室外环境监测系统的设计与实现.docx

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1、在日常生活或者工业现场，要营造一个安全舒适的环境，就必须对其环境的温度，湿度，以及当前环境中PM2.5进行监测。本文论述了基于室外环境测控技术的硬件和软件的设计与实现。系统以STM32单片机为硬件核心，通过实时采集和数据处理能够准确地监测环境，采用1CD显示模块，显示当前环境的温度、湿度、PM2.5、光照。室外环境监测在环境保护中起到了很重要的作用。环境监测系统的运用，给环境保护工作带来了巨大的便利，为环境的改善维护以及污染问题的处理和应对提供了极大的参考价值。经济建设的快速发展，人们的生活质量和经济水平都有了显著的提高。为了全面实施可持续发展，必须对生态环境进行严格监测，以保护环境，何有效的

2、发挥环境监测在环境保护中的引导作用，要进一步的推动友好型环境的建设。关键词：环境监测；嵌入式；STM32AbstractIndai1y1ifeorindustria1site,tocreateasafeandcomfortab1eenvironment,itisnecessarytomonitortheambienttemperature,humidity,andPM2.5inthecurrentenvironment.Thispaperdiscussesthedesignandimp1ementat1/Onofhardwareandsoftwarebasedonoutdoorenvironm

3、entmeasurementandcontro1techno1ogy.ThesystemtakesSTM32microcontro11erasthehardwarecore，andcanaccurate1ymonitortheenvironmentthroughrea1-timeco11ect1/Onanddataprocessing.1CDdisp1aymodu1eisadoptedtodisp1aythetemperature,humidity,PM2.5and1ightofthecurrentenvironment.Outdoorenvironmenta1monitoringp1aysa

4、nimportantro1einenvironmenta1protect1/On.Theapp1icat1/Onofenvironmenta1monitoringsystemhasbroughtgreatconveniencetotheenvironmenta1protectI/Onworkandprovidedgreatreferenceva1uefortheimprovementandmaintenanceoftheenvironmentaswe11asthetreatmentandresponseofpo11ut1/Onprob1ems.Withtherapiddeve1opmentof

5、economicconstruct1/On,peop1esqua1ityof1ifeandeconomic1eve1havebeensignificant1yimproved.Inordertofu11yimp1ementsustainab1edeve1opment,itisnecessarytostrict1ymonitortheeco1ogica1environmenttoprotecttheenvironment.Howtoeffective1yp1aytheguidingro1eofenvironmenta1monitoringinenvironmenta1protectI/Onand

6、furtherpromotetheconstruct1/Onofafriend1yenvironment.KeywordsjEnvironmenta1monitoringEmbeddedSTM32摘要IAbstractII第1章绪论11.1 课题研究背景11.2 国内外研究现状21.3 目的和意义31.4 课题研究内容4第2章方案选择52.1 系统分析52.2 主控制器的选择62.3 显示组件的选择72.4 传感器组件的选择92.4.1 温湿度传感器92.4.2 光照度传感器102.4.3 PM2.5传感器112.4.4 噪声传感器142.5 电源适配器组件的选择142.6 按键组件的选择15

7、2.7 有源蜂鸣器组件的选择17本章小结17第3章硬件系统设计183.1 系统硬件总体设计183.2 主控制器设计183.3 传感器模块设计203.4 显示模块设计223.5 蜂鸣器报警模块设计233.6 按键模块设计24本章小结24第4章软件系统设计254.1 系统开发环境254.2 主程序流程设计264.3 传感器流程设计274.4 按键报警处理程序设计314.6 显示模块程序设计32本章小结32第5章系统的调试与测试335.1 系统硬件整体功能调试335.2 硬件调试345.3 软件调试355.4 系统联调35本章小结37结论38致谢39参考文献40附录1译文41附录2英文参考资料43附

8、录3电路图45附录4程序代码46第1章绪论1.1 课题研究背景随着工业技术的发展，环境问题已经成为全世界关注的问题。工业发达国家，环境监测工作已有半个多世纪的历史了，其发展大体上经历了以典型污染事故调查监测、以污染源监督性监测和以环境质量监测为主三个阶段。本世纪五十年代，发达国家环境污染事故不断发生，例如，美国洛杉矶和英国伦敦的光化学烟雾事件，日本的水俣病、骨痛病和四日市的哮喘病事件等。由于初期对这些事件发生的原因和机理不明，政府部门不得不有目的地组织技术人员进行调查监测，以搞清事件的真相。这个时期环境监测工作的特点是以污染事故调查监测为主。由于污染事件造成较大国际影响和污染危害造成了巨大经济

9、损失，加之民众的不断抗议，工业发达国家相继颁布了一些环境保护法律，其主要目的是有效地限制企业排放污染物。由于严格执法，监控企业排污，大大地促进了污染源监测工作的发展。这一时期监测工作的特点是以对污染源监督性监测为主的发展阶段。由于对环境问题的认识不断深化，工业发达国家已把监测工作注意的焦点从对污染源监控转移到对环境质量监控方面来。同时，由于自动化监测技术的迅速发展和遥感技术的应用，使得对大区域环境质量系统监控成为现实，这一时期可称其以环境质量监测为主的发展阶段。虽然已经有了相关的环境保护的法律，但是近年来，水土流失、荒漠化、草原退化和物种减少，雾霾越来越严重；PM2.5可以通过对太阳辐射吸收和

10、散射作用破坏地表的能量收支平衡，影响地球的气候系统，降低大气能见度并且危及人体健康，是影响大气环境质量的重要污染物。温湿度对室外环境的影响，湿度在10%的时候会产生静电环境，60%的时候的霉菌生长的环境,温度环境过高室温过高，人们的鼻腔和咽喉容易发干、充血、疼痛，有时还会流鼻血，影响人体健康。生态相当脆弱，自然灾害频繁；环境污染严重，直接危及社会、经济的发展。随着我国对环境治理的要求越来越高，人们已经认识到，为了保护环境，就将对环境的演化趋势、特点及存在的问题作进一步的细致的了解。室外环境监测是利用各种技术测定和分析生命系统各层次对自然或人为作用的反应或反馈效应的综合表征来判断和评价这些干扰对

11、环境产生的影响、危害及其变化规律，为环境质量的评估、调控和环境管理提供科学依据。室外环境监测主要以环境为监测对象，通过测定影响环境质量因素的数值，对污染物的构成综合分析，研究其成分对环境质量影响的程度，最终确定环境质量的变化趋势。它是以计算机技术和数据库技术为核心，将获得的大量环境监测信息和数据储存在计算机中，运用计算机网络相关技术，结合其软、硬件系统，实现对环境监测信息数据的处理工作，主要包括数据的输入输出、数据的传输、数据的检索及计算等数据库技术的处理工作，并结合及运用多种计算机应用软件，如从而构成一套复杂有序的、具有多种功能监测的系统。该设计通过温度、PM2.5和PM10、湿度等传感器进

12、行数据采集。1.2 国内外研究现状环境监测是伴随着环境污染的产生而发展起来的，至今已有半个多世纪的历史。在工业发达国家，环境监测发展大体经历了以典型污染事故调查监测为主、以污染源监督性监测为主和以环境质量监测为主的阶段。20世纪50年代，发达国家针对不断发生的化学毒物造成的严重环境污染事故，对环境样品进行化学分析以确定其组成和含量的环境分析便成为这个阶段环境监测的主要特征。人们认识到影响环境的因素不仅是化学因素，还有物理因素，生物因素，环境监测逐渐引入物理的、生物的手段加之发达国家环境立法逐渐完善，环境执法日益严格，对企业污染源排放的监控愈加重视，污染源的监测得到很大发展。这一时期的监测工作是

13、以对污染源的监督性监测为主要特征。自2001年以来，人们由于对环境问题认识的不断深化，发达国家把环境监测焦点从对污染源监控转移到环境质量监控上来，使环境监测范围发展到面源污染及区域性环境质量方面。2003年发达国家相继建立了自动连续监测系统和宏观生态监测系统，并借助地理信息系统技术(G1S)、遥感技术(RS)和全球卫星定位系统技术(GPS),连续观察空气、水体污染状况变化及生态环境变化，预测预报未来环境质量，有力扩大了环境监测范围以及监测数据的获取、处理、传输、应用的能力，为环境监测动态监控区域环境质量乃至全球生态环境质量提供了强有力的技术保障，极大促进了环境监测的现代化发展，实现了监测的实时

14、性、连续性和完整性。工业发达国家监测的环境因子较多，主要包括大气、地表水、噪声、生态、固体废弃物、土壤、放射性、振动、电磁波、地面沉降、恶臭等，而我国目前开展例行监测的领域只是大气、地表水、噪声和重点污染。为了掌提污染源排放动态变化情况和配合排污收费工作，各省、市、自治区的主要城市普遍开展了污染源的监测。部分省市监测站开展了水生生物监测、植物含硫量、污灌区的土壤及粮食含有重金属指标的监测等。而对固体废弃物、放射性等监测是刚刚起步，甚至有的环境因子监测岗属空白，如振动监测、电磁波监测和地面沉降监测等。我国在监测手段方面，较发达国家落后许多，目前仅在大气监测方面建立了三十几套自动监测系统，并由于运

15、行经费不足和管理水平等问题，有三分之一不能正常运转。其它大部分是采用隔天24小时连续采样的半自动化方式。地表水的自动监测只有两、三个城市在试点。此外，中国有五个大气自动监测站沈阳、北京、西安、上海、广州和济南、武汉、肇庆、无锡四个地表水的自动监测站。1.3 目的和意义我国空气污染形势严峻，部分城市面临雾霾、沙尘暴等环境问题。环保部分积极开展环境污染治理，其核心是对环境数据的精准监测和对数据的精准分析。在国内，建筑行业发展迅速，早期在城市使用楼房的人群并不多，人们对于环境污染并不重视。直至近几年，国家对环境污染情况调查，都与环境问题息息相关。此时，人们才开始把目光放在污染问题上，近年来，我们可以

16、随处看到城市中布局的室外环境监测仪器，它们能够对于空气中的相关参数进行有效检测，同时通过强大的数据分析为有效治理室外环境提供参考依据。但是目前市场上的环境监测系统大都价格昂贵，且没有在监测手段方面发达国家在环境监测手段方面，具有两个特点：一是一次仪表先进，二是自动化水平高，尤其是在大气、地表水、噪声及污染源监测等方面，自动化监控程度非常高，基本上做到了自动化采样、自动化分析、自动化数据处理及传输，并能用大型显示板自动显示区域环境质量状况。同时，将一些新技术，如地理信息系统，遥感和卫星定位系统（3S系统）等应用于区域环境质量监测。数据统计功能，仅仅只是将监测到的数据进行显示，并没有将数据进行统计分析。本课题研究的内容就是