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空气质量监测无线传感器网络终端集成技术研究

李沐  
【摘要】:近些年来,我国环境的破坏日益加重,尤其是在我国的北方工业城市,冬季雾霾天气的比例日益增多。目前我国空气污染状况是全世界相对比较严重的,环境空气质量问题的治理势在必行亟需解决。环境空气质量的保护和治理的第一步是实现对空气质量的监测。只有先做到对空气质量进行准确的监测和了解,才能有效的开展对应的治理措施。因此本文对国内外空气质量监测系统的发展和研究现状进行了解分析,综合现有的大气空气质量监测系统,并在此基础之上设计了一种多传感器集成的空气质量监测系统。系统采用主机-从机设计模式,数据采集终端通过ModBus-RTU协议轮询集成多传感器的设计方案。该方案提高了传感器接入数量,同时兼具模拟信号传感器和数字信号传感器接口。传感器的数据处理上采用了将限幅滤波和滑动窗口滤波相结合对传感器采集数据进行复合滤波,实时滤除传感器数据的高频异常值和低频异常值。保证了传感器数据的平滑性且不改变数据的波动性。数据采集终端采用NOR Flash作为数据缓存单元。根据NOR Flash的读写特性和采集终端数据缓存的业务要求,将循环缓冲区的思想融入在Flash读写驱动的设计上,实现了先进先出的数据缓存特性,优化了Flash存储器驱动程序,有效的提高了存储器的使用寿命。并与该缓存方案相结合实现了数据上传的服务质量保障机制,保证了服务器端至少接收到一次终端上传的数据。减少在网络异常或者服务器故障等非不可抗拒的因素条件下造成的数据损失。系统以STM32监测终端为核心,完成多传感器集成的设计,实现对集成传感器空气质量数据的采集,包括温湿度、CO_2,SO_2,NO,O_3,CO等15种传感器。并将数据实时通过4G无线通讯模块上传至云端服务器。


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