摘 要

现在大多数人每天有超过80％的时间是呆在室内的，且经研究表明室内空气污染要比室外严重得多，尤其是像密封效果比较好的办公室、卧室和教室，因此对室内环境空气质量的监测研究也越来越重要。

室内空气质量主要是测量室内温度、二氧化碳、湿度、甲醛、PM2.5、一氧化碳等的。本论文主要对室内环境空气质量中的PM2.5进行实时监测，传感器通过串行接口与Android开发板相接，然后通过串口定时采集室内空气质量数据，并通过MQTT协议将数据发送到Apollo代理服务器，移动客户端向MQTT服务器订阅并接收设备的数据，实现实时对室内空气质量的监测。

本系统搭建对室内空气质量的实时监测，通过移动客户端就可实时获取PM2.5的值，系统运行稳定，用户体验较好。

关键词： Android，室内空气质量，MQTT，PM2.5

Abstract

Nowadays most people will stay indoors more than 80% of the time of day , and study shows that indoor air pollution is much more serious than outdoor, especially as the sealing effect good offices, bedrooms and classrooms.So the environmental monitoring studies on indoor air quality has become increasingly important.

Indoor air quality monitoring is mainly on the indoor temperature, humidity, carbon dioxide, carbon monoxide, formaldehyde, PM2.5 and other measurement and monitoring. This paper mainly on indoor air quality in real-time monitoring of PM2.5.the Android development board connect Sensor with the serial interface,and then timing acquisition indoor air quality data through the serial port, and sent the data to Apollo proxy server through MQTT protocol.The mobile client subscribes to the server and receives the data from MQTT device to achieve real-time monitoring of indoor air quality .

The system set up an real-time monitoring system of indoor air quality, and you can get the real-time PM2.5 value from mobile client.The system is stable, and the user experience better.

Key Words: Android, air quality monitoring, MQTT, PM2.5 sensor

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3本文的研究内容及组织结构 2

第2章 相关技术基础 4

2.1 MQTT协议 4

2.1.1 MQTT协议的基础 4

2.1.2 MQTT原理 5

2.1.3 MQTT消息类型 5

2.2 Android系统平台 6

2.2.1 Android系统结构 6

2.2.2 Android应用程序组件 8

2.2.3 本地层开发技术 9

2.3 Apache Apollo 9

2.4 itop-4412开发板 10

2.5 PM2.5传感器 11

2.5.1 PM2.5传感器基础 11

2.5.2 传感器电路原理 12

第3章 系统设计 14

3.1 系统整体架构 14

3.2 功能模块的设计 14

3.3 采集前端的设计 15

3.4 客户端设计 16

第4章 系统实现与测试 18

4.1 Android应用程序开发环境 18

4.2 Apollo服务器配置 18

4.3 Android采集前端程序实现 20

4.3.1 消息发布模块 20

4.3.2 数据采集模块 21

4.4 客户端程序实现 22

4.5 系统测试 23

4.5.1 测试环境 23

4.5.2 系统测试 24

第5章 总结与展望 25

5.1 本文工作总结 25

5.2 下一步的的工作展望 25

致谢 26

参考文献 27

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

近年来，我国雾霾天气频发，大气颗粒物污染也越来越严重。沈阳、北京、长春等城市自2015年入冬以来，空气质量多次达到严重污染的程度。2015年12月，一些专家对北京的空气重污染做了调查研究，随后应急指挥部就在北京市发布了红色预警指令。细颗粒物(PM2.5)会诱发人体疾病，威胁人体的健康，在雾霾天气，人们选择尽量待在室内[^[1]]。然而根据美国专家研究表明，事实上室内空气污染的水平要比室外严重将近2-5倍，而且在某些情况下它的比值可能会超过100倍。美国的这一项研究还在室内的空气中查出了将近有500多种具有挥发性的有机物，而且发现其中某些有害气体的浓度会高出户外的有害气体浓度10倍甚至几十倍，在这些有害物质中就有20多种都是可以致癌的物质。

最近几年来，我国空气质量问题堪忧。很多地方都出现了雾霾天，各个地方纷纷出台相关政策来改善空气质量问题，例如，洗城，严格审核相关施工单位的工程，严格管理污水，废气排放的问题。经研究表明，室内在封闭情况下仍有很多污染物是来源于室外的，因此，在室外雾霾天如此严重的同时，也要加强对室内空气质量的监测，减少空气污染物对人身体健康造成的危害。在当前我国雾霾形势十分严重的情况之下，我们还需要研究和解决一些空气污染问题，采取有效的措施来达到控制室内PM2.5污染的要求，尽可能使室内PM2.5的值降到最低，减少造成的危害。在2014年，清华大学对北京的IAQ进行了简单的调查研究，在调查研究的期间，发现每天在居民室内的20小时的PM2.5暴露量几乎占到了总暴露量的82%，相比较而言在室外4小时的PM2.5暴露量则占到了总暴露量的18%，根据这种现象得出人均室内PM2.5的吸入量大约是室外PM2.5的吸入量的4倍。尤其现在大多数人每天有超过80％的时间是呆在室内的，我们可以从中想象得到长时间的呆在这样的环境下，这样大的接触面积下，IAQ对人们的身体健康影响多么大。

而今随着生活条件越来越好和生活质量的提高，人的平均寿命也增加了很多，然而对于发展中国家来说，除去营养不良和水质这些问题，室内空气品质也成为阻碍平均寿命延长的主要障碍。IAQ的问题可导致许多疾病，对社会造成很大的影响，危及人类身体健康室内空气质量问题可能会导致人感染呼吸传染病、肺结核、肺癌、哮喘等疾病，每年也因此而丧命的人超过近200万。不仅发展中国家如此，发达国家情况也不容乐观，它们也由于室内空气污染问题对国家也造成了巨大的经济损失。根据美国EPA的统计得出的调查结果显示，几乎每年美国都会因IAQ太低而造成的经济损失近乎400亿美金，可见，IAQ问题不仅对人类身体健康影响巨大，对经济的冲击力也很大。