二氧化碳数据采集仪 - 副本.doc

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1、.......目录1、研究背景32、容简介33、技术分析43.1、二氧化碳红外检测技术43.2、GPRS远距离通信技术54、采集仪设计54.1、总体设计54.2、红外二氧化碳检测装置部分64.2.1、总体设计64.2.2、二氧化碳监测方法64.3、数据采集模块74.3.1、CC2530微处理器74.3.2、数据采集模块结构84.4、太阳能供电部分9.....1、研究背景随着现在社会的进步发展，人类在对于自然开发利用的同时排放除了大量的温室气体，导致全球变暖。自1750年工业化进程开始以来，由于大量使用化石燃料、毁林和改变土地

2、用途，大量的温室气体排放导致二氧化碳在大气中的浓度增加了39%。而近百年来全球的地表平均气温上升了0.3~0.6摄氏度，海平面上升、极端天气现象发生的频率强度大大增加等一系列变化都使原本保障着生命体存在的温室气体逐渐威胁到了人类的生存和发展。目前我国是全球第二大二氧化碳气体排放国，排放量约占全球总和的15%。按此情形发展下去，预计到2025年我国的排放总量将超越美国，成为世界第一大排放国。为了减少CO2的排放，控制全球变暖的趋势，人类一直在从不同层面探索解决问题的方案，如研发新技术、实施有效政策、颁布强制法规法令等。通过持续

3、不断的研究以及国际间的合作，CO2的捕获与封存(CCS)技术逐渐成为了研究热点和减少碳排放的重要选择方案，作为一项能将CO2从工业生产中分离，并将其储存在地下或海底，实现与空气隔绝的碳储存技术，CCS技术能够从根本上解决二氧化碳的控制问题，因此具有很大的发展潜力。虽然CCS技术兴起的时间还不长，但我国对二氧化碳地质封存的研究已经由试验阶段向工业化推广阶段迈进。伴随着CCS示工程的推广，解决CO2地质储存的安全性问题已经迫在眉睫，需要对CCS工程建立严格的监测管理体系和预警机制以避免CO2泄漏造成的危害。对于储存库周围土壤和大

4、气中CO2的监测是CO2地质储存监测的重要组成部分，通过长期监测不仅可以发现来自储存库CO2的逃逸，确定逃逸路径和数量，而且还可以为分析CO2地质储存对周围环境的影响提供帮助。2、容简介将物联网的数据传输结构应用到CO2监测系统中，把监测系统也分为三层结构：感知层、传输层、应用层。（1）.....感知层是物联网的最底层，作用是感知采集各类信息，应用各类传感器设备，通过传感器进行数据的手机工作。（1）传输层也被称作网络层，作用是将感知层得到的数据信息快速、准确、安全的传达到应用层，起到承上启下的作用。按传输距离可以分为两部分，

5、一部分是短距离无线传输通讯，另一部分是远距离无线传输通讯。短距离通信可以采用Zigbee技术和Wifi等，远距离通信以互联网、GPRS/3G/4G网络传输系统构成。（2）应用层负责数据的处理，将得来的数据在系统中进行整理，通过计算机、手机等输出终端以图像、文字语言、表格等形式展现。图1—系统总体框架3、技术分析3.1、二氧化碳红外检测技术红外吸收光谱原理简述：红外吸收只有在分子震动或转动的时候发生，因此红外光谱又称为分子震动或转动光谱，属分子吸收光谱。如果将透过T%浓度二氧化碳气体后的红外电磁辐射用单色器色散，使其波长或波数

6、依序排列，并测量在不同波长处的辐射强度，便得到了吸收光谱，在CO2气体对红外波长的吸收光谱简图中，波长为4.26μm和波长为15μm的位置存在两个强吸收峰。因此根据CO2对于特定波长红外线具有强力吸收作用，便可以运用光谱吸收理论测定CO2气体浓度。.....图2--红外波长3.2、GPRS远距离通信技术GPRS技术是基于GSM全球移动通讯网络之上实现的数据分组接收发送的一种业务，GPRS在本系统中负责将监测现场采集的数据传输到网络，GPRS有以下优点：（1）与GSM网络相比，GPRS采用了分组数据传输的方式，大幅度提高了数据

7、传输的速率，最高传输速度每秒可达到171.2kbit（2）与3G/4G网络相比，GPRS的网络信号覆盖围更广泛，可以有效的保障野外监测环境中数据传输的稳定性（3）GPRS成熟度高，支持各种多种其他传输技术，可以很轻松的实现底层网络和因特网的对接（4）具有实时在线的特点，在没有数据传输的时间段，也同样保持与网络的联系，非常适合用于长期监测控制（5）由于GPRS是以数据包形式进行数据传输的，因此即使在网络连接状态下，没有数据发送的时候也不会产生费用，降低了使用成本4、采集仪设计4.1、总体设计系统感知层主要包括以下几个部分：（1

8、）.....传感器部分：首先系统的核心监测参数为CO2浓度，主要通过红外CO2监测装置完成（1）数据采集部分：数据采集部分采用了CC2530芯片，负责传感器部分的数据采集工作（2）太阳能供电系统：考虑到各种不同的工作环境，必须有稳定的电源，太阳能供电装置是整个感知层的基础模块图3—感知层结