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(jù)空氣中污染物濃度的高低來判斷的?？諝馕廴臼且粋€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(chǎn)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(jù)具體的準確的環(huán)境質量參數(shù)采取有效的措施。基于此，本方案將實現(xiàn)一款準確采集環(huán)境各方面參數(shù)并進行或存儲或傳輸?shù)母哔|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(jù)《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(jù)。

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(shù)，經(jīng)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(shù)。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(shù)，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(shù)據(jù)傳輸方面，本設計可以靈活的使用，可以根據(jù)安裝地點的特點選擇不同的傳輸模式：

①當安裝地點的網(wǎng)絡不發(fā)達時，可以使用其數(shù)據(jù)存儲功能，將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)存儲于NANDFLASH芯片，然后定期去收集。

②當安裝地點的網(wǎng)絡發(fā)達時，可以將其聯(lián)網(wǎng)，通過網(wǎng)絡將采集的環(huán)境數(shù)據(jù)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(shù)，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(nèi)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?shù)臄?shù)據(jù)是通過多個傳感器采集并由MCU處理過的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸。基于LWIP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。

3. 硬件選型

本方案擬采用PIC32 Ethernet Starter Kit開發(fā)板作為硬件平臺的主板，理由基于她的網(wǎng)絡接口可以很好的完成本設計的實時傳輸數(shù)據(jù)任務的要求；而且，其USB模塊也能夠很好的將采集并存儲在NANDFLASH中的數(shù)據(jù)上傳至上位設備。PIC32強大的接口（如串口、I2C、CAN控制器等），也能夠很好的為軟件調(diào)試、功能擴展、參數(shù)調(diào)試等帶來便捷。再者，PIC32的節(jié)能模式（如空閑模式、休眠模式等）也在環(huán)保節(jié)能方面有突出表現(xiàn)。

本方案計劃將小型實時操作系統(tǒng)UC/OS-II移植到PIC32上，因為PIC32的足夠的片上資源，足以滿足UC/OS的要求。這樣，各個模塊功能就可以很好的相對獨立的運行（如軟件流程所述，各個功能占據(jù)一個任務），整機的運行也不至于因為某個細節(jié)的出錯而中斷，能夠很好的滿足實時性的要求！選擇這個RTOS不僅因為其代碼量不大能很好的裁剪，也由于本人一直在使用UC/OS-II，相對來說對其移植、編程等都相當熟悉。

在數(shù)據(jù)采集方面，方案使用了傳感器。相對來說，傳感器的使用不是太難，購買也比較方便。主要用了：空氣質量傳感器（采集二氧化硫，氮氧化物等有害物的濃度數(shù)據(jù)）、紫外線傳感器（采集紫外線強度）、濕度傳感器（采集周圍環(huán)境濕度數(shù)據(jù)）、溫度傳感器（采集周圍環(huán)境溫度數(shù)據(jù)）。

在數(shù)據(jù)存儲方面，采用了容量可達GB的非易失性存儲芯片NANDFLAH，具體可采用三星公司生產(chǎn)的芯片。由于本人以前從事過三星公司NANDFLASH相關芯片的開發(fā)，所以，作為可擴展的功能，NANDFLAH存儲數(shù)據(jù)方面應該不會太難。