基于云平台的校园空气质量分析系统设计(附件)【字数：12535】
摘 要近些年来，为发展国内经济，大肆开设工厂，砍伐树木，导致现如今的空气质量急剧下降，最终导致了雾霾。“雾霾”一词已引起了全社会极大的关注，在物质相对不匮乏的当今社会，健康已经成为人们越来越追求的对象，所以空气质量也成为人们关注的重点之一。 目前，有关收集室内空气质量数据的产品，如测量仪器，手持设备，监控系统等，大部分单纯只可以收集温度和湿度两种指标的数据。 因为监测器材的局限性，得出的不可能是一个完整的环境评估。 为了更好的反映区域内空气质量的状况,通过无线的形式来收集和分析室内空气质量数据，系统的收集测试地区的环境信息空气质量结果，提供更加精确的数据。这样可以提供有效改善环境方法的依据，具有很大的实用价值，同时应用范围也很广。摘 要 2
目 录
第一章 绪论 5
1.1研究背景与研究意义 5
1.2空气质量监测系统开发的意义 5
1.3本文研究内容 6
第二章 系统设计方案与总体框架 8
2.1系统设计方案 8
2.2 系统流程图 9
第三章 硬件的设计与实现 10
3.1 Arduino UNO R3控制板 10
3.2 Ethernet W5100网络控制板 13
3.3灰尘传感器 夏普 PM2.5 GP2Y1010AU0F 16
3.4本章小结 20
第四章 软件的设计与实现 21
4.1 软件流程图 21
4.2 Arduino IDE 21
4.3 网络相关 22
4.4本章小结 23
第五章 实验方案及实验结果 24
5.1实验方案 24
5.2实验结果 32
5.3本章小结 36
第六章 实验结论和未来展望 37
6.1 实验结论 37
6.2 未来展望 37
结论 38
致 谢 39
附录 40
第一章 绪论
1.1研究背景与研究意义
AQI（空气质量指数）是定量表达空气质量的无量纲指标，包括可用于评 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
估空气质量，透气颗粒物，二氧化硫，二氧化氮，臭氧等的颗粒污染物。 碳氧化合物是主要污染物[1]。
中国的空气质量监测和监测网络主要开始于20世纪80年代，因为历史上的各种原因，使得我国在极大程度上落后于欧美发达国家。当美国开始大力推挤空气质量监测系统时，我国虽有心发展，但在碍于当时特殊的国情和各种因素的影响，检测点的布局程度远不及欧美国家和日本。限于没有与其相关的技术和水平的支持，并且由于缺少相关的技术和经济实力，使得中国在空气质量监视系统上所花费的运营成本要远高于欧美国家的成本。经济的快速开发，人们的追求并不单纯只停留在物质层面上，对于身体健康开始越发的重视。人们对健康的重视，尤其是现在存在的严重的空气问题，国家政府越来越把目光转向空气质量的监测系统的开发上，在一些省、市和主要城市，通过互联网检测和显示空气污染正在发生。 虽取得了相应程度上较为良好的成绩，但还是有着巨大的拓展空间[2]。
城市部门每天都会发布空气质量，但该指标只能够显示该城市当天内空气的整体质量的程度，地处不同的区域，所得出的数据也不尽相同。
对特定区域的空气数据进行收集和分析是空气检测系统的定义，空气检测系统在自动收集空气中发生着变化的数据的同时，自发进行着对这些数据的分析步骤，这就是自动监测采集空气质量数据的装置，这样的装置可以较为准确的反映出现实的空气质量的情况。
通常主要通过无线局域网的途径向云平台传输数据。当设备准备采集空中数据时，操作一次运行合作的空气质量控制模块，并在一定程度上自动对所获得的结果进行更严格的分析，这可以分析与标准数据相比较的一部分数据，较于人工计算更为客观、快速、准确。自动化的空气检测，对提高自动化和空气质量检测系统的智能化水平，具有显着的影响，将是一个很好的保护环境和治理的驱动力。
1.2空气质量监测系统开发的意义
1.国内现状
在新中国正式成立之后，需要以极快的速度来发展经济，当政者过于开发经济，导致对土地的利用率越来越大，极大一部分的土地变成高楼大厦，各种经济过度开发的后遗症在慢慢呈现出来，其中最为突出的是大城市呼吸和心血管系统等疾病的得病率大幅增加[3]。由于空气中逐渐增加的可吸入颗粒数目，占据相当一部分的市民出现了不同程度上的呼吸疾病的症状，其中“雾霾”也同时成为热点词之一。因为雾霾具有非常强的流动性，其中PM2.5是其最主要成分，所以它的数值的变化是全社会关注的重点之一。
南京所设立的空气质量自动监测站，最初是环保部门首先选定了空气自动监测站，并对其进行维护。但是，随着人们对空气质量数据要求的提高，大气监测站的数量正在增加。九个国家控制点是国家最初设立的，到增加四个区域控制点，然后继续增加几个城市的控制点数量，如今南京市的自动监测站的数量较刚起步时翻了一番。随着监测站数量的增加，维护需求甚至更高。南京地区现有人员的数目不能够再达到维修要求。为了解决问题，政府部门采用现有自动监测站的招标方式，将监管权转交给第三方进行维护，因此，所有新建的自动监控站均由第三方建设和维护，政府就向这些公司购买服务。
截止2017年，建立我国总共建立了200多个主要监测站。 对空气质量进行监测、 科学取样并实时公布的大气的各项数据，并且开展全天候监测，及时发送指定地点所收集的各种数据，严格对空气质量的实际具体情况进行相对的分析和处理。到目前为止，空气质量监测系统已成为国家发展的主要重点发展对象之一。
2. 其他国家现状
反观国外，以经济最为发达的美国为例，有强有力的经济支撑，所以空气质量监测网络的起步较早，相对其他国家来说经验丰富。目前，SLAMS已经在全国部署了4000多个监测点。并且自1996年被投入使用以来，它一直用于监测环境污染物。经过这些年的不断发展， PM 2.5的监测点已从0增加到超过1,000。 美国空气质量监测系统是根据空气质量管理要求、不断变化的空气污染法律法规的相关要求来逐渐进化。
目 录
第一章 绪论 5
1.1研究背景与研究意义 5
1.2空气质量监测系统开发的意义 5
1.3本文研究内容 6
第二章 系统设计方案与总体框架 8
2.1系统设计方案 8
2.2 系统流程图 9
第三章 硬件的设计与实现 10
3.1 Arduino UNO R3控制板 10
3.2 Ethernet W5100网络控制板 13
3.3灰尘传感器 夏普 PM2.5 GP2Y1010AU0F 16
3.4本章小结 20
第四章 软件的设计与实现 21
4.1 软件流程图 21
4.2 Arduino IDE 21
4.3 网络相关 22
4.4本章小结 23
第五章 实验方案及实验结果 24
5.1实验方案 24
5.2实验结果 32
5.3本章小结 36
第六章 实验结论和未来展望 37
6.1 实验结论 37
6.2 未来展望 37
结论 38
致 谢 39
附录 40
第一章 绪论
1.1研究背景与研究意义
AQI（空气质量指数）是定量表达空气质量的无量纲指标，包括可用于评 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
估空气质量，透气颗粒物，二氧化硫，二氧化氮，臭氧等的颗粒污染物。 碳氧化合物是主要污染物[1]。
中国的空气质量监测和监测网络主要开始于20世纪80年代，因为历史上的各种原因，使得我国在极大程度上落后于欧美发达国家。当美国开始大力推挤空气质量监测系统时，我国虽有心发展，但在碍于当时特殊的国情和各种因素的影响，检测点的布局程度远不及欧美国家和日本。限于没有与其相关的技术和水平的支持，并且由于缺少相关的技术和经济实力，使得中国在空气质量监视系统上所花费的运营成本要远高于欧美国家的成本。经济的快速开发，人们的追求并不单纯只停留在物质层面上，对于身体健康开始越发的重视。人们对健康的重视，尤其是现在存在的严重的空气问题，国家政府越来越把目光转向空气质量的监测系统的开发上，在一些省、市和主要城市，通过互联网检测和显示空气污染正在发生。 虽取得了相应程度上较为良好的成绩，但还是有着巨大的拓展空间[2]。
城市部门每天都会发布空气质量，但该指标只能够显示该城市当天内空气的整体质量的程度，地处不同的区域，所得出的数据也不尽相同。
对特定区域的空气数据进行收集和分析是空气检测系统的定义，空气检测系统在自动收集空气中发生着变化的数据的同时，自发进行着对这些数据的分析步骤，这就是自动监测采集空气质量数据的装置，这样的装置可以较为准确的反映出现实的空气质量的情况。
通常主要通过无线局域网的途径向云平台传输数据。当设备准备采集空中数据时，操作一次运行合作的空气质量控制模块，并在一定程度上自动对所获得的结果进行更严格的分析，这可以分析与标准数据相比较的一部分数据，较于人工计算更为客观、快速、准确。自动化的空气检测，对提高自动化和空气质量检测系统的智能化水平，具有显着的影响，将是一个很好的保护环境和治理的驱动力。
1.2空气质量监测系统开发的意义
1.国内现状
在新中国正式成立之后，需要以极快的速度来发展经济，当政者过于开发经济，导致对土地的利用率越来越大，极大一部分的土地变成高楼大厦，各种经济过度开发的后遗症在慢慢呈现出来，其中最为突出的是大城市呼吸和心血管系统等疾病的得病率大幅增加[3]。由于空气中逐渐增加的可吸入颗粒数目，占据相当一部分的市民出现了不同程度上的呼吸疾病的症状，其中“雾霾”也同时成为热点词之一。因为雾霾具有非常强的流动性，其中PM2.5是其最主要成分，所以它的数值的变化是全社会关注的重点之一。
南京所设立的空气质量自动监测站，最初是环保部门首先选定了空气自动监测站，并对其进行维护。但是，随着人们对空气质量数据要求的提高，大气监测站的数量正在增加。九个国家控制点是国家最初设立的，到增加四个区域控制点，然后继续增加几个城市的控制点数量，如今南京市的自动监测站的数量较刚起步时翻了一番。随着监测站数量的增加，维护需求甚至更高。南京地区现有人员的数目不能够再达到维修要求。为了解决问题，政府部门采用现有自动监测站的招标方式，将监管权转交给第三方进行维护，因此，所有新建的自动监控站均由第三方建设和维护，政府就向这些公司购买服务。
截止2017年，建立我国总共建立了200多个主要监测站。 对空气质量进行监测、 科学取样并实时公布的大气的各项数据，并且开展全天候监测，及时发送指定地点所收集的各种数据，严格对空气质量的实际具体情况进行相对的分析和处理。到目前为止，空气质量监测系统已成为国家发展的主要重点发展对象之一。
2. 其他国家现状
反观国外，以经济最为发达的美国为例，有强有力的经济支撑，所以空气质量监测网络的起步较早，相对其他国家来说经验丰富。目前，SLAMS已经在全国部署了4000多个监测点。并且自1996年被投入使用以来，它一直用于监测环境污染物。经过这些年的不断发展， PM 2.5的监测点已从0增加到超过1,000。 美国空气质量监测系统是根据空气质量管理要求、不断变化的空气污染法律法规的相关要求来逐渐进化。
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