摘 要

城市化带来许多环境问题，空气质量的恶化严重影响人们的身体健康。加强空气质量监测、提高空气质量状况成为政府关注的重点。然而目前空气质量监测网络建设不够完善，检测设备也比较少，检测项目较为单一。为了随时随地了解某地的空气质量状况，设计了一种基于C/S模式的大气污染物监测系统。在多个监测点放置监测设备，记录各个监测点的环境参数，包括环境的温湿度、二氧化碳(CO₂)和大气的主要污染物，包括悬浮颗粒物、二氧化硫（SO₂）、二氧化氮(NO₂)、臭氧(O₃)、一氧化碳(CO)、硫化氢(H₂S)和氨气(NH₃)。多个监测终端设备通过网络通信方式将测量数据传输至计算机端的应用程序，污染物信息在界面上实时显示，直观地了解当前空气污染情况。采用数据库技术将污染气体数据持久化，可以得出污染物的变化趋势，提供有效数据预防和治理污染。

本文采用C/S模式的系统设计方案和上位机与下位机结合的方法。下位机采用ARM处理器作为监测终端设备的微控制器，搭建外部电路完成测量、控制功能。上位机则在Visual C 平台上采用了Socket套接字技术实现网络通信和采用基于MFC的程序设计完成服务器的界面设计。

本文结合了软、硬件的设计方法，硬件包括监测终端的电路设计，软件包括Windows系统下的界面设计、Socket网络通信和数据库管理技术。

实验验证，系统测量误差在5%以下，并能在界面中实时显示，可靠性高、稳定性好，取得了很好的实际效果。

关键字：气体监测；C/S模式；网络通信；数据库技术

Abrast

Urbanization causes a lot of environmental problems. The deterioration of air quality seriously affects people's health. The government is concerning about improving the air quality by monitoring. However, at present, the construction of air quality monitoring network is not perfect enough. There are short of monitoring equipments, and the monitoring items are relatively simple. In order to know about the air quality in a certain place at any time and any place, an air pollution monitoring system based on the C/S model was designed. Place monitoring equipment at multiple monitoring points to record the environmental parameters, including environmental temperature and humidity, carbon dioxide (CO₂), and the major pollutants in the air, including suspended particulates, sulfur dioxide (SO₂), and nitrogen dioxide (NO₂₎. Ozone(O₃), carbon monoxide(CO), hydrogen sulfide(H₂S), and ammonia(NH₃). Multiple monitoring devices transmit measurement data to the application program on the computer through network communication. The pollutant information is displayed on the interface in real time, which make the current air pollution condition understood intuitively. The use of database technology can save pollutant datas persistently and show historical changes. User can effectively control and prevent pollutant emissions by searching the historical datas.

This paper adopts C/S mode and the method of combining upper computer and lower machine to form a system. The lower machine uses an ARM processor as a microcontroller in monitoring hardware circuit, and builds an external circuit to perform measurement and control functions. The upper computer adopts Socket technology to realize network communication and adopts MFC-based programming to complete the interface design of the server on the Visual C platform.

This article combines the hardware and software design methods. The hardware includes the circuit design of the monitoring devices. The software includes the interface design in Windows system、Socket network programing and database management Technology.

Experimental shows that the system can measure pollution gas data with an error of less than 5% and display it in real time on the interface. It has high reliability, good stability, and has achieved very good prac tical results.

Key words: air monitoring; C/S model; network communication;database technology

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1国外研究现状 1

1.2.2国内研究现状 2

1.3 研究内容和主要工作 3

第2章 系统总体设计 5

2.1大气污染监测系统的设计分析 5

2.2 C/S体系结构介绍 5

2.3 应用程序服务器的三层C/S模式 6

2.4 系统总体结构 7

2.5 本章小结 8

第3章 监测系统的下位机设计 9

3.1硬件总体结构 9

3.2 传感器模块 10

3.3 网络通信模块 12

3.3.1 TCP/IP协议介绍 12

3.3.2 LwIP协议栈在嵌入式设备中的移植 13

3.3.3以太网接口电路 14

3.3.3 客户机的TCP过程 15

3.4 触摸按键控制模块 16

3.5 液晶显示屏模块 16

3.6 风机驱动模块和蜂鸣器模块 17

3.7 本章小结 17

第4章 监测系统服务器设计 18

4.1 服务器端开发平台 18

4.2 服务器网络通信的实现 19

4.2.1 socket套接字 19

4.2.2 基于TCP的socket编程 20

4.2.3 select模型原理 20

4.3 MySQL数据库管理 21

4.4 程序界面设计 22

4.4.1 使用列表控件实时显示污染物数据 23

4.4.2 通过按钮调用子节点对话框 24

4.4.3使用ActiveX控件绘制数据曲线图 24

4.5 本章小结 25

第5章 系统测试与实验验证 26

5.1 服务器功能测试 26

5.2 监测设备功能测试 27

5.3 本章小结 29

第6章 总结与展望 30

6.1总结 30

6.2展望 30

参考文献 31

致谢 33

第1章 绪论

1.1课题研究背景

随着现代社会的不断发展，环境污染的问题越来越严重，环境和发展当今社会密切关注的话题。大气污染是由人类生产和生活中产生各种有害物质排放到大气中。近年来，有关大气污染的重大污染事件不断发生，严重影响到人们的身体健康。常见的污染气体有二氧化硫（SO₂）、二氧化氮（NO₂）、一氧化碳（CO）、臭氧（O₃）、和悬浮颗粒物^[1]。这些有毒气体超过一定浓度，会给人们带来致命的伤害，因而一定要在污染事件发生前及时预防。空气中的颗粒悬浮物也对人类的健康有重大的威胁，PM是颗粒物的缩写，直径小于2.5μm的颗粒物，即PM_2.5，被人吸入后会积聚在呼吸系统，由于体积小，可以深入肺部，而且体积越小，进入的地方越深，对人的健康造成的影响越大。CO₂不看作是污染物，但是CO₂和水蒸气一起起作用，对地球产生“温室效应”，也是人们关注的一项环境问题。

近年来，雾霾问题越来越严重，空气质量越来越成为人们高度关注的指标。治理大气污染，要对空气污染要采取一系列的防御措施，最为首要的环节是对环境空气质量进行检测。空气质量监测系统（Air Quality Monitoring System，AQMS）是指对城市或区域内的气体进行连续监测的信息化系统，由负责测量的检测仪器和系统软件组成，具有自动检测空气质量和将数据发送出去的功能^[2]。近年来，全国城市相继实施环境连续监测，并在网络上实时发布空气质量信息。虽然人们可以通过网络了解环保局发布的空气质量信息，可是由于各个城市条件的多样性和空间的局限性，该发布的数据的是监测站点附近的污染物指标，一个地方的局部空气质量会有很大不同，在某些特定地点，如生产废气的工厂，人们无法随时随地了解空气质量情况，若有害气体泄露，而人们无法得知有效信息，这将将严重威胁作业人员和工厂附近居民的生命安全身体健康。在保护环境下进行生产活动，控制污染物的排放，必须密切监视污染物的排放情况，因此在工业生产地方布置空气污染监测系统是必要的措施^[3]。目前大多数城市及工厂采用的监测系统是国外的技术，国外的控制水平相对较高，但一般存在以下问题：价格昂贵，升级成本高，售后服务难度大，环境污染的标准不一样，检测的指标也不同，产品的兼容性差，维护费用高。针对以上问题，研发大气污染的监测系统十分必要。

1.2 国内外研究现状

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