1. 需求概述
1.1 項(xiàng)目背景
當(dāng)前慈俯，全國(guó)環(huán)保系統(tǒng)按照空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)建成了發(fā)展中國(guó)家最大的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)煮落，所有地級(jí)以上城市都按照新的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展了包括PM2.5在內(nèi)的6項(xiàng)主要空氣污染物監(jiān)測(cè)更胖，并實(shí)時(shí)發(fā)布監(jiān)測(cè)信息。
? ?面對(duì)當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)的新形勢(shì)和新要求嫉你，我國(guó)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)事業(yè)發(fā)展還存在網(wǎng)絡(luò)范圍和要素覆蓋不全名段，建設(shè)規(guī)劃與信息發(fā)布不統(tǒng)一，信息化水平和共享程度不高颖对，監(jiān)測(cè)與監(jiān)管結(jié)合不緊密捻撑，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量有待提高等突出問(wèn)題，影響了監(jiān)測(cè)的科學(xué)性缤底、權(quán)威性和政府的公信力。對(duì)此番捂，建立一套優(yōu)良的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)个唧，對(duì)重點(diǎn)抓好全國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)體系建設(shè)、確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性设预、以及環(huán)境管理和決策提供了科學(xué)支撐徙歼。
1.2 系統(tǒng)目標(biāo)
按照新頒布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,對(duì)細(xì)顆粒物(PM2.5)、臭氧(O3)鳖枕、一氧化碳(CO)等新增監(jiān)測(cè)標(biāo)魄梯，建立健全統(tǒng)一 的質(zhì)量管理體系和點(diǎn)位管理制度，完善空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)方法與信息發(fā)布機(jī)制宾符，建設(shè)先進(jìn)的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng),從而打造智慧城市酿秸。
? ?通過(guò)本次建設(shè)具體實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo):
? ?●實(shí)現(xiàn)空氣污染物的自動(dòng)監(jiān)測(cè)
? ?●實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量審核發(fā)布
1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)整體由控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊魏烫、信息傳輸模塊和報(bào)警顯示模塊組成.數(shù)據(jù)采集模塊由溫濕度傳感器辣苏、紫外線(xiàn)傳感器、煙霧傳感器哄褒、PM 2.5傳感器和人體感應(yīng)模塊組成,對(duì)范圍內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集.控制模塊包括主機(jī)和從機(jī)兩部分.從機(jī)控制數(shù)據(jù)采集模塊正常運(yùn)行,將采集數(shù)據(jù)通過(guò) 無(wú)線(xiàn)傳輸模塊發(fā)送到系統(tǒng)主機(jī);主機(jī)搭載報(bào)警顯示模塊和GPRS模塊實(shí)現(xiàn)環(huán)境預(yù)警稀蟋、數(shù)據(jù)顯示和發(fā)送信息的功能.信息傳輸模塊分為無(wú)線(xiàn)傳輸模塊 和GPRS模塊.無(wú)線(xiàn)傳輸模塊使用NRF24L01聯(lián)通上下位機(jī);GPRS模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)通訊.報(bào)警模塊包括聲光報(bào)警與LCD屏顯示數(shù)據(jù).系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)如圖所示
2. 系統(tǒng)功能需求
（1）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)安裝的無(wú)線(xiàn)采集設(shè)備相連的氣體傳感器，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)氣體濃度呐赡，并即時(shí)經(jīng)由樂(lè)聯(lián)網(wǎng)關(guān)上傳到監(jiān)測(cè)中心退客，保證數(shù)據(jù)的時(shí)效性。
（2）遠(yuǎn)程集中管理：能夠根據(jù)無(wú)線(xiàn)設(shè)備和傳感器安裝的位置對(duì)整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中的設(shè)備分區(qū)域顯示链嘀，對(duì)不同地點(diǎn)萌狂、不同場(chǎng)景的監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行區(qū)別管理，同時(shí)也能對(duì)多區(qū)域進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)管闷。
（3）原始數(shù)據(jù)處理：對(duì)上傳到服務(wù)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理粥脚，能夠在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)時(shí)間性的數(shù)據(jù)圖形或是到處數(shù)據(jù)報(bào)表，以達(dá)到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)空氣環(huán)境進(jìn)行分析的作用包个。
（4）數(shù)據(jù)斷點(diǎn)續(xù)存：在該解決方案當(dāng)中刷允，當(dāng)遇到上傳服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)時(shí)冤留，使用的智能網(wǎng)關(guān)能夠自動(dòng)存儲(chǔ)下方連接設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)。待傳輸網(wǎng)絡(luò)連接成功后树灶，會(huì)將緩存的數(shù)據(jù)第一時(shí)間上傳到服務(wù)器纤怒，防止數(shù)據(jù)因網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題出現(xiàn)丟失。
（5）智能短信報(bào)警功能：當(dāng)監(jiān)測(cè)到的氣體濃度高于客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的限制濃度時(shí)天通，能夠?qū)崿F(xiàn)平臺(tái)端泊窘、設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)以及用戶(hù)手機(jī)短信等多個(gè)場(chǎng)景的報(bào)警提醒功能，便于客戶(hù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的了解像寒。
（6）主動(dòng)故障提醒：一旦現(xiàn)場(chǎng)使用的監(jiān)測(cè)設(shè)備出現(xiàn)異常烘豹，會(huì)主動(dòng)上報(bào)異常狀態(tài)，便于客戶(hù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題诺祸，并有針對(duì)性的找到故障設(shè)備携悯。
（7）設(shè)備遠(yuǎn)程控制:客戶(hù)可以在監(jiān)控中心對(duì)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程啟動(dòng)、設(shè)定工作時(shí)間等遠(yuǎn)程操作筷笨，并可對(duì)設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)進(jìn)行查詢(xún)憔鬼。
2.1 環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊
2.1.1 功能描述
該模塊分為溫濕度采集模塊、紫外線(xiàn)檢測(cè)模塊胃夏、煙霧監(jiān)測(cè)模塊轴或、PM,s傳感器模塊和人體紅外檢測(cè)模塊。
? ?系統(tǒng)使用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采集溫濕度數(shù)據(jù),DHT11是一款復(fù)合傳感器,含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出.內(nèi)部由NTC測(cè)溫元件和電阻式感濕元件組成,并且和一個(gè)高性能的8位單片機(jī)相連接,反應(yīng)迅速仰禀、能有效抵抗干擾.該傳感器工作電壓在3-5.5V之間,可測(cè)量的濕度范圍為20%~90%RH,測(cè)量誤差為t5%RH;可測(cè)量的溫度范 圍為0~50C,測(cè)量誤差為2C.采用單線(xiàn)制串行接口照雁，易集成、功耗低,滿(mǎn)足環(huán)境監(jiān)測(cè)的要求.使用單總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸格式,通過(guò)PG11端與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸悼瘾。
? ?UVM-30負(fù)責(zé)紫外線(xiàn)強(qiáng)度采集,采用線(xiàn)性電壓輸出,響應(yīng)200-370nm間的波長(zhǎng),輸出電壓為0-1V,對(duì)應(yīng)UV指數(shù)0~10,UVM-30紫外線(xiàn)傳感器響應(yīng)速度極快,低于 0.5s.具備靈敏度高囊榜、抵抗可見(jiàn)光干擾強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn).接單片機(jī)PA0端。
? ?煙霧監(jiān)測(cè)使用MQ-2型煙霧傳感器,該傳感器屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料,對(duì)液化氣亥宿、丙烷卸勺、氫氣等可燃性氣體的檢測(cè)效果理想,擁有廣泛的探測(cè)范圍和優(yōu)異的穩(wěn) 定性.一旦傳感器與煙霧相接觸，晶粒交界處的勢(shì)壘就會(huì)改變,材料的電導(dǎo)率因此變化,電阻降低,并根據(jù)不同的煙霧濃度輸出不同的電壓值.電壓隨濃度升高,再利用A/D 轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,供單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析.本系統(tǒng)選用的輸出形式為T(mén)TL高低電平輸出,如果環(huán)境中煙霧濃度超過(guò)預(yù)設(shè)值,單片機(jī)將端口拉低,以此判斷周?chē)欠裼锌扇夹詺怏w泄漏烫扼。傳感器輸出的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)ADC轉(zhuǎn)換傳給單片機(jī),與PA1端口相連曙求。
? ?使用GP2Y1010AU0F光學(xué)灰塵傳感器監(jiān)測(cè)PM25數(shù)值,可檢測(cè)直徑大于0.8um灰塵顆粒濃度,電壓以模擬量形式向單片機(jī)輸出,與PM2s濃度成線(xiàn)性關(guān)系.工作電 壓2.5~5.5V,靈敏度0.5V/(100ug/m3),有效量程500ug/m3,功耗極低.接單片機(jī)PA11端。
? ?人體紅外監(jiān)測(cè)使用HC-SR501傳感器,該傳感器依托紅外線(xiàn)技術(shù),可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,具有反應(yīng)靈敏映企、系統(tǒng)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)悟狱。默認(rèn)工作電壓為DC4.5~20V,可在超低電壓的情況下工作,應(yīng)用范圍極廣。當(dāng)傳感器檢測(cè)到有人出現(xiàn)在感應(yīng)區(qū)域時(shí),對(duì)外輸出一個(gè)高電平,而當(dāng)人員離開(kāi)該區(qū)域時(shí)轉(zhuǎn)為低電平堰氓。高低電平轉(zhuǎn)換期間存在鎖存時(shí)間,每轉(zhuǎn)換 一次,就會(huì)設(shè)定一個(gè)鎖存時(shí)間段挤渐，此階段傳感器不接收任何感應(yīng)信號(hào),因此可避免負(fù)載切換中可能產(chǎn)生的任何干擾.本系統(tǒng)中采用下拉輸入的工作模式連接單片機(jī)PB4 端。
2.1.2 業(yè)務(wù)流程
用戶(hù)可通過(guò)手機(jī)APP双絮，pc端軟件或者網(wǎng)頁(yè)登錄平臺(tái)查看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果浴麻。
2.1.3 用戶(hù)界面
系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便得问，數(shù)據(jù)結(jié)果查詢(xún)圖標(biāo)醒目且居中，并且采用菜單界面驅(qū)動(dòng)方式软免，能方便用戶(hù)操作宫纬。
2.2 信息傳輸模塊
2.2.1 功能描述
信息傳輸模塊包括無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊與GPRS模塊.
使用NRF24L01模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)收發(fā)功能.該模塊在2.4-2.5GHzISM頻段工作.低功耗1.9~3.6V間工作,提供126頻道,可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信與跳頻通訊，最高工作頻率2 Mbps,高效GFSK調(diào)制,抗干擾能力強(qiáng),可自動(dòng)反應(yīng)并再次發(fā)射信號(hào).使用SPI接口設(shè)定輸出功率頻道和協(xié)議膏萧，與單片機(jī)連接方式便捷,具有很好的適應(yīng)性漓骚。
2.2.2 業(yè)務(wù)流程
用戶(hù)可通過(guò)網(wǎng)址登錄平臺(tái)，還可掃描二維碼或者主題商店查找APP榛泛。
2.3報(bào)警顯示模塊
2.3.1 功能描述
報(bào)警模塊采用蜂鳴器和LED進(jìn)行聲光報(bào)警.顯示模塊選用的是一款4.3寸(約14.33cm),分辨率為800*480的TFTLCD電容觸摸屏.NT35510作為L(zhǎng)CD驅(qū)動(dòng)器 ,采用16位8080并口與外部連接.芯片自帶GRAM,無(wú)需外加驅(qū)動(dòng)器,可被任何單片機(jī)輕松驅(qū)動(dòng)蝌蹂。具有亮度好、對(duì)比度高曹锨、層次感強(qiáng)叉信，刷屏速度快、顯示穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)艘希。
2.3.2 業(yè)務(wù)流程
當(dāng)出現(xiàn)警報(bào)時(shí)用戶(hù)主界面會(huì)彈出警告界面，當(dāng)用戶(hù)知曉和處理后硅急，才會(huì)消失覆享。
2.3.3 用戶(hù)界面
有警示圖標(biāo)，圖標(biāo)顏色為紅色营袜，醒目突出撒顿，界面彈框簡(jiǎn)潔，有指引用戶(hù)消除警報(bào)的步驟提醒荚板。
3. 系統(tǒng)非功能需求
●使用GPRS模塊連接soft-ap,登陸物聯(lián)網(wǎng)指定IP地址并按照要求配置參數(shù)凤壁，配置成功后云平臺(tái)會(huì)自動(dòng)顯示數(shù)據(jù),用戶(hù)可根據(jù)自身需求綁定微信等信息接收平臺(tái).
? ?●本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)社區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)預(yù)警,當(dāng)主機(jī)檢測(cè)到從機(jī)傳輸來(lái)的環(huán)境數(shù)據(jù)異常,就會(huì)判斷異常位置并進(jìn)行聲光報(bào)警,同時(shí)將信息上傳至物聯(lián)網(wǎng),向用戶(hù) 報(bào)警信息.
? ?●對(duì)于溫濕度,本系統(tǒng)在室內(nèi)進(jìn)行測(cè)試,可準(zhǔn)確顯示傳感器采集的空氣溫濕度數(shù)據(jù).經(jīng)多次測(cè)試,測(cè)得數(shù)據(jù)誤差在土5%以?xún)?nèi),滿(mǎn)足實(shí)際需求。
