CN103983308A - 一种空气质量监测系统 - Google Patents

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刘敬彪
李正雄
李明成
滕琨
张启明
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本发明实施例公开了一种空气质量监测系统，包括下位机和空气质量监测云平台，空气质量监测云平台进一步包括上位机，服务器，第三方网站数据接口和移动应用公共账号端，上位机进一步包括的数据处理模块用于将从串口通信模块读取的数据先由字符串格式转化为十进制的数，然后存储到一个数组里，存储的条件为系统秒针是否为0或30，当满足条件的时候，就读取串口的值，并写入到数组中，当达到整点的时候，将数组的所有元素除去最大值与最小值，再求平均数，得出的数值即为过去的一小时的空气质量参数的平均值。本发明用于提供一种系统结构简单，成本低，稳定性好的空气质量监测系统，使得有需求的社区用户可以实时查看社区的空气质量参数。

Description

一种空气质量监测系统
技术领域
本发明属于数据监测技术领域，特别地涉及一种空气质量监测系统。
背景技术
PM2.5，即细颗粒物，又称细粒、细颗粒。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物，它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。细颗粒物的化学成分主要包括有机碳(OC)、元素碳(EC)、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐(Na+)等。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质(例如，重金属、微生物等)，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
随着人们对大气中PM2.5的关注，机构对PM2.5含量与空气质量等级进行了对应。其中24小时PM2.5平均值标准值代表的空气质量等级一标准如下：0～35ug/m3，优；35～75ug/m3，良；75～115ug/m3，轻度污染；115～150ug/m3，中度污染；150～250ug/m3，重度污染；大于250及以上，严重污染。
现在很多地方政府会设置监测点对大气的PM2.5进行实时监测，但是存在检测点过少的问题，以杭州为例，目前仅有云栖，城厢镇，临平镇，和睦小学，朝晖五区，浙江农大，卧龙桥，千岛湖，西溪和滨江等少数的检测点，然而对于某些大型社区，例如居民小区，医院以及学校需要对空气质量进行就地的检测。
针对以上需求，实有必要开发一套系统结构简单，成本低，稳定性好的空气质量监测系统，使得有需求的社区用户可以实时查看社区的空气质量参数以采取相应的防护措施。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种空气质量监测系统，上位机主动通过LabVIEW的串口VISA获取设置在检测点的空气参数传感器采集的数据，并对数据存储至服务器上供移动应用公共账号端或第三方接口调用，移动应用公共账号端可实时获取空气质量参数。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种空气质量监测系统，包括下位机和空气质量监测云平台，空气质量监测云平台进一步包括上位机，服务器，第三方网站数据接口和移动应用公共账号端，下位机与空气质量云平台的上位机之间通过串口连接，上位机进一步包括串口通信模块，数据处理模块，数据存储模块，显示模块和网络数据传输模块，
所述下位机用于采集并预处理温度传感器、湿度传感器、PM2.5传感器和MQ135有害气体传感器的空气质量数据；
串口通信模块，用于将空气质量数据上传至数据处理模块；
数据处理模块，用于将从串口通信模块读取的数据先由字符串格式转化为十进制的数，然后存储到一个数组里，存储的条件为系统秒针是否为0或30，当满足条件的时候，就读取串口的值，并写入到数组中，当达到整点的时候，将数组的所有元素除去最大值与最小值，再求平均数，得出的数值即为过去的一小时的空气质量参数的平均值；
数据存储模块，用于通过服务器上的MySQL数据库进行数据的存储，系统整点时，在显示数据的同时，将数据发送到服务器上，LabVIEW通过Database实现与数据库的连接，通过一个UDL文件与数据库建立连接后，向数据库中指定的位置写入或读取文件；
数据显示模块，用于显示空气质量参数；
网络数据传输模块，用于将数据处理模块处理后的数据上传至服务器；
移动应用公共账号端，用于将空气质量参数上传至移动应用公共账号端，供用户查阅空气质量数据。
优选地，空气质量监测云平台进一步包括第三方网站数据接口，用于为服务器上的数据向第三方提供数据接口或供第三方调用。
优选地，数据存储模块与数据库的连接使用连接字符串实现，输入相应的数据库中表的名称后，将数据写入到对应的表中。
优选地，下位机进一步包括发射模块和接收模块，所述发射模块进一步包括发送主控制器和Si4432发射模块，所述接收模块进一步包括接收主控制器和Si4432接收模块，
发送主控制器，用于预处理设置在室内的温度传感器、湿度传感器、PM2.5传感器，MQ135有害气体传感器，以及设置在室外的PM2.5传感器的采集数据；
Si4432发射模块，用于将发送主控制器的数据发送至Si4432接收模块；
Si4432接收模块，用于接收Si4432发射模块的数据发送至接收端主控制器；
接收主控制器，用于接收主控制器通过控制Si4432接收数据，实现多点采样，分时采样，采用数据处理算法，对大量数据进行处理整合。
优选地，上位机主动询问，下位机被动发送，每隔30秒向下位机发送一个命令，下位机收到命令后就进入中断，把当前的值发送至上位机。
优选地，所述串口通信模块采用LabVIEW中的串口模块VISA实现。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：能够实时的检测空气中的PM2.5的含量，并将其在上位机上实时的显示出来，同时，可以将所测的数据传送到MySQL数据库中，通过移动终端的应用程序的推送，用户可以非常方便的查询空气中PM2.5的值。
附图说明
图1为本发明实施例一的空气质量监测系统的结构框图；
图2为本发明实施例二的空气质量监测系统的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
参见图1，所示为本发明实施例的空气质量监测系统的结构框图，包括下位机10和空气质量监测云平台20，空气质量监测云平台20进一步包括上位机201，服务器202，第三方网站数据接口203和移动应用公共账号端204，下位机10与空气质量云平台20的上位机201之间通过串口连接，上位机进一步包括串口通信模块2011，数据处理模块2012，数据存储模块2013，显示模块2014和网络数据传输模块2015，下位机10用于采集并预处理温度传感器、湿度传感器、PM2.5传感器和MQ135有害气体传感器的空气质量数据，串口通信模块2011用于将空气质量数据上传至数据处理模块，数据处理模块2012用于将从串口通信模块读取的数据先由字符串格式转化为十进制的数，然后存储到一个数组里，存储的条件为系统秒针是否为0或30，当满足条件的时候，就读取串口的值，并写入到数组中，当达到整点的时候，将数组的所有元素除去最大值与最小值，再求平均数，得出的数值即为过去的一小时的空气质量参数的平均值；数据存储模块2013用于通过服务器上的MySQL数据库进行数据的存储，系统整点时，在显示数据的同时，将数据发送到服务器上，LabVIEW通过Database实现与数据库的连接，通过一个UDL文件与数据库建立连接后，向数据库中指定的位置写入或读取文件，数据存储模块与数据库的连接使用连接字符串实现，输入相应的数据库中表的名称后，将数据写入到对应的表中。数据显示模块2014用于显示空气质量参数，数据存储模块存储更新数据的同时显示模块对数据进行显示。在具体应用实例中，数据的显示可以以折现图的方式实现。在LabVIEW中通过波形图表实现数据的实时更新，每当整点的时候读取从数据处理模块传来的数值，更新到图表上。当达到零点时，会将前一天的数据保存后清除掉，然后重新从0点显示，以此实现同步更新。每次系统开始运行的时候，都会初始化，一方面设定一些系统参数，另一方面从数据库中读取当天的数据显示，如果没有的话就会显示为。网络数据传输模块2015用于将数据处理模块处理后的数据上传至服务器。移动应用公共账号端204用于将空气质量参数上传至移动应用公共账号端，供用户查阅空气质量数据。
通过以上实施例的空气质量监测系统，下位机的发射模块将设置在社区各个站点的传感器节点的空气质量数据发送至接收模块，接收模块进而通过串口上传至上位机进行数据的处理和存储，每一段时间进行数据的更新，整点求平均值得到空气质量数据从而通过显示模块进行更新显示。
在其他具体应用示例中，继续参见图1，空气质量监测云平台20可进一步包括第三方网站数据接口203，用于为服务器上的数据向第三方网站提供数据接口或供第三方网站调用，例如地方管理平台即可调用社区产生的空气质量数据进行统计，以使得地方管理平台的空气质量统计范围更广，数据更全面。
参见图2，在实施例1的基础上，下位机10进一步包括发射模块101和接收模块102，发射模块进一步包括发送主控制器1011和Si4432发射模块1012，接收模块102进一步包括接收主控制器1022和Si4432接收模块1021，发送主控制器1011用于预处理设置在室内的温度传感器、湿度传感器、PM2.5传感器，MQ135有害气体传感器，以及设置在室外的PM2.5传感器的采集数据；Si4432发射模块1012用于将发送主控制器的数据发送至Si4432接收模块；Si4432接收模块1021用于接收Si4432发射模块的数据发送至接收端主控制器；接收主控制器1012用于接收主控制器通过控制Si4432接收数据，实现多点采样，分时采样，采用数据处理算法，对大量数据进行处理整合。
在通信中，由于系统对实时性要求比较高，也就是每隔30秒发送一次数据，每隔1个小时更新一次数据，如果采用下位机主动发送，上位机从动接受，会出现当下位机发送数据的时候，上位机没有在执行串口的程序，容易造成数据的丢失。因此本发明实施例在数据传送过程中，采用上位机主动询问，下位机被动发送，每隔30秒向下位机发送一个命令，下位机收到命令后就进入中断，把当前的值发送至上位机。即上位机的系统时间为准，每隔30秒向下位机发送一个命令，下位机收到命令后就进入中断，把当前的值发过来，很好的实现了数据的传输。
在具体应用实例中，串口通信模块采用LabVIEW中的串口模块VISA实现。VISA是虚拟仪器软件结构框架(Virtual Instrumentation Software Architecture)的简称。它本身不提供仪器编程能力，是一个调用底层代码来控制硬件的高层API(应用程序接口)，为高级仪器驱动程序和低级I/O驱动程序之间提供了一个层，使得高级仪器驱动程序和硬件无关，更大大提高了仪器的互换性，如VXI仪器，CPIB仪器，RS232仪器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种空气质量监测系统，其特征在于，包括下位机和空气质量监测云平台，空气质量监测云平台进一步包括上位机，服务器，第三方网站数据接口和移动应用公共账号端，下位机与空气质量云平台的上位机之间通过串口连接，上位机进一步包括串口通信模块，数据处理模块，数据存储模块，显示模块和网络数据传输模块，
所述下位机用于采集并预处理温度传感器、湿度传感器、PM2.5传感器和MQ135有害气体传感器的空气质量数据；
串口通信模块，用于将空气质量数据上传至数据处理模块；
数据处理模块，用于将从串口通信模块读取的数据先由字符串格式转化为十进制的数，然后存储到一个数组里，存储的条件为系统秒针是否为0或30，当满足条件的时候，就读取串口的值，并写入到数组中，当达到整点的时候，将数组的所有元素除去最大值与最小值，再求平均数，得出的数值即为过去的一小时的空气质量参数的平均值；
数据存储模块，用于通过服务器上的MySQL数据库进行数据的存储，系统整点时，在显示数据的同时，将数据发送到服务器上，LabVIEW通过Database实现与数据库的连接，通过一个UDL文件与数据库建立连接后，向数据库中指定的位置写入或读取文件；
数据显示模块，用于显示空气质量参数；
网络数据传输模块，用于将数据处理模块处理后的数据上传至服务器；
移动应用公共账号端，用于将空气质量参数上传至移动应用公共账号端，供用户查阅空气质量数据。
2.根据权利要求1所述的空气质量监测系统，其特征在于，空气质量监测云平台进一步包括第三方网站数据接口，用于为服务器上的数据向第三方提供数据接口或供第三方调用。
3.根据权利要求1或2所述的空气质量监测系统，其特征在于，数据存储模块与数据库的连接使用连接字符串实现，输入相应的数据库中表的名称后，将数据写入到对应的表中。
4.根据权利要求1或2所述的空气质量监测系统，其特征在于，下位机进一步包括发射模块和接收模块，所述发射模块进一步包括发送主控制器和Si4432发射模块，所述接收模块进一步包括接收主控制器和Si4432接收模块，
发送主控制器，用于预处理设置在室内的温度传感器、湿度传感器、PM2.5传感器，MQ135有害气体传感器，以及设置在室外的PM2.5传感器的采集数据；
Si4432发射模块，用于将发送主控制器的数据发送至Si4432接收模块；
Si4432接收模块，用于接收Si4432发射模块的数据发送至接收端主控制器；
接收主控制器，用于接收主控制器通过控制Si4432接收数据，实现多点采样，分时采样，采用数据处理算法，对大量数据进行处理整合。
5.根据权利要求1或2所述的空气质量监测系统，其特征在于，上位机主动询问，下位机被动发送，每隔30秒向下位机发送一个命令，下位机收到命令后就进入中断，把当前的值发送至上位机。
6.根据权利要求1所述的空气质量监测系统，其特征在于，所述串口通信模块采用LabVIEW中的串口模块VISA实现。
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