта и метеорологическими условиями, характеризующимися значительной временной изменчивостью. Вредные вещества, которые попадают в атмосферу, подвергаются физико-химическим превращениям, переносятся воздушными потоками, рассеиваются или вымываются из атмосферы. Уровень загрязнения атмосферы от антропогенных источников зависит от того, будут ли эти вещества переноситься на большие расстояния от источника или скапливаться в районе их выброса [2].

Разработана структурная схема устройства, предназначенного для оперативного сбора и передачи информации о состоянии воздушной среды городов. Схема устройства выполнена по модульному принципу с использованием средств микропроцессорной техники, что значительно расширяет ее мобильность и функциональные возможности.

 На рисунке 1 изображена схема, на которой показано взаимодействие модулей, входящих в состав устройства оперативного мониторинга состояния воздушной среды. Стрелками отмечено направление передачи информации.

Разработанное устройство предназначено для установки на борту средств городского общественного транспорта, движущегося по фиксированному маршруту, что позволяет проводить непрерывный мониторинг состояния окружающей среды, и расширяет возможности оперативного контроля наличия вредных примесей в приземном слое атмосферного воздуха.

Схема состоит из функционально законченных модулей, работой которых управляет микроконтроллер (МК). Модуль отображения информации и модуль передачи информации, являются вспомогательными и предназначены для расширения функциональных возможностей устройства. Такой принцип построения схемы позволяет получать разные модификации устройства мониторинга состояния воздушной среды, с различными функциональными возможностями, путем комплектования схемы устройства соответствующими модулями.

Рисунок 1. Структурная схема устройства мониторинга воздушной среды.

 Модуль датчиков, модуль управления и модуль памяти являются основными и входят в состав базовой модификации устройства.

В модуле датчиков расположены датчики газа (Датчик 1, Датчик 2, Датчик 3). Используемые в устройстве датчики служат для регистрации концентрации в воздушной среде таких вредных примесей как: оксид углерода, диоксид серы, диоксид азота (CO, SO₂, NO₂). Датчики являются источниками информации для микроконтроллера.

В состав модуля управления входит клавиатура, которая состоит из трех клавиш (SW1, SW2, SW3), предназначенных для управления работой устройства.

В модуль памяти записывается информация, содержащая координаты точки на карте города (номер остановки общественного транспортного средства), в которой производятся экологические измерения, а также записываются показания датчиков. Информация записывается в модуль памяти после поступления в микроконтроллер сигнала записи «WR», который формируется при включении оператором клавиши SW1 в модуле управления. Сигнал записи «WR» также может быть сформирован автоматически по каналу дистанционного управления. Дистанционное формирование сигнала «WR» может осуществляться при открывании дверей транспортного средства либо с помощью сигнала, формируемого речевым автоинформатором, который получает информацию о координатах транспортного средства от глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС) [3,4,5,6]. Это позволяет автоматизировать процесс экологического мониторинга воздушного пространства. На рисунке 1 не показаны аппаратурные средства, которые предназначены для дистанционного формирования сигнала «WR».

Для визуального контроля записанной в модуль памяти информации предназначен модуль отображения информации. При нажатии клавиши SW2 на экране дисплея последовательно отображается накопленная в модуле памяти информация.

Модуль передачи информации предназначен для дистанционной передачи собранной информации на пульт центрального диспетчерского пункта во время движения или остановки транспортного средства в непосредственной близости от стационарного или мобильного диспетчерского пункта. Такой процесс дистанционной передачи информации позволяет применять в устройстве мониторинга воздушного пространства (рисунок.1) радиопередатчик ограниченной мощности, который не будет оказывать существенного влияния на существующие каналы радиосвязи и не вызывает заметного электромагнитного загрязнения окружающей среды. Передача информации по радиоканалу осуществляется после нажатия оператором в модуле управления клавиши SW3.

На рисунке 2 показан алгоритм работы микроконтроллера в процессе управления модулями разработанного устройства.

Рисунок 2. Алгоритм работы устройства оперативного мониторинга состояния воздушной среды.

При выполнении алгоритма, микроконтроллер в зависимости от состояния сигнала, поступающего от клавиши SW1 и состояния сигнала дистанционного управления «WR», принимает информацию от датчиков и записывает ее на SD карту. Также, микроконтроллер проверяет состояние клавиш SW2, SW3 и управляет процессами вывода информации на экран дисплея для визуального контроля и по радиоканалу на центральный пульт сбора информации.

Разработанное устройство может найти применение в системах оперативного, непрерывного, автоматического мониторинга экологической обстановки городов с разветвленной сетью общественного транспорта.

Список литературы

1. Экологический мониторинг атмосферы. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: http://venec.ulstu.ru/lib/disk/2016/104.pdf
2. Экологическая экспертиза. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений/В. К. Донченко, В.М.Питулько, В.В. Растоскуев и др. Под ред. В. М. Питулько. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 480 с.
3. Глобальная система местоопределения [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: http://www.gps-profi.ru/what-is-gps.php
4. Речевой информатор «Искра-02АВТ». Общество с ограниченной ответственностью «ИСКРА-УФА» (ООО «ИСКРА-УФА») г. Уфа.
5. Логвинов В. В., Фриск В. В. Схемотехника телекоммуникационных устройств, радиоприемные устройства систем мобильной и стационарной радиосвязи, теория электрических цепей; Солон-Пресс - Москва, 2011. - 656 c.
6. Чистяков Н. И., Сидоров В. М., Мельников В. С. Радиоприемные устройства; Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио - Москва, 1959. - 896 c.