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摘 要

本文基于Labview图形化编程软件设计了一种空气监测系统。该系统由下位机监测终端和上位机PC机监测中心构成。其下位机由三种传感器（O3,PM2.5和湿度）数据采集模块、STM32微控制器、CC2530无线通信模块等组成，以完成空气相关数据采集、处理与传送；上位机PC机监测中心由CC2530无线通信模块和装有Labview软件的PC机组成，以完成实时监测、动态显示。实验结果表明，系统数据采集正常，无线传输可靠；系统软件界面美观，方便观察，具有广阔的市场应用前景。

关键词：Labview，空气监测，STM32，CC2530

Abstract: This paper designs an air monitoring system based on Labview graphical programming software.The system is composed of the monitoring terminal of the lower computer and the PC monitoring center of the upper computer.The lower plane is composed of three kinds of sensors (O3,PM2.5 and humidity) data acquisition module, STM32 microcontroller and CC2530 wireless communication module to complete air related data collection, processing and transmission.The PC monitoring center of upper PC is composed of CC2530 wireless communication module and PC unit equipped with Labview software to complete real-time monitoring and dynamic display.The experimental results show that the system data collection is normal and the wireless transmission is reliable.The system software interface is beautiful, convenient to observe, has broad market application prospect.

Keywords: Labview , gas monitoring, STM32,CC2530

目 录

1 引言 4

2 系统总体设计方案 4

2.1 系统总体设计框图 4

2.2 气体传感器 5

2.3 STM32单片机 7

2.4 Zigbee技术概述 9

2.5 Labview概述 12

3 系统硬件设计 14

3.1 电源模块 14

3.2 气体数据采集单元 14

3.3 数据处理与通讯模块 15

3.4 PC上位机 15

4 系统的软件设计 16

4.1 气体数据采集单元程序设计 16

4.2 数据处理与通讯模块程序设计 17

4.3 PC上位机程序设计 18

5 系统安装与调试 19

总结 21

参考文献 22

致谢 23

附录1 24

附录2 25

附录3 26

1 引言

近年来，由于工业的快速发展，大气质量也日趋下降，各种工业气体污染极大地影响着人们的身心健康，空气质量问题也成为了社会持续关注的话题。空气监测越来越受到人类的重视，随着科技的不断发展各种空气监测的方式也被提出。

我国的空气监测项目从上世纪八十年代开始，经过30多年的发展，监测能力明显增强。目前，我国研究的重点是通信技术和数据处理技术以及传感器的应用研究。国外对空气监测平台的研究比我国早了很多，始于19世纪末。国际总体空气监测平台正趋于信息形式多样化、服务对象广域化、数据信息标准化和综合化。

本课题结合项目需要、研究现状和现有设备基础，选定实验对象为O₃ 、PM2.5和湿度。设计了基于Labview平台的空气监测系统，气体传感器作为前端，通过相应的传感器MQ131,GP2Y1014AU和DHT11对相应气体进行数据收集再通过微控制器STM32对数据进行解析和传输，最后通过片上系统CC2530运用Zigbee无线通信技术传送给上位机，最后在Labview平台可视化。

2 系统总体设计方案

2.1 系统总体设计框图

设计的空气监测系统整体结构框图如图1，主要由气体传感器构成的气体数据采集单元、无线通信模块Zigbee-CC2530和微处理器STM32构成的数据处理与通讯模块及PC上位机几部分组成。

从功能上来说可以将本系统分为两个子系统：一是下位机监测终端也是气体数据采集子系统，二是上位机PC监测中心即Labview远程监控子系统。气体数据采集系统主要包括气体传感器模块（此设计研究三种参数：臭氧、粉尘、湿度），无线模块Zigbee-CC2530，单片机STM32。远程监控系统包括Zigbee-CC2530模块和装有Labview的PC机。无线模块Zigbee终端将单片机采集到的气体数据信息发送到上位机中心节点Zigbee，再通过USB口把信息传送到Labview的前面板上，上位机Labview还具有数据显示、采集、测量分析与保存历史信息等功能。

图1 系统总体方框图

2.2 气体传感器

2.2.1 臭氧传感器MQ131

从稳定性和测试范围等方面考量，本设计中的臭氧传感器使用的型号为MQ131，因其具有以下的特点：第一，在较宽的浓度范围（10PPB-2PPM）内对臭氧气体有较好的灵敏度，可以实时反映变化；第二，信号输出指示灯具有指示作用，方便观测到测量是否正常；第三，模拟量输出随浓度增加而增大，浓度越高则电压越高；第四，具有长久的使用期和可靠的稳定性，使用寿命长；第五，快速的响应恢复特性；其工作原理如图2所示。臭氧气体传感器使用的气敏材料是二氧化锡(SnO2)，它在纯空气中导电性弱。当臭氧气体在传感器所在环境中存在时，传感器的导电性能随着臭氧浓度的增加而提高。再通过电路将电导率的变化转化为与气体浓度变化对应的输出信号。

图2 MQ131臭氧传感器原理图

2.2.2 粉尘传感器GP2Y1014AU

本设计使用GP2Y1014AU来替代之前的GP2Y1014AU0F型号的光学粉尘传感器，是之前的升级版。传感器的探测中心有一个洞，它可以让空气自由流动，同时其内部对角线上有红外线和光电晶体管，当探测到灰尘时会进行反射。即使细小的微粒也能够被检测到，所以也可在空气净化系统中应用。同时GP2Y1014AU重量轻、体积小、便于安装，低消耗，输出值是一个模拟电压正比于所测得的粉尘浓度，灵敏性为0.5V/0.1mg/m3。图3为此型号的粉尘传感器的引脚图。

图3 GP2Y1014AU引脚图

2.2.3 湿度传感器DHT11

DHT11湿度传感器是将数字模块和湿度感知技术结合的复合型传感器，使产品在很长一段时间内非常可靠和稳定，所以本设计温湿度传感器选择该型号。传感器包括NTC温度元件和电阻加湿器件，具有快速响应，抵抗阻力能力强和成本效益大的特点。该型号产品多为4针单排引脚封装，其中三脚—NC为空脚需悬空因此实验所用型号只有三引脚。图4为DHT11引脚图。

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