CN109873859A - 一种校园区域环境空气质量监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于ZigBee无线传感网络和云平台技术的校园区域环境空气质量监测系统及方法。系统包括环境空气质量信息获取终端、嵌入式主控制单元和人机交互终端。本发明通过自建电脑端云平台服务器的应用，结合ZigBee无线传感网络和传感器系统对校园区域环境空气质量信息的采集，利用嵌入式主控制单元和WIFI无线网络通信建立起人机交互终端和监测站点之间的通信，实现了对校园区域环境空气质量实时监测，实现了多种人机交互终端，让在校师生随时随地都能查看校园区域环境空气质量状况，为在校师生提供可视化的校园区域环境空气质量状况监测平台。

Description

一种校园区域环境空气质量监测系统及方法

技术领域

本发明属于智慧环保和物联网应用领域，涉及一种校园区域环境空气质量监测系统及方法。

背景技术

校园区域是在校师生学习和活动的主要场所，校园作为一种特定的环境，人口密集程度大，所处环境状况复杂，其环境空气质量好坏直接关系到师生们的身心健康。随着科学技术的飞速发展，人们对周身环境监测提出了智能化、可视化、实时化和具体化等更多需求。传统的环境空气质量监测系统存在着以下几个方面的问题：(1)对室内环境空气质量信息采集较少，监测范围太广，很少实际应用到校园区域环境空气质量监测这样一个具体的应用领域中；(2)多数是通过总线技术连接监测系统中的各模块，存在着硬件部分布线复杂，维护难度大，系统可扩展性低等问题；(3)数据更新不及时，共享性差，不方便用户随时随地的去查看周身环境空气质量状态信息。

相关技术中，提出了一种基于ZigBee无线传感网络和云平台技术的校园区域环境空气质量监测系统。利用ZigBee无线传感网络采集校园区域多个小范围监测站点的环境空气质量信息，并设计开发电脑端云平台服务器、移动手机端软件等多种数据查询显示终端，解决了上述监测范围过广、缺乏校园区域环境空气质量监测具体应用、可扩展性低和共享性差等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于ZigBee无线传感网络和云平台技术的校园区域环境空气质量监测系统及方法。该系统基于ZigBee无线传感网络、ARM处理器、云平台以及WIFI无线网络通信等技术，采集校园区域室内外多个监测站点处的环境空气质量信息。环境空气质量信息包括温度、湿度、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、PM2.5、PM10 和烟雾。采集到的环境空气质量信息实时传输到监测系统中，监测系统正常工作时，校园师生可以通过多种人机交互终端，随时随地的查看校园区域各监测站点处环境空气质量状况，为在校师生提供可视化的校园区域环境空气质量状况监测平台。当环境空气质量信息数据异常时，会通过蜂鸣器报警提示监测站点处的人群，同时会通过网络发送报警信息给校园武保处等相关负责部门。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种校园区域环境空气质量监测系统，包括环境空气质量信息获取终端、嵌入式主控制单元和人机交互终端。其特征在于：所述环境空气质量信息获取终端经嵌入式主控制单元连接人机交互终端。所述环境空气质量信息获取终端由ZigBee协调器、ZigBee路由节点、以及 ZigBee终端节点搭载传感器系统构成，ZigBee终端节点连接传感器获取环境空气质量信息数据，采集到的环境空气质量信息数据通过搭建好的ZigBee无线网络经由ZigBee路由节点汇聚到ZigBee协调器处；所述嵌入式主控制单元指基于ARM处理器搭建的嵌入式控制系统，用以处理环境空气信息获取终端传输过来的环境空气质量信息数据，对环境空气质量信息数据汇总分析、数据分类以及删除无用信息，最终将有效环境空气质量信息数据按照既定格式打包并通过WIFI模块以TCP/IP协议发送至人机交互终端；所述人机交互终端以液晶显示屏、电脑端云平台服务器和移动手机端软件多种形式来完成实时接收、显示、监测和管理校园区域环境空气质量信息数据。

所述环境空气质量信息获取终端包括一个ZigBee协调器节点、若干ZigBee路由器节点、若干ZigBee终端节点和传感器系统。所述ZigBee终端节点直连传感器系统；所述传感器系统包括温度传感器、湿度传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、二氧化硫传感器、PM2.5 传感器、PM10传感器和烟雾传感器。传感器系统采集环境空气质量信息数据发送到与之直连的ZigBee终端节点，ZigBee终端节点收到的环境空气质量信息数据通过ZigBee路由节点进行路由转发，最终ZigBee无线网络中所有ZigBee终端节点采集到的环境空气质量信息数据都汇总到唯一的ZigBee协调器节点处，再由ZigBee协调器节点发送至嵌入式主控制单元。

所述嵌入式主控制单元包括主控制芯片、WIFI模块、电源模块、显示模块和报警模块。所述主控制芯片选用STM32F103系列芯片，用于完成对挂载的外围设备进行信号采集处理和控制工作；所述WIF模块、显示模块、报警模块以及环境空气质量信息获取终端均作为外围设备与主控制单元连接；所述电源模块的输出端与嵌入式主控制单元的电源输入端连接；所述WIFI模块在主控制单元将有效的环境空气质量信息数据按照既定格式打包后，通过TCP/IP 协议实时的将数据包发送至人机交互终端；所述显示模块为嵌入式主控制单元的液晶显示屏，用以实时显示环境空气质量信息及安全信息，所述环境空气质量信息包括传感器系统中采集到的温度、湿度、一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫等环境参数信息；所述安全信息是主控制芯片将收到的各类环境空气质量信息数据与预先设定的相应阈值进行比较分析，反馈给用户的分析结果；所述报警模块指蜂鸣器，当前环境空气质量信息数据超过预定的阈值时，会发出报警音提示监测站点附近的人群。

所述人机交互终端包括液晶显示屏、电脑端云平台服务器和移动手机端软件。所述液晶显示屏实时显示环境空气质量信息及安全信息；所述电脑云平台服务器软件与嵌入式主控制单元以TCP/IP协议进行网络通信，嵌入式主控制单元中WIFI模块按照既定格式打包发送有效的环境空气质量信息数据，电脑端云平台服务器对收到的数据包按照既定格式进行解包校验，通过校验的环境空气质量信息数据在电脑端云平台服务器界面上实时监测显示，并会保存到电脑端云平台服务器的数据库中；所述移动手机端软件提供了便携式人机交互界面，电脑端云平台服务器在保存有效环境空气质量信息数据时，也会将环境空气质量信息数据推送给移动手机端软件，实现了便携式控制终端对校园区域环境空气质量的实时监测，同时移动手机端软件也可自主按需对历史环境空气质量信息数据进行检索查询。

一种校园区域环境空气质量监测方法，采用上述系统进行操作，其特征在于：操作步骤包括环境空气质量信息获取终端工作流程、嵌入式主控制单元工作流程和人机交互终端工作流程。具体实现步骤如下：

步骤1，所述环境空气质量信息获取终端工作流程步骤如下：

步骤1-1，通用初始化：传感器系统初始化，ZigBee终端节点、ZigBee路由节点和ZigBee 协调器初始化，ZigBee协议栈及OSAL系统初始化；

步骤1-2，建立ZigBee网络：ZigBee协调器进行信道扫描，选用一个其它网络没使用的空闲信道，发起并建立网络；

步骤1-3，新节点加入网络：ZigBee协调器会定期检测是否有新节点申请加入，当检测到有新节点申请加入则发送入网响应并分配网络地址，新节点以ZigBee终端节点或ZigBee路由节点的形式加入ZigBee网络；

步骤1-4，采集环境空气质量信息：ZigBee终端节点每隔一个固定的时间间隔向传感器系统发送读传感器数据命令，传感器系统接收到ZigBee终端节点发送的查询请求后，实时采集环境空气质量信息数据并回传给ZigBee终端节点。

步骤1-5，发送数据：ZigBee终端节点每隔一个固定的时间间隔打包传感器系统回传过来的环境空气质量信息数据，并由ZigBee路由节点经过多级跳转最终汇聚到ZigBee协调器处；

步骤1-6，上传数据：ZigBee协调器汇聚ZigBee传感网络中所有来自传感器系统的环境空气质量信息数据，将汇聚的环境空气质量信息数据按照既定格式打包后传送到嵌入式主控制单元；

步骤1-7，等待下一次新数据：执行步骤1-4；

步骤2，所述嵌入式主控制单元工作流程步骤如下：

步骤2-1，通用初始化：嵌入式主控制单元上电初始化，包括对主控芯片、报警模块、显示模块、电源模块和WIFI模块的初始化；

步骤2-2，连接云平台：WIFI模块通过AT命令连接云平台服务器，与云平台服务器建立通信链路；

步骤2-3，判断是否连接成功：若连接成功，则执行步骤2-4；若连接失败，则重复执行步骤2-2，若连续发起5次连接请求仍连接失败则向主控芯片发送网络连接报错信息；

步骤2-4，接收/校验数据：嵌入式主控制单元对与环境空气质量信息获取终端相连的接口进行循环扫描，接收到新数据后首先按照既定格式对数据进行校验，若校验通过，则执行步骤2-5；若校验未通过，则将数据丢弃，继续执行步骤2-4；

步骤2-5，有效数据处理：嵌入式主控制单元按既定格式解析环境空气质量信息获取终端传过来的环境空气质量信息数据包，解析出来的数据一方面传至显示模块实时显示，另一方面按照与云平台服务器预定好的格式重新打包，经WIFI模块以TPCP/IP协议发往云平台服务器；

步骤2-6，等待下一次新数据：执行步骤2-4；

步骤3，所述人机交互终端工作流程步骤如下：

步骤3-1，通用初始化：云平台服务器、移动手机端软件初始化，对程序中使用到的堆、栈、指针以及全局变量等进行初始化；

步骤3-2，绑定端口并监听：设计实现云平台服务器后台监测程序界面，程序初始化完成后创建Socket()套接字，绑定指定端口并对端口监听；

步骤3-3，响应新连接：云平台服务器监听到连接请求时接收客户连接请求，建立网络通信链路；

步骤3-4，接收/解析数据：云平台服务器接收到环境空气质量信息数据后首先按照既定格式对数据包进行解析，若解析出来的数据包为无效数据，则进入数据错误处理程序，丢弃数据包；若解析出来的数据包为嵌入式主控制单元传过来的有效环境空气质量信息数据包，则执行步骤3-5；若解析出来的数据包为移动手机端传过来的请求数据包，则执行步骤3-6；

步骤3-5，数据存储/显示：将嵌入式主控制单元传过来的环境空气质量信息数据包按照既定格式解析，解析出的有效环境空气质量信息数据在液晶显示屏、云平台服务器后台监测程序界面上实时显示，并存入云服务器数据库；

步骤3-6，响应请求：将移动手机端传过来的请求数据包按照既定格式解析，按照解析出来的请求在云服务器数据库中查找符合请求的环境空气质量信息数据记录并回传给移动手机端显示；

步骤3-7，等待下一次新数据：执行步骤3-4。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：

本系统通过自建电脑端云平台服务器的应用，结合ZigBee无线传感网络和传感器系统对校园区域环境空气质量信息的采集，利用蜂鸣器作为系统报警装置，利用嵌入式主控制单元和WIFI无线网络通信技术建立起人机交互终端和监测站点之间的通信，实现对校园区域环境空气质量实时监测，实现多种人机交互终端，让在校师生随时随地都能查看校园区域环境空气质量状况，为在校师生提供可视化的校园区域环境空气质量状况监测平台。

附图说明

图1为本发明校园区域环境空气质量监测系统的概念图；

图2为本发明校园区域环境空气质量监测系统的各模块连接示意图；

图3为本发明校园区域环境空气质量监测系统的整体架构图；

图4为本发明校园区域环境空气质量监测系统的ZigBee网络拓扑结构；

图5为本发明校园区域环境空气质量监测系统的ZigBee无线网络工作流程图；

图6为本发明校园区域环境空气质量监测系统的嵌入式主控制单元工作流程图；

图7为本发明校园区域环境空气质量监测系统的云平台服务器工作流程图；

图8为本发明校园区域环境空气质量监测系统的云平台服务器后台监测软件界面；

图9为本发明校园区域环境空气质量监测系统的移动手机端软件界面。

图10为本发明校园区域环境空气质量检测系统的移动手机端软件操作界面。

具体实施方式

下面优选实施例结合附图对本发明做进一步详细描述。

实施例一：如图1至图3所示，本校园区域环境空气质量监测系统，包括环境空气质量信息获取终端1、嵌入式主控制单元2、人机交互终端3；所述环境空气质量信息获取终端1由传感器系统4和ZigBee无线网络5组成，传感器系统4获取环境空气质量信息数据，采集到的环境空气质量信息数据通过搭建的ZigBee无线网络5发往嵌入式主控制单元2；所述嵌入式主控制单元2由主控芯片201、报警模块202、显示模块203、电源模块204和WIFI模块205构成，对接收到的环境空气质量信息数据进行校验处理并通过WIFI模块205发往人机交互终端3；所述人机交互终端3由云平台服务器301、云服务端数据库302、移动手机端 303和液晶显示屏304构成，实现多种人机交互终端，实时接收、显示、监测和管理校园区域环境空气质量信息，让用户可以随时随地查看校园区域各监测站点处环境空气质量信息，为在校师生提供可视化的校园区域环境空气质量状况监测平台。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特例之处如下：所述环境空气质量信息获取终端1由传感器系统4和ZigBee无线网络5组成。所述传感器系统4包括温度传感器401、湿度传感器402、CO传感器403、CO2传感器404、SO2传感器405、PM2.5传感器406、PM10传感器407；所述ZigBee无线网络5由若干ZigBee终端节点501、若干ZigBee路由节点502、一个ZigBee 协调器503组成。传感器系统4中的各个传感器与ZigBee终端节点501相连，ZigBee终端节点501 配合ZigBee路由节点502进行多路跳转将环境空气质量信息数据转发到ZigBee协调器503处汇聚起来，再通过接口发送至嵌入式主控制单元2。

ZigBee节点分布图如图4所示，由于校园区域范围较广，需要用到更加灵活、有效工作区域更大的多级跳方式来通信，所以采用ZigBee网状网络拓扑结构将若干ZigBee终端节点501和若干ZigBee路由节点502均匀分布在教室内外，ZigBee终端节点501单独供电并连接传感器，用来获取监测站点处的环境空气质量信息数据，ZigBee路由节点502实现消息转发功能，布置一个ZigBee协调器503来汇聚ZigBee无线网络5中所有ZigBee终端节点501发出的环境空气质量信息数据。

所述嵌入式主控制单元2包括主控芯片201、报警模块202、显示模块203、电源模块204 和WIFI模块205。所述主控制芯片201基于STM32F103系列芯片，接收ZigBee协调器503发送过来的环境空气质量信息数据，同时将有效的环境空气质量信息数据按照既定格式打包， WIFI模块205以TCP/IP协议实时将打包好的环境空气质量信息数据包发送至人机交互终端3；所述电源模块204的输出端与嵌入式主控制单元2的电源输入端相连；所述报警模块202、显示模块203、WIFI模块205均作为外围设备挂载在主控制芯片201上，依赖主控制芯片201接收环境空气质量信息获取终端1采集到的环境空气质量信息数据协同控制工作。所述显示模块203 为嵌入式主控制单元2的液晶显示屏，用以显示环境空气质量信息及安全信息，所述环境空气质量信息包括传感器系统4中采集到的温度、湿度、一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫等参数信息；所述安全信息是主控制芯片201把收到的各类环境空气质量信息数据与预先设定的阈值比较分析，反馈给用户的分析结果；所述报警模块202指蜂鸣器，当实时环境空气质量信息数据超过预定的阈值时，会发出报警音提示监测站点附近的人群。

所述人机交互终端3包括云平台服务器301、云服务器数据库302、移动手机端303和液晶显示屏304。所述云平台服务器301与嵌入式主控制单元2以TCP/IP协议进行通信，嵌入式主控制单元2中WIFI模块205以既定格式打包发送有效的环境空气质量信息数据，云平台服务器 301后台管理系统对收到的数据包按照既定格式进行解包校验，通过校验的环境空气质量信息数据在云平台服务器301后台监测系统软件界面上实时监测显示，并会保存到云服务器数据库 302中；所述移动手机端303提供了便携式人机交互界面，云平台服务器301在保存有效环境空气质量信息数据的同时，也会将环境空气质量信息数据推送给移动手机端303，实现移动手机端303对校园区域环境空气质量的实时监测，同时移动手机端303也可自主按需对历史环境空气质量信息数据进行检索查询。所述液晶显示屏304为嵌入式主控制单元2的液晶显示屏，即嵌入式主控制单元2中的显示模块203，实时接收显示环境空气质量信息及安全信息，所述环境空气质量信息包括传感器系统4中采集到的温度、湿度、一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫等参数信息；所述安全信息是主控制芯片201把收到的环境空气质量信息数据与预先设定的阈值比较分析，反馈给用户的分析结果。

实施例三：如图5至图7所示，本校园区域环境空气质量监测方法，采用上述系统进行操作，其操作步骤主要包括环境空气质量信息获取终端1工作流程、嵌入式主控制单元2工作流程、人机交互终端3工作流程。

步骤1，如图5所示，环境空气质量信息获取终端1工作流程如下：

步骤1-1，通用初始化：传感器系统4初始化，ZigBee终端节点501、ZigBee路由节点502 和ZigBee协调器503初始化，ZigBee协议栈及OSAL系统初始化；

步骤1-2，建立ZigBee网络：ZigBee协调器503进行信道扫描，选用一个其它网络没使用的空闲信道，发起并建立网络；

步骤1-3，新节点加入网络：ZigBee协调器503会定期检测是否有新节点申请加入，当检测到有新节点申请加入则发送入网响应并分配网络地址，新节点以ZigBee终端节点501或 ZigBee路由节点502的形式加入ZigBee网络；

步骤1-4，采集环境空气质量信息：ZigBee终端节点501每隔一个固定的时间间隔向传感器系统4发送读传感器数据命令，传感器系统4接收到ZigBee终端节点501发送的查询请求后，实时采集环境空气质量信息数据并回传给ZigBee终端节点501。

步骤1-5，发送数据：ZigBee终端节点501每隔一个固定的时间间隔打包传感器系统4回传过来的环境空气质量信息数据，并由ZigBee路由节点502经过多级跳转最终汇聚到ZigBee协调器503处；

步骤1-6，上传数据：ZigBee协调器503汇聚ZigBee传感网络5中所有来自传感器系统4的环境空气质量信息数据，将汇聚的环境空气质量信息数据按照既定格式打包后传送到嵌入式主控制单元2；

步骤1-7，等待下一次新数据：执行步骤1-4；

步骤2，如图6所示，嵌入式主控制单元2工作流程如下：

步骤2-1，通用初始化：嵌入式主控制单元2上电初始化，包括对主控芯片201、报警模块 202、显示模块203、电源模块204和WIFI模块205的初始化；

步骤2-2，连接云平台：WIFI模块205通过AT命令连接云平台服务器301，与云平台服务器301建立通信链路；

步骤2-3，判断是否连接成功：若连接成功，则执行步骤2-4；若连接失败，则重复执行步骤2-2，若连续发起5次连接请求仍连接失败则向主控芯片201发送网络连接报错信息；

步骤2-4，接收/校验数据：嵌入式主控制单元2对与环境空气质量信息获取终端1相连的接口进行循环扫描，接收到新数据后首先按照既定格式对数据进行校验，若校验通过，则执行步骤2-5；若校验未通过，则将数据丢弃，继续执行步骤2-4；

步骤2-5，有效数据处理：嵌入式主控制单元2按既定格式解析环境空气质量信息获取终端1传过来的环境空气质量信息数据包，解析出来的数据一方面传至显示模块203实时显示，另一方面按照与云平台服务器301预定好的格式重新打包，经WIFI模块205以TPCP/IP协议发往云平台服务器301；

步骤2-6，等待下一次新数据：执行步骤2-4；

步骤3，如图7所示，人机交互终端3工作流程如下：

步骤3-1，通用初始化：云平台服务器301、移动手机端303软件初始化，对程序中使用到的堆、栈、指针以及全局变量等进行初始化；

步骤3-2，绑定端口并监听：云平台服务器301后台监测程序界面如图8所示，程序初始化完成后创建Socket()套接字，绑定指定端口并对端口监听；

步骤3-3，响应新连接：云平台服务器301监听到连接请求时接收客户连接请求，建立网络通信链路；

步骤3-4，接收/解析数据：云平台服务器301接收到环境空气质量信息数据后首先按照既定格式对数据包进行解析，若解析出来的数据包为无效数据，则进入数据错误处理程序，丢弃数据包；若解析出来的数据包为嵌入式主控制单元2传过来的有效环境空气质量信息数据包，则执行步骤3-5；若解析出来的数据包为移动手机端303传过来的请求数据包，则执行步骤3-6；

步骤3-5，数据存储/显示：将嵌入式主控制单元2传过来的环境空气质量信息数据包按照既定格式解析，解析出的有效环境空气质量信息数据在液晶显示屏304、云平台服务器301后台监测程序界面上实时显示，如图9所示，并存入云服务器数据库302；

步骤3-6，响应请求：将移动手机端303传过来的请求数据包按照既定格式解析，按照解析出来的请求在云服务器数据库302中查找符合请求的环境空气质量信息数据记录并回传给移动手机端303显示，如图10所示；

步骤3-7，等待下一次新数据：执行步骤3-4。

Claims (6)

1.一种校园区域环境空气质量监测系统，包括环境空气质量信息获取终端(1)、嵌入式主控制单元(2)和人机交互终端(3)，其特征在于：所述环境空气质量信息获取终端(1)经嵌入式主控制单元(2)连接人机交互终端(3)；所述环境空气质量信息获取终端(1)由传感器系统(4)和ZigBee无线网络(5)组成，传感器系统(4)获取环境空气质量信息数据，采集到的环境空气质量信息数据通过搭建的ZigBee无线网络(5)发往嵌入式主控制单元(2)；所述嵌入式主控制单元(2)由主控芯片(201)、报警模块(202)、显示模块(203)、电源模块(204)和WIFI模块(205)构成，对接收到的环境空气质量信息数据进行校验处理并通过WIFI模块(205)发往人机交互终端(3)；所述人机交互终端(3)由云平台服务器(301)、云服务端数据库(302)、移动手机端(303)和液晶显示屏(304)构成，实现多种人机交互终端，实时接收、显示、监测和管理校园区域环境空气质量信息。

2.根据权利要求1所述的校园区域环境空气质量监测系统，其特征在于：所述传感器系统(4)包括温度传感器(401)、湿度传感器(402)、CO传感器(403)、CO2传感器(404)、SO2传感器(405)、PM2.5传感器(406)和PM10传感器(407)；所述ZigBee无线网络(5)由若干ZigBee终端节点(501)、若干ZigBee路由节点(502)和一个ZigBee协调器(503)组成；传感器系统(4)中的各个传感器与ZigBee终端节点(501)相连，ZigBee终端节点(501)配合ZigBee路由节点(502)进行多路跳转将环境空气质量信息数据转发到ZigBee协调器(503)处汇聚起来，再通过接口发送至嵌入式主控制单元(2)。

3.根据权利要求2所述的校园区域环境空气质量监测系统，其特征在于：所述的ZigBee无线网络(5)，采用ZigBee网状网络拓扑结构将若干ZigBee终端节点(501)和若干ZigBee路由节点(502)均匀分布在教室内外，ZigBee终端节点(501)单独供电并连接传感器系统(4)，用来获取监测站点处的环境空气质量信息数据，ZigBee路由节点(502)实现消息转发功能，布置一个ZigBee协调器(503)来汇聚ZigBee无线网络(5)中所有ZigBee终端节点(501)发出的环境空气质量信息数据。

4.根据权利要求1所述的校园区域环境空气质量监测系统，其特征在于：所述嵌入式主控制单元(2)包括主控芯片(201)、报警模块(202)、显示模块(203)、电源模块(204)和WIFI模块(205)，所述主控制芯片(201)基于STM32F103系列芯片，接收ZigBee协调器(503)发送过来的环境空气质量信息数据，同时将有效的环境空气质量信息数据按照既定格式打包，WIFI模块(205)以TCP/IP协议实时将打包好的环境空气质量信息数据包发送至人机交互终端(3)；所述电源模块(204)的输出端与嵌入式主控制单元(2)的电源输入端相连；所述报警模块(202)、显示模块(203)、WIFI模块(205)均作为外围设备挂载在主控制芯片(201)上，依赖主控制芯片(201)接收环境空气质量信息获取终端(1)采集到的环境空气质量信息数据协同控制工作；所述显示模块(203)为嵌入式主控制单元(2)的液晶显示屏，用以显示环境空气质量信息及安全信息，所述环境空气质量信息包括传感器系统(4)中采集到的温度、湿度、一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫等参数信息；所述安全信息是主控制芯片(201)把收到的各类环境空气质量信息数据与预先设定的阈值比较分析，反馈给用户的分析结果；所述报警模块(202)指蜂鸣器，当实时环境空气质量信息数据超过预定的阈值时，会发出报警音提示监测站点附近的人群。

5.根据权利要求1所述的校园区域环境空气质量监测系统，其特征在于：所述人机交互终端(3)包括云平台服务器(301)、云服务器数据库(302)、移动手机端(303)和液晶显示屏(304)，所述云平台服务器(301与嵌入式主控制单元(2)以TCP/IP协议进行通信，嵌入式主控制单元(2)中WIFI模块(205)以既定格式打包发送有效的环境空气质量信息数据，云平台服务器(301)后台管理系统对收到的数据包按照既定格式进行解包校验，通过校验的环境空气质量信息数据在云平台服务器(301)后台监测系统软件界面上实时监测显示，并会保存到云服务器数据库(302)中；所述移动手机端(303)提供了便携式人机交互界面，云平台服务器(301)在保存有效环境空气质量信息数据的同时，也会将环境空气质量信息数据推送给移动手机端(303)，实现移动手机端(303)对校园区域环境空气质量的实时监测，同时移动手机端(303)也可自主按需对历史环境空气质量信息数据进行检索查询。所述液晶显示屏(304)为嵌入式主控制单元(2)的液晶显示屏，即嵌入式主控制单元(2)中的显示模块(203)，实时接收显示环境空气质量信息及安全信息，所述环境空气质量信息包括传感器系统(4)中采集到的温度、湿度、一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫等参数信息；所述安全信息是主控制芯片(201)把收到的环境空气质量信息数据与预先设定的阈值比较分析，反馈给用户的分析结果。

6.一种校园区域环境空气质量监测方法，采用根据权利要求1所述的校园区域环境空气质量监测系统进行操作，其特征在于：操作步骤包括环境空气质量信息获取终端(1)工作流程、嵌入式主控制单元(2)工作流程、人机交互终端(3)工作流程：

步骤1，所述环境空气质量信息获取终端(1)工作流程如下：

步骤1-1，通用初始化：传感器系统(4)初始化，ZigBee终端节点(501)、ZigBee路由节点(502)和ZigBee协调器(503)初始化，ZigBee协议栈及OSAL系统初始化；

步骤1-2，建立ZigBee网络：ZigBee协调器(503)进行信道扫描，选用一个其它网络没使用的空闲信道，发起并建立网络；

步骤1-3，新节点加入网络：ZigBee协调器(503)会定期检测是否有新节点申请加入，当检测到有新节点申请加入则发送入网响应并分配网络地址，新节点以ZigBee终端节点(501)或ZigBee路由节点(502)的形式加入ZigBee网络；

步骤1-4，采集环境空气质量信息：ZigBee终端节点(501)每隔一个固定的时间间隔向传感器系统(4)发送读传感器数据命令，传感器系统(4)接收到ZigBee终端节点(501)发送的查询请求后，实时采集环境空气质量信息数据并回传给ZigBee终端节点(501)。

步骤1-5，发送数据：ZigBee终端节点(501)每隔一个固定的时间间隔打包传感器系统(4)回传过来的环境空气质量信息数据，并由ZigBee路由节点(502)经过多级跳转最终汇聚到ZigBee协调器(503)处；

步骤1-6，上传数据：ZigBee协调器(503)汇聚ZigBee传感网络(5)中所有来自传感器系统(4)的环境空气质量信息数据，将汇聚的环境空气质量信息数据按照既定格式打包后传送到嵌入式主控制单元(2)；

步骤1-7，等待下一次新数据：执行步骤1-4；

步骤2，所述嵌入式主控制单元(2)工作流程如下：

步骤2-1，通用初始化：嵌入式主控制单元(2)上电初始化，包括对主控芯片(201)、报警模块(202)、显示模块(203)、电源模块(204)和WIFI模块(205)的初始化；

步骤2-2，连接云平台：WIFI模块(205)通过AT命令连接云平台服务器(301)，与云平台服务器(301)建立通信链路；

步骤2-3，判断是否连接成功：若连接成功，则执行步骤4；若连接失败，则重复执行步骤2，若连续发起5次连接请求仍连接失败则向主控芯片(201)发送网络连接报错信息；

步骤2-4，接收/校验数据：嵌入式主控制单元(2)对与环境空气质量信息获取终端(1)相连的接口进行循环扫描，接收到新数据后首先按照既定格式对数据进行校验，若校验通过，则执行步骤2-5；若校验未通过，则将数据丢弃，继续执行步骤2-4；

步骤2-5，有效数据处理：嵌入式主控制单元(2)按既定格式解析环境空气质量信息获取终端(1)传过来的环境空气质量信息数据包，解析出来的数据一方面传至显示模块(203)实时显示，另一方面按照与云平台服务器(301)预定好的格式重新打包，经WIFI模块(205)以TPCP/IP协议发往云平台服务器(301)；

步骤2-6，等待下一次新数据：执行步骤2-4；

步骤3，所述人机交互终端(3)工作流程如下：

步骤3-1，通用初始化：云平台服务器(301)、移动手机端(303)软件初始化，对程序中使用到的堆、栈、指针以及全局变量等进行初始化；

步骤3-2，绑定端口并监听：云平台服务器(301)后台监测程序界面如图8所示，程序初始化完成后创建Socket()套接字，绑定指定端口并对端口监听；

步骤3-3，响应新连接：云平台服务器(301)监听到连接请求时接收客户连接请求，建立网络通信链路；

步骤3-4，接收/解析数据：云平台服务器(301)接收到环境空气质量信息数据后首先按照既定格式对数据包进行解析，若解析出来的数据包为无效数据，则进入数据错误处理程序，丢弃数据包；若解析出来的数据包为嵌入式主控制单元(2)传过来的有效环境空气质量信息数据包，则执行步骤3-5；若解析出来的数据包为移动手机端(303)传过来的请求数据包，则执行步骤3-6；

步骤3-5，数据存储/显示：将嵌入式主控制单元(2)传过来的环境空气质量信息数据包按照既定格式解析，解析出的有效环境空气质量信息数据在液晶显示屏(304)、云平台服务器(301)后台监测程序界面上实时显示，如图9所示，并存入云服务器数据库(302)；

步骤3-6，响应请求：将移动手机端(303)传过来的请求数据包按照既定格式解析，按照解析出来的请求在云服务器数据库(302)中查找符合请求的环境空气质量信息数据记录并回传给移动手机端(303)显示；

步骤3-7，等待下一次新数据：执行步骤3-4。