基于PIC32的環(huán)境質(zhì)量監測系統

1. 摘要

環(huán)境中空氣質(zhì)量的好壞反映了環(huán)境的污染程度，它是依據空氣中污染物濃度的高低來(lái)判斷的?？諝馕廴臼且粋€(gè)復雜的現象，在特定時(shí)間和地點(diǎn)空氣污染物濃度受到許多因素影響。來(lái)自固定和流動(dòng)污染源的人為污染物排放大小是影響空氣質(zhì)量的最主要因素之一，其中包括車(chē)輛、船舶、飛機的尾氣、工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)排放、居民生活和取暖、垃圾焚燒等。城市的發(fā)展密度、地形地貌和氣象等也是影響空氣質(zhì)量的重要因素。

環(huán)境污染問(wèn)題一直是困擾大家的一塊心病，其重要原因之一是沒(méi)有能夠根據具體的準確的環(huán)境質(zhì)量參數采取有效的措施?；诖?，本方案將實(shí)現一款準確采集環(huán)境各方面參數并進(jìn)行或存儲或傳輸的高質(zhì)量環(huán)境監測系統。

2. 技術(shù)原理

為了改善環(huán)境空氣質(zhì)量，防止生態(tài)破壞，創(chuàng )造清潔適宜的環(huán)境，保護人體健康，我國根據《中華人民共和國環(huán)境保護法》和《中華人民共和國大氣污染防治法》制定了《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-1996）。這個(gè)標準規定了環(huán)境空氣質(zhì)量功能區劃分、標準分級、主要污染物項目和這些污染物在各個(gè)級別下的濃度限值等，是評價(jià)空氣質(zhì)量好壞的科學(xué)依據。

為了能準確的判斷出環(huán)境空氣質(zhì)量，本設計擬通過(guò)各種傳感器采集到環(huán)境質(zhì)量參數，經(jīng)濾波，去噪等算法處理后綜合得出質(zhì)量等級。將此等級與B3095-1996進(jìn)行對比即可大概判定質(zhì)量好壞。

一方面，主控制器通過(guò)IO接口控制溫濕度傳感器、紫外線(xiàn)傳感器、空氣質(zhì)量傳感器，收集其采集到的原始環(huán)境空氣參數。由采樣定理可知：采樣頻率等于信號頻率2倍以上時(shí)才能準確恢復原始信號。即，要獲得真實(shí)的環(huán)境質(zhì)量參數，必須滿(mǎn)足以下式子：

f(s)≥2f(q)

其中，f(s)為采樣頻率，f(q)為被采樣信號頻率。在實(shí)際應用中，一般取f(s)=5f(q)。對于本系統來(lái)說(shuō)，實(shí)際的溫度、濕度都是低頻信號，很容易就可以滿(mǎn)足以上采樣條件。

另外一方面，在數據傳輸方面，本設計可以靈活的使用，可以根據安裝地點(diǎn)的特點(diǎn)選擇不同的傳輸模式：

①當安裝地點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )不發(fā)達時(shí)，可以使用其數據存儲功能，將采集到的環(huán)境數據存儲于NANDFLASH芯片，然后定期去收集。

②當安裝地點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )發(fā)達時(shí)，可以將其聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將采集的環(huán)境數據實(shí)時(shí)傳回PC控制臺。

在這個(gè)系統中，需要及時(shí)傳輸采集到的環(huán)境參數，這就需要系統擁有良好的實(shí)時(shí)性。綜合各種實(shí)時(shí)系統的優(yōu)缺點(diǎn)，本方案選擇了 uc/os-II 實(shí)時(shí)操作系統。本操作系統在滿(mǎn)足方案實(shí)時(shí)性的要求的同時(shí)，最大的優(yōu)點(diǎn)是其系統內核全用c語(yǔ)言實(shí)現，具有較強的移植性，能大大加快方案的實(shí)施進(jìn)度。而且，其應用在這類(lèi)作為學(xué)習開(kāi)發(fā)目的的項目中是免費的。

另外，由于要傳輸的數據是通過(guò)多個(gè)傳感器采集并由MCU處理過(guò)的數據，在量上不及語(yǔ)音通話(huà)、PC通信這樣大，所以本設計計劃移植輕量級TCPIP協(xié)議棧LWIP（Low Lewal IP）來(lái)實(shí)現數據網(wǎng)絡(luò )傳輸?；贚WIP的開(kāi)源性和大量的開(kāi)發(fā)資料，再結合PIC32的技術(shù)支持，相信這塊也能較好的完成。