Цифровая станция экологического мониторинга Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 550.36; 551.24

ЦИФРОВАЯ СТАНЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Сергей Алексеевич Казанцев

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, тел. (383)330-25-91, e-mail: [email protected]

В докладе описывается станция непрерывного и оперативного контроля за экологическими параметрами окружающей среды.

Ключевые слова: датчики температуры, влажность, освещенность, примеси газов, мониторинг.

DIGITAL STATION FOR ECOLOGICAL MONITORING

Sergey A. Kazantsev

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Koptyug Prospect, Ph. D., Senior Research Scientist, tel. (383)330-25-91, e-mail: [email protected]

We present a digital station for continuous monitoring and operational control of environmental parameters in ecological applications.

Key words: Temperature sensors, humidity, luminosity, impurity gases, monitoring.

В России 2017 год объявлен годом экологии. Цель данного решения - привлечь внимание к проблемным вопросам, существующим в экологической сфере, и улучшить состояние экологической безопасности страны, поэтому особую важность принимают вопросы оперативного контроля за экологическими параметрами окружающей среды. К ним можно отнести температуру [1, 2], влажность, давление, освещенность, наличие в воздухе газов и вредных примесей. Задачи экологического контроля решаются путем непрерывного слежения за этими важнейшими параметрами. Для целей экологического мониторинга в Институте нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН была разработана и проходит лабораторные испытания Станции Экологического Мониторинга (СЭМ 1.0).

Ядром Станции Экологического Мониторинга (СЭМ 1.0) является платформа на базе высокопроизводительного микроконтроллера STM32F407VE. Для подключения датчиков на платформе предусмотрены различные интерфейсы: 1-Wire для цифровых температурных датчиков; I2C для подключения цифровых датчика давления, влажности и датчика освещенности; кроме того, имеется пять входов для подключения аналоговых датчиков оценки наличия различных газов.

Применимость станции «СЭМ 1.0» определяется набором датчиков. Этот набор комплектуется в зависимости от места установки станции и конкретных задач по контролю окружающей среды.

Для опытного образца Станции были выбраны следующие датчики.

В качестве датчиков температуры использованы цифровые датчики ВБ18Б20, имеющие следующие характеристики: диапазон измерений от -55 до +125 °С и точность при дополнительной градуировке не хуже 0.1 °С.

Датчиком давления выбран цифровой датчик БМР180 (рис. 1). Параметры датчика: диапазон измерения давления 300-1100000 Ра, высокий линейный режим с разрешением 20 Ра, низкое энергопотребление (до 3 мкА в режиме ультранизкого энергопотребления). Подключение по протоколу связи 12С.

Рис. 1. Датчики, установленные на станции «СЭМ 1.0». Слева направо: датчик давления БМР180, цифровой датчик влажности DHT-22, датчик освещенности BH1750FVI, датчик обнаружения газов

В качестве датчика влажности применили цифровой датчик DHT-22. Датчик рассчитан на измерение уровня влажности в диапазоне от 0 до 100 %. При этом точность измерений находится в диапазоне 2-5 %; питание 3 В; максимально потребляемый ток - 2.5 мА при запросе данных. Подключение по протоколу связи 12С.

Датчиком освещенности взят уже применяемый в мониторинге на о. Са-мойловский цифровой датчик окружающего (рассеянного) света BH1750FVI. Датчик обладает чувствительностью от 1 до 65535 люкс (16 бит). Подключение по протоколу связи 12С.

Датчики газов имеют аналоговый выходной сигнал. Для их измерения и обработки используется 12-и разрядный АЦП, встроенный в микроконтроллер 8ТМ32Б407УЕ. Датчики газов поочередно подсоединяются к нему через мультиплексор. В настоящее время опробуются три датчика на различные газы и газовые смеси:

датчик газа MQ-2 позволяет обнаруживать наличие в окружающем воздухе углеводородных газов (пропан, метан, н-бутан), дыма (взвешенные частицы, являющиеся результатом горения), водорода. Датчик можно использовать для обнаружения утечек промышленного газа и задымления;

датчик газа MQ-7 для обнаружения угарного газа (СО). Используется для обнаружения СО2 на заводе, при проведении подземных работ, в лабораторных и научных работах. Он может обнаружить СО-концентрацию газа в пределах от 20 до 2000 ррт. Чувствительность датчика можно регулировать;

датчик газа MQ135, помимо углекислого газа, также реагирует на присутствие других газов: угарного газа, аммиака, бензола, оксидов азота и паров

спирта. Применяются для постоянного контроля качества воздуха в промышленных или бытовых помещениях.

Оперативность обработки обеспечивает специально разработанная программа. Параметры, регистрируемые «Станцией ЭМ 1.0», в режиме реального времени передаются на компьютер и отображаются на его мониторе (рис. 2). Одновременно данные сохраняются на диске в виде табличного файла. Предусмотрена возможность передачи данных через сеть Интернет на институтский сервер.

Рис. 2. Визуализация результатов мониторинга на экране монитора

В настоящее время Станция экологического мониторинга окружающей среды «СЭМ 1.0» проходит лабораторные испытания и настройку. Разработана модификации устройства для длительной работы в автономном режиме на удаленных и труднодоступных объектах, скважинах, шахтах и полигонах. При этом данные сохраняются в энергозависимой памяти. Возможна также оперативная передача данных по сетям сотовой связи. Станция «СЭМ 1.0» может быть встроена в уже существующую сеть по контролю за экологическими параметрами окружающей среды.

Станция экологического мониторинга окружающей среды «СЭМ 1.0» разработана в рамках задания по проектам ФНИ 1Х.128.2 и проекта Комплексной программы СО РАН П.2ПЛХ.128.5

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Казанцев С.А., Дучков А.Д. Аппаратура для мониторинга температуры и измерения теплофизических свойств мерзлых и талых пород // Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения: материалы междунар. конф. - Тюмень: Институт криосферы Земли СО РАН, 2008. - С. 236-239.

2. Казанцев С. А., Пермяков М. Е., Дучков А. Д. Устройство для оперативного температурного мониторинга // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Новые направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск : СГГА, 2013. Т. 1. - С. 203-207.

© С. А. Казанцев, 2017