以物联网为基础的大气环境PM2.5实时监测系统

魏晨辉

立足整个大气环境，针对大气颗粒物存在指标，主要通过对吸入颗粒物（PM2.5）的实时监测实现的。随着物联网技术的不断发展，针对PM2.5浓度检测系统应时而出，主要依托光散射法的PM2.5传感器，实现对大气中PM2.5浓度值的确定。在信息技术的支持下，传感器与无线路由器实现连接，同时，加之移动网络的支持，路由器与远程嵌入式ARM-Linux服务器发生关联，在服务器模式的应用下，强化计算机与移动设备实时数据的查询。这一系统优势明显，能够在有效缩短巡检时间，组织行为自动生成，同时，设置多个巡检节点，灵敏度较高。鉴于此，要基于物联网，对这种实时监测系统进行全面探讨。

【关键词】物联网 大气环境 PM2.5 实时监测系统

随着经济的高速发展，大气环境污染问题十分突出，尤其是大气细颗粒物PM2.5污染问题十分严重，对民众身心健康产生负面影响。鉴于此，大气环境污染治理工作受到整个社会的关注。目前，针对PM2.5的检测方法较多，光散设法适用性更广，不需要过多物理参数支持，能够实现对颗粒分布和速度的有效测量，成为颗粒物检测仪的发展方向。立足当前移动通信网络特征，基于物联网，构建针对PM2.5的实时检测系统，借助光散射法施行对PM2.5浓度信息的采集，借助网络系统进行数据传输，发给嵌入服务器功能，实现对PM2.5信息的迅速、准确的获取。

1 基于专业角度对监测系统整体设计方案的概述

在整个系统中，主要涉及五个组成部分，即传感器、路由器、网络、服务器以及客户端。检测点是多个PM2.5灰尘传感器，目的是实现对颗粒浓度的明确。借助对多个节点数据的检测，发挥数据网络的作用，传至路由器，在3G模块支持下，实现数据向通信网络服务中心的传递。监测中心的嵌入式服务器能够借助远程模式进行数据的接收。另外，在整个系统中，客户端分为计算机以及手机，采用不同的支持系统。

2 详细介绍监测系统的硬件构成

2.1 对传感器节点结构的分析

在传感器节点中，主要是由PM2.5传感器、TM4C123G模块、CC3000模块以及电源部分组成。传感器的作用是将经过散射后的光信号转变为电信号，借助内置运算放大器将电信号改变为电压。TM4C123G单片机内置模数转换器，作用是将传感器输出的模拟量转化为数字量，借助传感器特性参数实现对PM2.5浓度的核算。针对获取的数据，通过CC3000传递至网络路由器。

2.2 网络路由器结构组成

对于网络路由器，其主要构成部分包含传感器以及服务器的中转站，发挥对网络传感器节点的管理，实现地址的分配以及数据的接收任务，与此同时，借助移动通信网络，将数据传送给远程的嵌入式服务器。网络路由器通常由三种模块构成，即BB-Black模块、Wilink8 Cape模块以及EM770W模块，有效完成數据的传输与控制，支持系统调试与输出，达到数据通信的目的。

2.3 服务器终端功能的实现

整个系统的服务器类型基于Linux操作系统管理而成，主要作用是与EM770W模块进行通信，同时，对数据库进行管理与控制，满足客户端的请求，强化处理的有效性。在EM770W的支持下，服务器借助串口对其进行访问，同时对远程数据进行解析，编码处理之后将其存入嵌入式数据库。客户端通过相关网络进行PM2.5时空参数的查询，同时，借助C/S实现对数据请求的反馈。

3 系统软件设计探讨

3.1 系统节点软件分析

对于传感器节点，其主要功能是进行数据的采集及传输，通过TM4C123G负责这一作用的实现。在完成初始化之后，单片机进入主循环系统，对网络相关请求进行处理，迅速进行数据传输。

3.2 对网络路由器工作原理的分析

网络路由器设计的基础为BB-Black，结合说明文档生成可执行文件，强化网络条件下的模式，借助其向测量节点分配IP地址。传感器节点将检测数据传递给BB-Black模块。数据达到一定数量之后，对其进行打包处理，而后通过AT命令控制模块将数据传达给服务器。

3.3 针对服务器软件的设计

在服务器中，主要包含数据库管理以及相关模块。服务器软件使用Qt语言进行编写，一旦模块接收到信息，软件串口接收区会对接收到的信息进行显示，信息被提取之后，存入数据库，同时在软件中呈现。服务器被启动之后，达到对接收端口的监听，一旦接收到客户端连接请求，服务器会启动线程对客户端提出的查询请求进行处理。线程的功能是进行客户端请求的查询，对数据库中的数据进行筛选，找到目的数据，同时通过网络进行传递。

3.4 对不同客户端设计的分析

客户端设计包含两个方面，即计算机软件以及手机软件两种，采取相应的Qt和Java语言进行可定查询软件的查询。两种客户端设计都要进行服务器IP地址、端口号的设置，结合需要进行查询地址的选择。在登录之后，发送连接服务器，成功后会将信息显示在相应的屏幕之上，PM2.5的数值会自动更新。

4 测试结论分析

通过监测，强化对不同测量点数据的模拟与检测，同时，与当天权威的中国环境监测数据进行对比，整个监测系统能够有效测量模拟器的PM2.5的浓度值，明确时间区间，强大对空气指数与空气质量状况的提示，达到实时获取网络平台浓度值的目的。

5 结束语

综上，基于物联网技术，发挥光散射PM2.5传感器以及相关嵌入技术的优势，积极构建多节点PM2.5的大气环境参数监测系统，借助移动网络，达到数据传输的目的。在这种系统的支持下，有效降低人工干预的影响，发挥移动网络优势，可靠性更强，达到监测点的合理选择。基于此，多种客户终端能够在线查询PM2.5的浓度参数。通过全面性的研究发现，这一监测系统运行稳定性突出，能够达到对浓度值的实时监控，成本不高，因此，极具推广价值，在根本上有效发挥对环境监测的支持作用。

参考文献

[1]董威，董凡，王明华，高超，姚智韧.基于云平台的PM2.5污染物监测系统设计[J].计算机时代，2016（02）：8-10.

[2]胡浩，王涛.智能建筑PM2.5浓度/粉尘浓度实时监测系统产品营销分析[J].智能建筑与智慧城市，2016（05）：64-68.

作者单位

兰州大学信息科学与工程学院 甘肃省兰州市 730000