基于PIC32的環(huán)境質量監(jiān)測系統(tǒng)

1. 摘要

環(huán)境中空氣質量的好壞反映了環(huán)境的污染程度，它是依據空氣中污染物濃度的高低來判斷的。空氣污染是一個復雜的現(xiàn)象，在特定時間和地點空氣污染物濃度受到許多因素影響。來自固定和流動污染源的人為污染物排放大小是影響空氣質量的最主要因素之一，其中包括車輛、船舶、飛機的尾氣、工業(yè)企業(yè)生產排放、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量的重要因素。

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

2. 技術原理

為了改善環(huán)境空氣質量，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)境空氣質量標準》（GB3095-1996）。這個標準規(guī)定了環(huán)境空氣質量功能區(qū)劃分、標準分級、主要污染物項目和這些污染物在各個級別下的濃度限值等，是評價空氣質量好壞的科學依據。

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

一方面，主控制器通過IO接口控制溫濕度傳感器、紫外線傳感器、空氣質量傳感器，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倍以上時才能準確恢復原始信號。即，要獲得真實的環(huán)境質量參數，必須滿足以下式子：

f(s)≥2f(q)

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

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

①當安裝地點的網絡不發(fā)達時，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當安裝地點的網絡發(fā)達時，可以將其聯(lián)網，通過網絡將采集的環(huán)境數據實時傳回PC控制臺。

在這個系統(tǒng)中，需要及時傳輸采集到的環(huán)境參數，這就需要系統(tǒng)擁有良好的實時性。綜合各種實時系統(tǒng)的優(yōu)缺點，本方案選擇了 uc/os-II 實時操作系統(tǒng)。本操作系統(tǒng)在滿足方案實時性的要求的同時，最大的優(yōu)點是其系統(tǒng)內核全用c語言實現(xiàn)，具有較強的移植性，能大大加快方案的實施進度。而且，其應用在這類作為學習開發(fā)目的的項目中是免費的。

另外，由于要傳輸的數據是通過多個傳感器采集并由MCU處理過的數據，在量上不及語音通話、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）來實現(xiàn)數據網絡傳輸?；贚WIP的開源性和大量的開發(fā)資料，再結合PIC32的技術支持，相信這塊也能較好的完成。