空气质量远程监测系统设计.doc
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毕业设计（论文）
题目：
空气质量远程监测系统
系别：
电气工程系
专业：
自动化
班级：
132
学号：
2017174218
学生姓名：
刘银强
指导老师：
崔丹丹
2017年5月
中原工学院信息商务学院毕业设计（论文）
空气质量远程监测系统设计
摘要
随着我国经济的快速发展，有效促进我国电子科学等技术的高速发展，因此也带动了相关监测技术的不断升级换代，随着人们对环境的关注度越来越大，因此当前监测技术相对落后无法满足人们日益增长的物质文化需求，因此需要加快空气质量远程监测系统的设计，从而能够实时环境数据。
本文以环境中温度湿度、NO2、SO2、PM2.5等气体浓度粉采集，GPRS无线传输，实时显示并存储为主要研究内容。
首先详细分析了课题的研究背景及意义，详细分了国内外研究现状，针对空气质量监测系统进行了整体方案的设计，详细分析了监测系统的工作原理及无线传输方案选择及传输原理，其次对控制质量远程监测系统的硬件及软件方案进行了设计，包含：
传感器的选择、时钟系统设计、扩展外部存储器、GPRS无线传输模块以及电源模块等，软件进行了系统初始化及数据采集和处理的流程设计。
通过本文进行的空气质量远程监测系统设计，能够良好的解决空气质量监测系统开发周期长，难度大等问题，便于居民实时获取环境各项参数数据。
关键词：
空气质量检测；单片机；GPRS无线传输；远程系统
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中原工学院信息商务学院毕业设计（论文）
Airqualityremotemonitoringsystem
ABSTRACT
Withtherapiddevelopmentofeconomyinourcountry,effectivelypromotetherapiddevelopmentofelectronicscienceandtechnologyinChina,whichledtothemonitoringtechnologyofcontinuouslyupgrading,aspeople'sincreasingattentiontotheenvironment,thecurrentmonitoringtechnologyisrelativelybackward,therefore,cannotmeetpeople'sgrowingmaterialandculturalneeds,sotheneedtospeeduptheairqualityoftheremotemonitoringsystemdesign,whichcanreal-timeenvironmentaldata.
Thispapercollectsthegasconcentrationpowdersuchastemperaturehumidity,NO2,SO2andPM2.5intheenvironment,theGPRSwirelesstransmission,real-timedisplayandstorageisthemainresearchcontent.Firstanalyzedtheresearchbackgroundandsignificance,pointsindetailtheresearchstatusathomeandabroad,forairqualitymonitoringsystemfortheoverallschemedesign,analyzestheworkingprincipleofmonitoringsystemandwirelesstransmissionschemeselectionandtransmissionprincipleofsecondtocontrolthequalityoftheremotemonitoringsystemhardwareandsoftwaresolutionsforthedesign,include:
theselectionofsensors,theclocksystemdesign,expandtheexternalstorage,GPRSwirelesstransmissionmoduleandpowermodule,thesoftwaresysteminitializationandprocessdesignofdataacquisitionandprocessing.
Keywords:
Airqualitytesting;Singlechipmicrocomputer;GPRSwirelesstransmission;Theremotesystem
目录
摘要 1
ABSTRACT 2
1.绪论 4
1.1论文的研究背景及意义 4
1.2国内外现状以及发展趋势 4
1.2.1国外研究现状 4
1.2.2国内发展现状 4
2.空气质量监测系统的总体设计 6
2.1监测系统的工作原理和组成 6
2.2GPRS网络的基本工作原理与组网 6
2.2.1GPRS工作的基本原理 7
2.2.2GPRS组网方案的选择 7
3.空气质量检测终端硬件设计 9
3.1硬件的总体设计 9
3.2传感器的选用以及其调理电路 9
3.2.1温湿度 9
3.2.2气体传感器 10
3.2.3PM2.5传感器 11
3.3时钟系统设计 12
3.4扩展外部存储器 12
3.5GPRS模块的设计 13
3.6电源模块设计 15
4.软件的总体分析 17
4.1数据采集与处理程序设计 17
4.2硬件系统的初始化 18
4.3数据采集采集与处理 19
5.总结 22
参考文献 23
致谢 26
附录一检测主程序程序 26
1.绪论
1.1论文的研究背景及意义
近些年来，我国环境持续恶化，各地均不断陷入雾霾严重污染的环境，由于雾或霾对人体具有较大的危害，因此当上述危害天气出现后，对我国的各个交通体系具有严重影响，导致公路、铁路、供电系统及其他交通运输领域出现造成重要影响，此外还会恶化整个生态环境。
因此为了能够良好保护自然资源，因此长期以来国家非常重视企业的节能减排等工作，相继出台多种保护措施，保护环境。
我国在环境监测等领域仪器水平还不搞，因此当前针对环境的监测大多采用的人工采集及计算机分析的方式，为了能够有效提高环境监测效率，因此国家大力支持相关行业科技水平，不断提高监测系统的智能化、无线化、网络化等发展方向。
因此为了提高空气质量远程监测系统，因此本文采用基于GPRS技术的环境温湿度、二氧化碳、二氧化硫等参数的实时监测系统，并通过GPRS网络接入的方式，从而有效的实现与远程计算机通信系统，从而完成各项数据的传输，达到试试监测环境变化的目的。
1.2国内外现状以及发展趋势
1.2.1国外研究现状
当前国外发达国家率先开展了环境监测等系统的研发工作，如今已经取得了非常显著的研究成果，其中很多技术应用到实际当中，而且大批具有科研成果和技术专利，为环境监测提供有力的技术支持，如美国从上世纪70年代就已经开展空气质量远程监测系统额眼睛工作，经过几十年的发展，已经建立了较为完善的质量监测体系，涉及的国家各个地区十分全面，而且还采用了一套完备的质量保证和质量控制（QA/QC）体系，保障各项采集数据的有效性、完成采集和传输等工作，从而使得监测数据具有良好的可靠性和准确性。
尽管国外起步很早，也建立了相对较为完善的空气远程监测体系，但是可以看到，国外的很多监测体系仍然存在很多的问题，如许多监测站点设置的不合理，而且西方很多国家建立的体系没有实现数据共享，因此无法有效的实现质量数据共享机制，此外还有各个国家质检的联网联调的不足，随着科学技术的快速发展，特别是无线通信技术的快速提升，当前已经能够很好的处理监测环境数据、空气质量预测分析、动态化显示等功能，但仍然存在很大的发展空间。
1.2.2国内发展现状
我国近些年随着对空气质量的重视，因此不断加快空气质量远程环境监测体系，尽管我国起步较晚，技术相对较为落后，而且是以城市为基础建立起来的监测体系，因此当前我国重点的监测数据有空气的温湿度变化、二氧化硫、二氧化碳、PM2.5。
从2000年开始，为了加大空气质量的监测和整治力度，国家加大对相关领域科技研发的力度，截止到2006年底，我国各大城市相继建立了有效且完整的空气质量远程监测体系，且已经能够很好的实现各个省区与重点城市之间的站点联网数据共享等功能，尽管我国已经建立了很多的空气监测站，由于技术相对较为落后以及意识薄弱等环节，因此需要进一步提升科技水平和人员素质。
2.空气质量监测系统的总体设计
2.1监测系统的工作原理和组成
本文设计的监测系统主要包含如下几个模块：
温湿度传感器模块、气体传感器模块、空气颗粒物传感器模块等，其中使用的硬件设备有单片机其型号为MSP430F149、无线输出传输和接收的GPRS模块、和以及控制硬件设备的软件labVIEW软件模块的那个组成单元构成，首先单片机需要采集传感器发出的一系列电压信号，然后将其进行相关的数模转换，从而得到有关空气气量浓度值。
然后将相对应的数据打包成为要求的二进制数码，一般用ASCII然后将对应的数据通过GPRS模块完成数据的传输，经过无线传输模块后相关数据传输至上位机监测中心，经过计算机的处理和分析、运算和显示，从而实现空气质量远程监测功能，由于采用的软件通过软件的编程语言实现，提供LabVIEW因此需要提软件的运行环境，从而得到有关污染气体的浓度值，当超出要求数值情况下，需要发出相关的报警信号。
本文采用的无线远程监测系统的网络结构图如3.1所示：
图2.1系统的结构原理图
根据图2.1所示的结构原理图可以清晰看到系统的流程图如下：
首先在检测现场出安装相关的监测终端设备，通过设立的各个传感器获取各项采集数据，然后将获取的数据经过简单的运算处理，经过GPRS无线传输模块上传至上位机的监测中心处。
其中监测终端主要实现两部分功能：
1、数据的采集工作，可有效的采集现场的各个数据信息，2、设置无线通信GPRS模块。
本文设计的无线传输模块采用为GPRS网络，从而实现各个数据的传输。
2.2GPRS网络的基本工作原理与组网
2.2.1GPRS工作的基本原理
GPRS是当前发展十分成熟的网络通信模式，该通信方式在GSM基础上增加了部分硬件设备此外还针对传输过程中使用的软件进行了必要的升级，当前可以构成一个新的网络结构实体，从而能够更好的提供端到端以及其他的无线IP传输功能。
采用GPRS网络方式不仅具有良好的GSM
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