基于GPRS的PM2.5指數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)

王中心　劉飛彪　王亞偉　解珂

摘要：該系統(tǒng)以STM32微處理器為核心，通過傳感器實時采集空氣PM2.5顆粒物濃度數(shù)值，采用TFT觸摸屏動態(tài)顯示采集數(shù)值并把采集結(jié)果以GPRS無線方式發(fā)送到SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進行存儲；web服務(wù)器實時響應(yīng)客戶端請求，把PM2.5數(shù)值實時傳輸?shù)娇蛻舳藶g覽器。該系統(tǒng)布置靈活，應(yīng)用方便，可便于對各處的空氣PM2.5顆粒物濃度進行監(jiān)測。

關(guān)鍵詞：Stm32；傳感器；web服務(wù)器；

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）31-0247-02

1 概述

現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對空氣質(zhì)量的影響越來越嚴重，從2013年起，“霧霾”已經(jīng)成為我們常常提起的字眼，霧霾形成的主要組成部分就是直徑小于2.5微米的顆粒物，也就是PM2.5顆粒物。雖然空氣污染帶來的危害是慢性的，但結(jié)果是嚴重的，因此非常有必要對空氣質(zhì)量尤其是PM2.5污染指數(shù)進行實時監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)污染源，及時治理及預(yù)防。

2 PM2.5指數(shù)采集系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)由下位機、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及WEB服務(wù)器構(gòu)成。下位機以STM32單片機為核心，主要完成PM2.5顆粒物濃度數(shù)值采集、TFT觸屏顯示采集結(jié)果、觸屏輸入目標數(shù)據(jù)庫IP地址及控制SIM模塊以GPRS方式把采集結(jié)果傳送到目標SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的功能；web服務(wù)器實時響應(yīng)客戶機端請求，讀取SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲PM2.5記錄值，把PM2.5數(shù)值實時傳輸?shù)娇蛻舳藶g覽器，以便用戶實時查詢各地PM2.5污染指數(shù)。在具體實現(xiàn)時，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和web服務(wù)器采用同一臺計算機實現(xiàn)。整個系統(tǒng)由圖1和圖2構(gòu)成。

PM2.5傳感器模塊采用通過清華大學(xué)建筑環(huán)境檢測中心檢測的DLS-03激光粉塵數(shù)字傳感器，以保證檢測數(shù)據(jù)的準確性。為保證數(shù)據(jù)采集的可靠性，避免傳輸出錯，在通過串口對傳感器數(shù)據(jù)采集時，采用定長的特定幀格式并采用了多字節(jié)的累加和校驗。

DSL-03體積小巧，安裝方便，可直接與單片機串口相連，通過相應(yīng)命令幀對其進行控制，可以快速進行啟動，讀取檢測數(shù)值及進行停機操作，響應(yīng)速度快，檢測數(shù)值穩(wěn)定準確，抗干擾能力強。本系統(tǒng)中其串口直接連接STM32控制器的USART1。

觸屏模塊采用的是ALIENTEK推出的一款4.3TFTLCD電容觸摸屏。該屏分辨率高達800*480并采用16位真彩進行顯示；采用NT35510芯片進行驅(qū)動，自帶GRAM，板載背光電路，采用3.3V&5V電壓供電，接口簡單（LCD采用16位并口，觸摸屏采用IIC接口），可以直接與STM32單片機連接，具有非常好的顯示和觸控效果。

SIM模塊采用高性能工業(yè)級GSM/GPRS四頻模塊SIM800C，該模塊采用寬電壓供電，上電自動開機，具有TTL串口，直接與控制MCU的串口2進行連接，直接把控制器采集的PM數(shù)值以GPRS的方式采用TCP協(xié)議發(fā)送給指定數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的IP。

3 PM2.5指數(shù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件分為下位機軟件部分及存儲、Web服務(wù)器軟件部分；兩部分系統(tǒng)按照一定的通信協(xié)議開發(fā)，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、接收、存儲及發(fā)布。

3.1 下位機軟件設(shè)計

下位機軟件主要由三個功能模塊構(gòu)成：PM2.5傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、觸屏程序模塊及GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊?？刂破鞲鶕?jù)DSL-03的串口通訊協(xié)議和DSL-03進行通訊，完成數(shù)據(jù)的采集及處理；觸屏程序模塊主要完成觸屏的初始化，采集數(shù)值的顯示及GPRS目標IP的輸入設(shè)置；GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊負責(zé)通過AT指令對SIM800進行控制，把采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到目標存儲服務(wù)器。

3.2 存儲及WEB服務(wù)器軟件部分

存儲及web服務(wù)采用同一臺服務(wù)器實現(xiàn)，服務(wù)器端軟件采用java和HTML5語言進行開發(fā)，數(shù)據(jù)庫平臺采用MySQL。利用java的Java.lang.Thread線程類創(chuàng)建2個線程，分別對用戶web請求進行響應(yīng)及實時接收GPRS方式發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。流程圖如圖5所示。

圖5 web服務(wù)器端系統(tǒng)流程圖

4 系統(tǒng)功能測試

測試表明，該系統(tǒng)可以對PM2.5、PM10空氣顆粒物濃度指數(shù)進行準確、實時的監(jiān)測、存儲及web查詢。如果在下位機增添溫濕度傳感器、噪聲傳感器及GPS模塊，可以對更多的環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)測，這將有利于環(huán)保、城管部門對各處空氣質(zhì)量進行實時集中監(jiān)測，及時對污染情況進行處理。

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