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　　AG体育基于WEB空气质量实时监测系统 摘要：基于WEB模式的空气质量实时监测系统，使用SO2?pNO2?pCO?pO3气体传感器、细颗粒物（PM2.5） 传感器，以STC12LE5A16S2单片机为核心控制器，通过GPRS网络将采集的数据发送到互联网的指定服务器上，监测结果以WEB形式呈现给用户。该系统可以实现远程全自动监控，对当前空气质量进行评价，随时随地为用户提供空气质量信息服务，可以为预测空气质量提供依据，实现了对空气质量数据的采集与监测、管理及分析。 关键词：空气质量；实时监测；STC12LE5A16S2 中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）02-0469-04 DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.02.052 雾霾是临时性大气污染造成的，不易受控制，所以实时监控设备对人们出行显得特别重要。WEB空气质量实时监测相比使用传统的空气采样并利用化学方法计算浓度的测量时间少，也很方便[1]。WEB空气质量实时监控是为企业和家庭用户定制，将小范围内的空气污染详细数据提供给用户，为用户提供出行方案。该系统能够实现对空气质量参数，如PM2.5、CO、O3、NO2、SO2等参数远程自动监测，并根据参数及近段时间空气质量信息，提出出行方案、健康提示。 1 系统网络拓扑图 气体传感器将空气污染物浓度信号传到AD转换芯片，AD转换芯片将模拟信号转换为数字信号，单片机接收、分析、处理数字信号，再加密数据后传输给GPRS模块，使用GPRS网络，内置TCP/IP协议，将加密后的数据发送到服务器端，服务器端接收数据并提取转换实际有效的数据，写入到数据库，数据库存储海量数据，为WEB前台提供接口，WEB前台调用指定数据库的数据并进行显示。系统网络拓扑图如图1所示。 2 系统硬件设计 传感器将采集的空气各参数浓度值以电压形式送往AD转化芯片。AD转化芯片将各个参数模拟量转化为数字量以供中央处理器进行数据分析、处理，再加密。GPRS数据发送模块将处理后的数据发往服务器端，以完成数据从采集到处理到发送的整个系统需求。整体硬件结构如图2所示。 2.1 传感器 SO2?pNO2?pCO?pO3气体的检测分别使用了TGS-SO2?pWSP1110?pME2-CO?pMQ-131传感器。MQ系列传感器是在洁净空气中使用的电导率低的气敏材料，其采用高低温循环检测的方式检测气体，传感器的电导率随空气中的气体浓度增大而增大，转化为与该气体浓度相对应的输出信号。对于PM2.5的粉尘检测使用了夏普粉尘传感器 GP2Y1010AU，它发射一定频率红外光，借以粉尘对光的漫反射将红外光反射到光敏二极管上，从而改变传感器输出的电压，随着粉尘的增多，输出的电压也成一定的比例增加。传感器采集模块采用简单可靠的电路设计，空气气体中气体浓度的变化改变着传感器输出的模拟电压值，将模拟值送入模数转化芯片ADC7888，进而进行后期的数据处理。传感器的输出电压和空气的气体浓度成一定的比例关系，为系统数据的稳定性、真实性提供有力的保障。传感器设计电路如图3所示。 2.2 GPRS模块 传输模块选择了SIM900A的GPRS双频模块，具有尺寸小、硬件接口多、功耗低、传输数据量大、速度快、通信协议简单等优点，最重要的是其内嵌TCP/IP协议，使网络数据传输更方便。GPRS模块网络数据的传输无地域限制、无时间限制、无信息量限制[2]。单片机通过串口和该模块进行通信，发送AT命令完成重要的信息通信，如模块的开机、关机、信息的接收和发送等操作。 2.3 电源管理模块 系统提供双电源供电有效保障产品在突发事件的应急性，并且设计三路稳压分别为各模块供电，保证系统的稳定性。电源电路采用78M05、LM2940稳压芯片分别为传感器和AD芯片及各部分电路供电。采用开关电源MIC29302为单片机和GPRS模块供电。电源模块设计电路如图4所示。 3 系统软件设计 系统总的软件由4个部分组成，分别为底层STC12LE控制程序、服务器数据接收程序、数据库存储程序、WEB前端显示程序。底层STC12LE程序是用来控制采集数据和将数据发送到GPRS网络上。服务器数据接收程序将网络上接收的数据解码还原成真实的浓度值，并根据当前的时间写入到数据库中。数据库存储程序主要是将数据快速的存储到数据库中，建立索引方便查找。WEB前端显示程序根据用户的请求显示不同的数据。 3.1 底层STC12LE控制程序 底层STC12LE控制程序主要是监测控制各个模块的状态，并将AD转换的数据通过GPRS模块发送到GPRS网络进而发送到互联网。首先程序进行一系列的初始化，再检查GPRS模块是否连接到网络，产品的编码等待服务器回应，将产品编码后发送0x00，GPRS模块将收到的0x00转发到STC12LE串口2，STC12LE收到信息后表示响应成功，接下来开始AD转换，将转换好的数据通过GPRS模块发送到服务器上。同时每隔10 min发送1次，直到用户停止或者收到停止的信息停止发送数据。底层STC12LE控制程序见图5。 3.2 服务器数据接收程序 数据接收程序是用VC6.0基于MFC编写的，主要的功能是从网络上的大量数据中提取有效数据并转换成真实的浓度，实时的写入到数据库中。该程序的主要技术有：界面编程、多线程、网络编程、数据库编程等。WIN32接收数据程序框图见图6。 3.3 数据库存储程序 Microsoft SQL Server 2005 是一个全面的数据库平台，使用集成的商业智能（BI）工具提供了企业级的数据管理[3，4]。Microsoft SQL Server 2005数据库引擎为关系型数据和结构化数据提供了更安全可靠的存储功能，可以构建和管理用于业务的高可用和高性能的数据应用程序。 3.4 WEB前端显示程序 IIS是一种Web服务组件，其中包括Web服务器、FTP服务器、NNTP服务器和SMTP服务器，分别用于网页浏览、文件传输、新闻服务和邮件发送等方面，它可以使得在网络上发布信息成为一件很容易的事[5，6]。 4 实例应用 表1为2014年10月15日测量一天的日均值实时显示结果。由表1可以看出，其中PM2.5日均值是0.029 548 mg/m3，O3日均值 0.1 mg/m3，CO日均值是6.001 mg/m3，NO2的日均值是 0.080 445 mg/m3，SO2日均值是 0.050 099 mg/m3。 再根据我国城市空气质量日报API分级标准参考，空气质量指数AQI为55，空气质量良好。同时，测出当天某一段时间内可吸入颗粒物浓度的变化，可以看出变化量比较大。同样在上位机上可预测到2014年11月10日西安空气质量指数AQI为87，为二级，空气质量良好。 5 小结 本研究设计了WEB空气质量监测系统，实现了各个气体传感器将模拟空气浓度模拟信号传到AD转换芯片将模拟信号转换为数字信号，单片机接收、分析、处理数字信号，再加密数据后传给GPRS模块，使用TCP/IP协议，将加密后的数据发送到服务器端，服务器端接收数据并提取转换实际有效的数据写入到数据库，服务器端是基于多线程网路数据库的后台程序，同时可以支持客户访问的连接、处理，并写入到数据库，为WEB前台提供接口，WEB前台调用指定数据库的数据并进行直观显示。 参考文献： [1] 邵华钢，程 劲，王 辉，等.面向物联网的系统及其中间件设计[J].计算机工程，2010，36（17）：84-86. [2] 郡 磊，倪 明，王 强.基于FPGA的Web服务定时系统设计与实现[J].计算机工程，2011，37（21）：221-225. [3] 景 博，李金粱，等.嵌入式Web传感器网络通信模块的设计与实现[J].计算机工程，2006，32（2）：248-252. [4] ROTHMAN L S，BARBE A.The HITRAN 2004 molecular spectroscopic database[J]. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer，2005，99（2）：139-204. [5] 董玉德，于 洽，金国良.基于Web的蔬菜农药残留检测网络监控系统构建[J].农业工程学报，2008，24（5）：178-181. [6] 黄新燕，张承阳.基于web的开放式数控系统远程检测及诊断系统研究[J].机床与液压，2007，35（11）：165-168.

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