分布式无线空气质量监测系统软件设计
针对我国空气污染严重的现象，监测空气质量迫在眉睫，但是由于传统的有线传输的成本较高，适应性差以及维修困难，所以使用无线传输势在必行。本文主要是介绍了无线传感器在空气质量监测系统上的应用与设计。利用无线传感器网络来进行数据的采集、发送以及显示。系统由一个终端节点和一个监测节点组成，系统以单片机为核心，采用了PM2.5传感器以及CO传感器来进行空气监测，然后将采集的数据的模拟量通过A/D转换为数字量输出，监测节点将数字信号处理后通过无线收发模块nRF24L01发送给终端节点，终端节点的无线收发器通过与监测节点的无线收发器建立无线通信，最后通过微处理器处理后在液晶屏上面显示。经过调试发现该系统实现了检测PM2.5以及CO数值的基本要求，但尚有不足之处。该系统拥有实时监控，高灵敏性，高稳定性以及便携性好等优点。关键词 空气质量，分布式监测，无线通讯，PM2.5传感器，CO传感器
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 研究现状和发展趋势 1
1.3 工作安排 2
2 分布式无线空气质量监测系统的总体设计 3
2.1 分布式无线空气质量监测系统设计思想 3
2.2 总体功能 4
3 分布式无线空气质量监测系统硬件设计 4
3.1 微处理器STC89C52 5
3.2 检测电路 5
3.3 nRF24L01无线收发器电路 6
3.4 RS232电路 9
3.5 液晶显示屏电路 9
3.6 电源电路 10
4 分布式无线空气质量监测系统软件设计 10
4.1 编译语言的选择 10
4.2 主程序 11
4.3 PM2.5数据采集子程序模块 12
4.4 CO数据采集子程序模块 14
4.5 串口通信子程序模块 15
4.6 无线收发子程序模块 16
4.7 定时器程序设计模块 18
4.8 液晶显示子程序模块 19
5 软硬件联调 21
5.1 初始 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
化状态 21
5.2 正常显示状态 22
5.3 异常显示状态 23
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录A 总硬件电路图 31
附录B PCB板 32
附录C 系统程序代码 33 1 绪论
1．1 课题研究背景和意义
目前中国的空气污染非常严重，空气污染是指人类生产以及生活产生的各种污染物排放到大气层中，污染的已经含量超过了环境容量，空气质量严重恶化，使人们的工作，健康，财产以及环境都受到了恶劣的影响。中国的空气污染主要来源是生产和生活的用煤，主要污染物是二氧化硫和粉尘，令人震惊的是空气污染对人体健康有害的事实已经成为“看不见的杀手”，随着化石燃烧燃料，采矿，金属冶炼等人类活动，大量的重金属废料进入大气中形成了主要的污染原因[1]。
空气中的可吸入颗粒物和总悬浮颗粒物是被人们所熟悉的两种空气主要污染物，其中我们很常听说的可吸入颗粒物是PM2.5，众所周知PM2.5对人体的伤害很大，如果大量吸入的话可能会引起哮喘以及支气管炎等慢性疾病，而且可能会丧失血氧的能力因为它会损害血红蛋白，PM2.5中的一些成分会导致身体癌症的病变[2]。我们大家都知道CO是无色，无味的有害气体，所以很容易导致中毒因为经常被忽视。CO中毒的原因是由于CO进入体内后会和血红蛋白结合，然后排除血红蛋白和氧气的结合，从而导致中毒者缺氧，然后危及生命。常见于普通的家庭房，或者通风条件较差，煤气或液化石油气管道泄漏或工矿生产中的煤矿，所以现在我们需要高科技来检测和防止PM2.5和CO带来的危害。
众所周知空气质量的好坏与人类的可持续发展息息相关，所以为了克服中国当前的空气质量监测技术的不足，监测面积较小以及便携式监测和永久监测不匹配等缺点，所以我们需要建立起系统完善的空气质量监测系统。无线传感器技术和嵌入式技术基于设计开发一套先进的空气质量检测设备，既可以作为便携式空气质量监测设备，也可以作为永久性监控点，使群众了解当前的空气质量对日常生活的指导意义非常重大[3]。
现有的空气质量监测系统主要是针对室内空间的温湿度，PM2.5的含量以及空气污染气体（如VOCs气体）的浓度在单点的检测，但是根本无法满足多点实时监测和控制大规模空气质量的要求。因此，该系统采用无线传感器网络来实现数据的采集和传输，目的主要是在网络覆盖区域中测量，收集和处理信息，然后将信息发送给监测者[4]。
加强环境监测和治理来确保人们的健康尤为重要。特别是我国人口众多，卫生水平跟不上其他发达国家，所以加强环境的监测势在必行。
1．2 研究现状和发展趋势
在现代工业控制计算机领域，凭借其独特的运行能力，数据处理以及分析的能力，在测控体系中发挥了很重要作用。随着计算机网络技术的不断进步与发展，通过分布式无线监控的方式已经被大范围的应用在了空气监测系统中[5]。无线传感器网络被发现并且研究于90年代末期，无线传感器网络开始主要是被用于在军事战场上的信息收集。从21世纪初以来，传感器网络的应用在学术界，美国以及欧洲都受到很大的关注，为许多无线传感器网络研究项目做出了贡献，很多人认为无线传感器的开发与应用传感器网络将会导致未来战争中的军事技术革命和划时代的变革[6]。
空气污染不是一个地区，一个国家发生的而是在世界范围内普遍存在的，空气污染是环境污染的重要组成部分。在2003年，很多的企业开始研究无线传感器网络，而且进行了很多的研究计划关于无线传感器网络以及分布式无线传感器的特性。很多发达国家早在20世纪70年代就开始关心和注意大气污染的问题，然后开始每天，每周，每月地对空气质量进行检测并且分析相关数据，然后准时地向大家发布所采集到的数据。随着技术不断地发展，空气质量监测系统的发展不断地发展和完善在很多的发达国家，可以轻松地完成空气质量的实时、大区域的监测以及数据分析[7]。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 研究现状和发展趋势 1
1.3 工作安排 2
2 分布式无线空气质量监测系统的总体设计 3
2.1 分布式无线空气质量监测系统设计思想 3
2.2 总体功能 4
3 分布式无线空气质量监测系统硬件设计 4
3.1 微处理器STC89C52 5
3.2 检测电路 5
3.3 nRF24L01无线收发器电路 6
3.4 RS232电路 9
3.5 液晶显示屏电路 9
3.6 电源电路 10
4 分布式无线空气质量监测系统软件设计 10
4.1 编译语言的选择 10
4.2 主程序 11
4.3 PM2.5数据采集子程序模块 12
4.4 CO数据采集子程序模块 14
4.5 串口通信子程序模块 15
4.6 无线收发子程序模块 16
4.7 定时器程序设计模块 18
4.8 液晶显示子程序模块 19
5 软硬件联调 21
5.1 初始 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
化状态 21
5.2 正常显示状态 22
5.3 异常显示状态 23
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录A 总硬件电路图 31
附录B PCB板 32
附录C 系统程序代码 33 1 绪论
1．1 课题研究背景和意义
目前中国的空气污染非常严重，空气污染是指人类生产以及生活产生的各种污染物排放到大气层中，污染的已经含量超过了环境容量，空气质量严重恶化，使人们的工作，健康，财产以及环境都受到了恶劣的影响。中国的空气污染主要来源是生产和生活的用煤，主要污染物是二氧化硫和粉尘，令人震惊的是空气污染对人体健康有害的事实已经成为“看不见的杀手”，随着化石燃烧燃料，采矿，金属冶炼等人类活动，大量的重金属废料进入大气中形成了主要的污染原因[1]。
空气中的可吸入颗粒物和总悬浮颗粒物是被人们所熟悉的两种空气主要污染物，其中我们很常听说的可吸入颗粒物是PM2.5，众所周知PM2.5对人体的伤害很大，如果大量吸入的话可能会引起哮喘以及支气管炎等慢性疾病，而且可能会丧失血氧的能力因为它会损害血红蛋白，PM2.5中的一些成分会导致身体癌症的病变[2]。我们大家都知道CO是无色，无味的有害气体，所以很容易导致中毒因为经常被忽视。CO中毒的原因是由于CO进入体内后会和血红蛋白结合，然后排除血红蛋白和氧气的结合，从而导致中毒者缺氧，然后危及生命。常见于普通的家庭房，或者通风条件较差，煤气或液化石油气管道泄漏或工矿生产中的煤矿，所以现在我们需要高科技来检测和防止PM2.5和CO带来的危害。
众所周知空气质量的好坏与人类的可持续发展息息相关，所以为了克服中国当前的空气质量监测技术的不足，监测面积较小以及便携式监测和永久监测不匹配等缺点，所以我们需要建立起系统完善的空气质量监测系统。无线传感器技术和嵌入式技术基于设计开发一套先进的空气质量检测设备，既可以作为便携式空气质量监测设备，也可以作为永久性监控点，使群众了解当前的空气质量对日常生活的指导意义非常重大[3]。
现有的空气质量监测系统主要是针对室内空间的温湿度，PM2.5的含量以及空气污染气体（如VOCs气体）的浓度在单点的检测，但是根本无法满足多点实时监测和控制大规模空气质量的要求。因此，该系统采用无线传感器网络来实现数据的采集和传输，目的主要是在网络覆盖区域中测量，收集和处理信息，然后将信息发送给监测者[4]。
加强环境监测和治理来确保人们的健康尤为重要。特别是我国人口众多，卫生水平跟不上其他发达国家，所以加强环境的监测势在必行。
1．2 研究现状和发展趋势
在现代工业控制计算机领域，凭借其独特的运行能力，数据处理以及分析的能力，在测控体系中发挥了很重要作用。随着计算机网络技术的不断进步与发展，通过分布式无线监控的方式已经被大范围的应用在了空气监测系统中[5]。无线传感器网络被发现并且研究于90年代末期，无线传感器网络开始主要是被用于在军事战场上的信息收集。从21世纪初以来，传感器网络的应用在学术界，美国以及欧洲都受到很大的关注，为许多无线传感器网络研究项目做出了贡献，很多人认为无线传感器的开发与应用传感器网络将会导致未来战争中的军事技术革命和划时代的变革[6]。
空气污染不是一个地区，一个国家发生的而是在世界范围内普遍存在的，空气污染是环境污染的重要组成部分。在2003年，很多的企业开始研究无线传感器网络，而且进行了很多的研究计划关于无线传感器网络以及分布式无线传感器的特性。很多发达国家早在20世纪70年代就开始关心和注意大气污染的问题，然后开始每天，每周，每月地对空气质量进行检测并且分析相关数据，然后准时地向大家发布所采集到的数据。随着技术不断地发展，空气质量监测系统的发展不断地发展和完善在很多的发达国家，可以轻松地完成空气质量的实时、大区域的监测以及数据分析[7]。
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