基于PIC32的环境质量监测系统

1. 摘要

环境中空气质量的好坏反映了环境的污染程度，它是依据空气中污染物浓度的高低来判断的。空气污染是一个复杂的现象，在特定时间和地点空气污染物浓度受到许多因素影响。来自固定和流动污染源的人为污染物排放大小是影响空气质量的最主要因素之一，其中包括车辆、船舶、飞机的尾气、工业企业生产排放、居民生活和取暖、垃圾焚烧等。城市的发展密度、地形地貌和气象等也是影响空气质量的重要因素。

环境污染问题一直是困扰大家的一块心病，其重要原因之一是没有能够根据具体的准确的环境质量参数采取有效的措施。基于此，本方案将实现一款准确采集环境各方面参数并进行或存储或传输的高质量环境监测系统。

2. 技术原理

为了改善环境空气质量，防止生态破坏，创造清洁适宜的环境，保护人体健康，我国根据《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》制定了《环境空气质量标准》（GB3095-1996）。这个标准规定了环境空气质量功能区划分、标准分级、主要污染物项目和这些污染物在各个级别下的浓度限值等，是评价空气质量好坏的科学依据。

为了能准确的判断出环境空气质量，本设计拟通过各种传感器采集到环境质量参数，经滤波，去噪等算法处理后综合得出质量等级。将此等级与B3095-1996进行对比即可大概判定质量好坏。

一方面，主控制器通过IO接口控制温湿度传感器、紫外线传感器、空气质量传感器，收集其采集到的原始环境空气参数。由采样定理可知：采样频率等于信号频率2倍以上时才能准确恢复原始信号。即，要获得真实的环境质量参数，必须满足以下式子：

f(s)≥2f(q)

其中，f(s)为采样频率，f(q)为被采样信号频率。在实际应用中，一般取f(s)=5f(q)。对于本系统来说，实际的温度、湿度都是低频信号，很容易就可以满足以上采样条件。

另外一方面，在数据传输方面，本设计可以灵活的使用，可以根据安装地点的特点选择不同的传输模式：

①当安装地点的网络不发达时，可以使用其数据存储功能，将采集到的环境数据存储于NANDFLASH芯片，然后定期去收集。

②当安装地点的网络发达时，可以将其联网，通过网络将采集的环境数据实时传回PC控制台。

在这个系统中，需要及时传输采集到的环境参数，这就需要系统拥有良好的实时性。综合各种实时系统的优缺点，本方案选择了 uc/os-II 实时操作系统。本操作系统在满足方案实时性的要求的同时，最大的优点是其系统内核全用c语言实现，具有较强的移植性，能大大加快方案的实施进度。而且，其应用在这类作为学习开发目的的项目中是免费的。

另外，由于要传输的数据是通过多个传感器采集并由MCU处理过的数据，在量上不及语音通话、PC通信这样大，所以本设计计划移植轻量级TCPIP协议栈LWIP（Low Lewal IP）来实现数据网络传输。基于LWIP的开源性和大量的开发资料，再结合PIC32的技术支持，相信这块也能较好的完成。