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        基于移動端空氣質(zhì)量檢測顯示系統(tǒng)開發(fā)

        2017-03-06 04:23:02馮永發(fā)陳毅楓張士同陳景霞
        商情 2016年46期
        關(guān)鍵詞:顆粒物檢測

        馮永發(fā)+陳毅楓+張士同+陳景霞

        【摘要】隨著城市工業(yè)化的不斷發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)的不斷演進,國內(nèi)外大中型城市都出現(xiàn)了空氣污染的狀況。尤其是2012年冬天以來,中國華北大部分地區(qū)出現(xiàn)了以PM2.5為主要污染物的霧霾天氣。大氣霧霾的主要由PM2.5、PM10、PM0.1以及重金組成。有關(guān)霧霾的重大事件層出不窮,因為空氣質(zhì)量的惡化,陰霾天氣現(xiàn)象出現(xiàn)增多,危害現(xiàn)象加劇,因此對PM2.5的測量顯得越來越重要。

        【關(guān)鍵詞】霧霾 測量空氣質(zhì)量

        本設(shè)計主要目標(biāo)是檢測本地的空氣質(zhì)量指標(biāo)信息,包括PM2.5,溫度、濕度等,并通過無線技術(shù)傳送到手機端,使得手機用戶能實時了解到當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量信息。本項目主要涉及到網(wǎng)關(guān)技術(shù)、Web技術(shù)和安卓開發(fā)技術(shù)等,主要包括用戶界面設(shè)計模塊、空氣質(zhì)量監(jiān)測模塊和云端服務(wù)器模塊。

        隨著信息化時代的發(fā)展,健康防護問題被看的越來越重要。作為保護人身體健康的一類設(shè)備,傳感器可謂是一項偉大的科技發(fā)展。因為空氣質(zhì)量的惡化,陰霾天氣現(xiàn)象出現(xiàn)增多,危害現(xiàn)象加重。中國不少地區(qū)把陰霾天氣現(xiàn)象并入霧一起作為災(zāi)害性天氣預(yù)警預(yù)報。統(tǒng)稱為“霧霾天氣”。霧霾主要由PM2.5、PM10、PM0.1以及重金組成。在空氣動力學(xué)和環(huán)境氣象學(xué)中,顆粒物是按直徑大小來分類的,粒徑小于100微米的稱為TSP,即總懸浮物顆粒;粒徑小于10微米的稱為pm10,即可吸收顆粒物;粒徑小于2.5微米的稱為pm2.5,即可入肺顆粒物,它的直徑僅相當(dāng)于人的頭發(fā)絲粗細的1/20.雖然Pm2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分,但它與較粗的大氣顆粒物相比,粒徑小,富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠,因而對人體健康和大氣環(huán)境影響更大。因此,對pm2.5的檢測與治理便顯得越來越重要。

        一、系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計

        過去傳統(tǒng)模式測量pm2.5的方法是側(cè)重法將Pm2.5直接截留到濾膜上然后用天平稱重,這種就是重量法。重量法是最直接、最可靠的方法,但是其的人工稱重程序繁瑣,不夠簡潔,適用于做實驗。其次就是β射線吸收法:將PM2.5收集到濾紙上,然后照射一束beta射線,射線穿過濾紙和顆粒物時由于被散射而衰減,衰減的程度和PM2.5的重量成正比。根據(jù)射線的衰減就可以計算出PM2.5的重量。微量振蕩天平法:一頭粗一頭細的空心玻璃管,粗頭固定,細頭裝有濾芯??諝鈴拇诸^進,細頭出,PM2.5就被截留在濾芯上。在電場的作用下,細頭以一定頻率振蕩,該頻率和細頭重量的平方根、成反比。于是,根據(jù)振蕩頻率的變化,就可以算出收集到的PM2.5的重量。整體軟件設(shè)計模塊如圖1。

        本項目的主要創(chuàng)新點在于滿足了個人空氣質(zhì)量監(jiān)測的需求。通過運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將設(shè)備的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在手機終端,用戶可以根據(jù)自身的需求將空氣質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備放置在不同的地理位置,進而從手機終端就能查看自己所關(guān)注的位置的空氣質(zhì)量信息。這充分體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)網(wǎng)相融合的優(yōu)勢。

        二、手機終端架構(gòu)

        掌握整體設(shè)計的前提下,繪制檢測板軟件整體設(shè)計流程圖。制作電路板,并將各模塊連接,模擬實際工業(yè)領(lǐng)域場景,進行整機調(diào)試。對測試出現(xiàn)的問題,及時修改軟件,硬件一定要在前期要確定。本系統(tǒng)手機終端架構(gòu)如圖2

        三、硬件設(shè)計介紹

        電源模塊由AC-DC 電源、DC-DC 電源和繼電器控制電路構(gòu)成。其中,AC-DC 電源將220 交流電轉(zhuǎn)化為12 V 直流電,DC-DC 電源使用降壓電路(圍繞AOZ1036PI 芯片)將12 V 電壓轉(zhuǎn)化為5 V 和3.3 V,繼電器控制電路完成繼電器開/關(guān)和電機驅(qū)動,用于接收控制信號后進行相關(guān)功能的調(diào)節(jié)??刂颇K主要有STM32 芯片、觸摸屏(TFT 液晶)、通信接口組成。其中STM32 芯片與其他外圍電路主要完成數(shù)據(jù)收集、處理、轉(zhuǎn)發(fā)和指令發(fā)送等,用于控制其他模塊;觸摸屏用于與用戶交互、顯示收集到的信息;通信接口電路主要完成指令、數(shù)據(jù)等信息的傳遞。其工作方式為:1) 觸摸屏或通信接口電路接收控制指令信號,傳遞給STM32,并由STM32 通過通信接口使能相應(yīng)的工作模塊;2) 通過通信接口模塊收集檢測模塊傳送的數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行分析處理,結(jié)果傳送給觸摸屏進行顯示,同時傳送給通信模塊,由其發(fā)送至服務(wù)器。

        檢測模塊端,由單片機、粉塵檢測傳感器、顯示模塊、報警等模塊組成路,GP2Y1010AUOF粉塵傳感器采集空氣中pm2.5的濃度值,經(jīng)過單片機處理后,在LCD1602液晶上顯示,并且設(shè)置一個報警值,檢測的pm2.5濃度值超過報警值后,蜂鳴器報警,報警值可以用按鍵手動調(diào)節(jié)。另外,該設(shè)計在實時檢測濃度的同時,根據(jù)當(dāng)前檢測濃度亮起相應(yīng)的燈。

        四、軟件介紹

        在本課題中對空氣質(zhì)量各個指標(biāo)及指數(shù)進行采集并傳送到業(yè)務(wù)平臺的過程中使用到了WOT技術(shù)。其中感知層包括采集空氣指數(shù)的物理設(shè)備空氣質(zhì)量監(jiān)測儀,環(huán)保局監(jiān)測空氣指數(shù)的各類傳感器。傳感器采集空氣中的各類污染物的含量,包括PM2.5等。在網(wǎng)絡(luò)層,空氣質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通過內(nèi)嵌的S1M卡,利用GPRS網(wǎng)絡(luò),將采集到的物理數(shù)據(jù)的各個指標(biāo)傳送到業(yè)務(wù)平臺。在應(yīng)用層利用Android開發(fā)技術(shù),將感知層釆集到的空氣指數(shù)展現(xiàn)在智能手機終端上。

        Web Service 技術(shù),Web Service技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)上需要進行互通和通信的資源提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的接口。Web Service基于Web上己發(fā)展成熟的諸多開放和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),如基于廣泛使用的HTTP協(xié)議,基于簡單而又易用的XML數(shù)據(jù)格式。

        Android技術(shù),需要熟悉安卓系統(tǒng)的Linux內(nèi)核層、系統(tǒng)運行庫、應(yīng)用程序框架和應(yīng)用程序?qū)?,并進行開發(fā)。

        五、總結(jié)

        本文針對傳統(tǒng)空氣凈化器存在的凈化時間長、空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)無法精確顯示的問題,設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)。通過實測驗證,完全實現(xiàn)了對環(huán)境空氣質(zhì)量狀況的遠程實時監(jiān)測,并通過遠程控制凈化開啟(是/否)來間接解決空氣凈化器凈化時間長的問題,從而進一步的提升用戶體驗,具有較好的應(yīng)用價值

        參考文獻:

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