LabVIEW气体污染无线监测

基于LabVIEW 的无线硫化氢污染监测系统，在以低成本、低功耗的方式，实现 H?S 浓度、环境温度与湿度的实时采集、无线传输及异常报警，为区域化空气污染监测提供灵活解决方案。

架构设计

系统采用 “无线传感器节点 + 网关 + LabVIEW 监控平台” 三层架构，实现从数据采集到可视化监控的全流程闭环，具体结构如下：

传感器节点是数据采集的核心单元，负责采集环境参数并将模拟信号转换为数字信号，通过无线模块传输至网关。其硬件配置如下表所示：

硬件模块	型号 / 规格	功能说明
气体传感器	GS05	专门检测 H?S 浓度，响应时间＜1 分钟，使用寿命超 10 年，检测范围 25-100ppm，工作温度 - 20℃~+60℃
温度传感器	LM35	集成式温度检测，输出电压与温度线性相关，功耗仅 60μA，工作温度 - 55℃~+150℃，检测精度高
湿度传感器	HIH-4000	低功耗（200μA）湿度检测，响应时间 70ms，检测范围 0~100% RH，工作温度 - 40℃~+80℃
微控制器	PIC16F876	8 位 28 引脚 MCU，供电电压 5V，负责接收传感器数据、逻辑判断（如是否超标）及控制报警模块
无线通信模块	Xbee（基于 ZigBee 协议）	实现传感器节点与网关的无线数据传输，支持多节点组网，功耗极低，通信距离 10-100m
报警模块	声光报警器	当 H?S 浓度≥50ppm（对应传感器输出电压≥4.5V）时，触发 audible 报警与指示灯提醒

对比了蓝牙、Wi-Fi、ZigBee 三种短距离无线技术，最终选择 ZigBee（IEEE 802.15.4 标准），原因如下表所示：

ZigBee 的 “极低功耗” 特性可满足传感器节点长期续航需求（无需频繁更换电池），“多节点组网” 能力支持后续扩展监测区域，且成本低、复杂度低，完全适配污染监测的场景需求。

网关作为 “传感器节点与用户交互” 的中间层，基于 LabVIEW（实验室虚拟仪器工程平台）开发，核心功能包括数据接收、实时分析、可视化展示、异常报警，

数据采集与通信配置：通过 VISA（虚拟仪器软件架构）配置串口参数（波特率、数据位、校验位等），实现与 Xbee 模块的串口通信，实时接收传感器传输的 H?S 浓度（ppm）、温度（℃）、湿度（% RH）数据。
实时可视化展示：

异常报警逻辑：预设 H?S 浓度临界值为 50ppm。当检测值≥50ppm 时，LabVIEW 界面触发 “闪烁红色报警窗口”+“audible 报警音”，同时同步控制传感器节点的本地报警器启动。
数据记录与追溯：自动记录每次采集的时间（精确到秒）、参数值，支持导出 Excel 格式数据报告，便于后续数据分析与污染溯源。
操作控制：提供 “Start/Stop” 按钮控制数据采集启停，支持手动配置监测频率（如 1 次 / 秒、1 次 / 5 秒）。

正常状态界面（图 10）：H?S 浓度＜50ppm，界面显示绿色 “正常运行” 图标，曲线平稳，无报警提示；
报警状态界面（图 11）：H?S 浓度≥50ppm，界面红色窗口闪烁，伴随报警音，同时标注 “Alert：H?S concentration exceeds 50ppm”，提醒用户及时干预。