WEB空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)項(xiàng)目申報(bào)書

序號(hào)：編碼：第九屆西安高新“挑戰(zhàn)杯”陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽作品立項(xiàng)申報(bào)書作品名稱：WEB空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)學(xué)校全稱：陜西理工學(xué)院申報(bào)者姓名（集體名稱）：安科環(huán)境監(jiān)測指導(dǎo)教師：秦偉類別：□自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文□哲學(xué)社會(huì)科學(xué)類社會(huì)調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文□科技發(fā)明制作A類■科技發(fā)明制作B類

說明1．申報(bào)者應(yīng)在認(rèn)真閱讀此說明各項(xiàng)內(nèi)容后按要求詳細(xì)填寫。2．申報(bào)者在填寫申報(bào)作品情況時(shí)只需根據(jù)個(gè)人項(xiàng)目或集體項(xiàng)目填寫A1或A2表，根據(jù)作品類別（自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文、哲學(xué)社會(huì)科學(xué)類社會(huì)調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文、科技發(fā)明制作）分別填寫B(tài)1、B2或B3表。所有申報(bào)者可根據(jù)情況填寫C表。3．表內(nèi)項(xiàng)目填寫時(shí)一律用鋼筆或打印，字跡要端正、清楚，此申報(bào)書可復(fù)制。4．序號(hào)、編碼由第九屆西安高新“挑戰(zhàn)杯”陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品立項(xiàng)申報(bào)組委會(huì)填寫。5．學(xué)術(shù)論文、社會(huì)調(diào)查報(bào)告及所附的有關(guān)材料必須是中文（若是外文，請附中文本），請以4號(hào)楷體打印在A4紙上，附于申報(bào)書后，字?jǐn)?shù)在8000字左右（社會(huì)調(diào)查報(bào)告為15000字），（文章版面尺寸14.5×22cm）。6.各高校將作品一式四份按組委會(huì)規(guī)定的時(shí)間交至競賽組委會(huì)辦公室。7．作品及申報(bào)書須按要求由各校競賽組織協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)統(tǒng)一報(bào)送。8．其他參賽事宜請向本校競賽組織協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)咨詢。A1．申報(bào)者情況（個(gè)人項(xiàng)目）說明：1．必須由申報(bào)者本人按要求填寫，申報(bào)者情況欄內(nèi)必須填寫個(gè)人作品的第一作者（承擔(dān)申報(bào)作品60%以上的工作者）；2．本表中的學(xué)籍管理部門簽章視為對(duì)申報(bào)者情況的確認(rèn)。姓名性別出生年月申報(bào)者情況學(xué)校全稱專業(yè)現(xiàn)學(xué)歷年級(jí)學(xué)制年入學(xué)時(shí)間作品全稱畢業(yè)論文題目通訊地址郵政編碼單位電話常住地通訊地址郵政編碼住宅電話合作者情況姓名性別年齡學(xué)歷所在單位資格認(rèn)定學(xué)校學(xué)籍管理部門意見是否為2013年7月1日前正式注冊在校的全日制非成人教育、非在職的各類高等院校中國學(xué)生（含?？粕⒈究粕脱芯可?。□是□否若是，其學(xué)號(hào)為：（部門蓋章）年月日院系負(fù)責(zé)人或?qū)熞庖姳咀髌肥欠駷檎n外學(xué)術(shù)科技或社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)成果□是□否負(fù)責(zé)人簽名：年月日A2．申報(bào)者情況（集體項(xiàng)目）說明：1.必須由申報(bào)者本人按要求填寫；2.申報(bào)者代表必須是作者中學(xué)歷最高者，其余作者按學(xué)歷高低排列；3.本表中的學(xué)籍管理部門簽章視為對(duì)申報(bào)者情況的確認(rèn)。申報(bào)者代表情況姓名張金銘性別男出生年月1990-12學(xué)校陜西理工學(xué)院系別、專業(yè)、年級(jí)物電學(xué)院電子104學(xué)歷本科學(xué)制4入學(xué)時(shí)間10年作品名稱WEB空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)畢業(yè)論文題目WEB空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)通訊地址陜西理工學(xué)院北區(qū)電子104班郵政編碼723000辦公電話常住地通訊地址陜西理工學(xué)院北區(qū)電子104班郵政編碼723000住宅電話其他作者情況姓名性別年齡學(xué)歷所在單位楊東昌男22本科機(jī)械工程學(xué)院測控張緒禮男22本科物電學(xué)院電子王少鋒男23本科物電學(xué)院電子劉毅男22本科物電學(xué)院電信董成龍男22本科數(shù)計(jì)學(xué)院計(jì)算機(jī)資格認(rèn)定學(xué)校學(xué)籍管理部門意見以上作者是否為2013年7月1日前正式注冊在校的全日制非成人教育、非在職的高等學(xué)校中國籍專科生、本科生、碩士研究生或博士研究生?！鍪恰醴瘢ú块T簽章）年月日院、系負(fù)責(zé)人或?qū)熞庖姳咀髌肥欠駷檎n外學(xué)術(shù)科技或社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)成果?！鍪恰醴褙?fù)責(zé)人簽名：年月日

B1．申報(bào)作品情況（自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文）說明：1．必須由申報(bào)者本人填寫；2．本部分中的科研管理部門簽章視為對(duì)申報(bào)者所填內(nèi)容的確認(rèn)；3．作品分類請按作品的學(xué)術(shù)方向或所涉及的主要學(xué)科領(lǐng)域填寫；4．碩士研究生、博士研究生作品不在此列。作品全稱作品分類（）A．機(jī)械與控制（包括機(jī)械、儀器儀表、自動(dòng)化控制、工程、交通、建筑等）B．信息技術(shù)（包括計(jì)算機(jī)、電信、通訊、電子等）C．?dāng)?shù)理（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等）D．生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健康、衛(wèi)生、食品等）E．能源化工（包括能源、材料、石油、化學(xué)、化工、生態(tài)、環(huán)保等）作品撰寫的目的和基本思路作品的科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處作品的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義學(xué)術(shù)論文文摘作品在何時(shí)、何地、何種機(jī)構(gòu)舉行的會(huì)議上或報(bào)刊上發(fā)表及所獲獎(jiǎng)勵(lì)鑒定結(jié)果請?zhí)峁?duì)于理解、審查、評(píng)價(jià)所申報(bào)作品具有參考價(jià)值的現(xiàn)有技術(shù)及技術(shù)文獻(xiàn)的檢索目錄申報(bào)材料清單（申報(bào)論文一篇，相關(guān)資料名稱及數(shù)量）科研管理部門簽章年月日

B2．申報(bào)作品情況（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)類社會(huì)調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文）說明：1．必須由申報(bào)者本人填寫；2．本部分中的管理部門簽章視為對(duì)申報(bào)者所填內(nèi)容的確認(rèn)。作品全稱作品所屬領(lǐng)域（）A哲學(xué)B經(jīng)濟(jì)C社會(huì)D法律E教育F管理作品撰寫的目的和基本思路作品的科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處作品的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義作品摘要作品在何時(shí)、何地、何種機(jī)構(gòu)舉行的會(huì)議或報(bào)刊上發(fā)表登載、所獲獎(jiǎng)勵(lì)及評(píng)定結(jié)果請?zhí)峁?duì)于理解、審查、評(píng)價(jià)所申報(bào)作品，具有參考價(jià)值的現(xiàn)有對(duì)比數(shù)據(jù)及作品中資料來源的檢索目錄調(diào)查方式□走訪□問卷□現(xiàn)場采訪□人員介紹□個(gè)別交談□親臨實(shí)踐□會(huì)議□圖片、照片□書報(bào)刊物□統(tǒng)計(jì)報(bào)表□影視資料□文件□集體組織□自發(fā)□其它主要調(diào)查單位及調(diào)查數(shù)量省（市）縣（區(qū)）鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）村（街）單位郵編姓名電話調(diào)查單位個(gè)人次管理部門簽章年月日B3．申報(bào)作品情況（科技發(fā)明制作）說明：1．必須由申報(bào)者本人填寫；2．3．本表必須附有研究報(bào)告，并提供圖表、曲線、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、原理結(jié)構(gòu)圖、外觀圖（照片）,也可附鑒定證書和應(yīng)用證書；4．作品分類請按照作品發(fā)明點(diǎn)或創(chuàng)新點(diǎn)所在類別填報(bào)。作品全稱作品分類（B）A．機(jī)械與控制（包括機(jī)械、儀器儀表、自動(dòng)化控制、工程、交通、建筑等）B．信息技術(shù)（包括計(jì)算機(jī)、電信、通訊、電子等）C．?dāng)?shù)理（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等）D．生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健康、衛(wèi)生、食品等）E．能源化工（包括能源、材料、石油、化學(xué)、化工、生態(tài)、環(huán)保等）作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路，創(chuàng)新點(diǎn)，技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)為了達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控空氣質(zhì)量的目的，并且能方便、快捷、高效、直觀的查看監(jiān)控的結(jié)果，我們設(shè)計(jì)了WEB空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，此系統(tǒng)的基本思路是通過各個(gè)氣體傳感器將模擬空氣濃度模擬信號(hào)傳到AD轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)接收數(shù)字信號(hào)，分析、處理，再加密數(shù)據(jù)后傳給GPRS，GPRS使用3G網(wǎng)絡(luò)，使用TCP/IP協(xié)議，將加密后的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器端，服務(wù)器端接收大量數(shù)據(jù)并提取轉(zhuǎn)換實(shí)際有效的數(shù)據(jù)，寫入到數(shù)據(jù)庫，服務(wù)器端是基于多線程網(wǎng)路數(shù)據(jù)庫的后臺(tái)程序，同時(shí)可以支持上千客戶訪問的連接，處理。并寫入到數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)，為WEB前臺(tái)提供接口，WEB前臺(tái)調(diào)用指定數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)并進(jìn)行直觀顯示。相比傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備，該系統(tǒng)是將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行顯示。用戶可以隨時(shí)隨地的查看信息，進(jìn)行控制，系統(tǒng)是根據(jù)國家規(guī)定的測量氣體計(jì)算出空氣質(zhì)量，不是簡單的測量PM2.5。該系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵是GPRS的通信，服務(wù)器的架設(shè)、配置，大量程序的編寫。主要技術(shù)指標(biāo)電源供電：DC9-12V工作電流：數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)280MA；空閑時(shí)<50MA；斷電時(shí)<20MA工作環(huán)境溫度范圍（工業(yè)級(jí)）：-40℃-+70℃濕度范圍：0-95％信號(hào)傳輸延時(shí)：1秒以內(nèi)作品的科學(xué)性先進(jìn)性（必須說明與現(xiàn)有技術(shù)相比、該作品是否具有突出的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步。請?zhí)峁┘夹g(shù)性分析說明和參考文獻(xiàn)資料）1、 便捷，無論使用用戶在何時(shí)何地，無論是使用PC端還是手機(jī)、ipad，只需要打開網(wǎng)頁，就可知道指定地方空氣質(zhì)量。2、 精確，現(xiàn)在只有一線城市的政府部門（例如：北京、上海、西安等）有空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，他們大多只監(jiān)控了PM2.5，但是根據(jù)國際、國家衛(wèi)生部空氣質(zhì)量指數(shù)的定義，需要監(jiān)控PM2.5、臭氧、一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫，才能準(zhǔn)確真實(shí)的反映空氣質(zhì)量，此系統(tǒng)能夠監(jiān)控以上氣體，更加精確的放映了空氣質(zhì)量指數(shù)。3、 全自動(dòng)、智能，此系統(tǒng)采用了高精度傳感器，全自動(dòng)處理，可以7*24工作避免了人為因素帶來的誤差。4、 經(jīng)濟(jì)，此系統(tǒng)采用C/S構(gòu)架，用戶只需購買一個(gè)監(jiān)控終端（路由器大?。?，接電即可使用，相比政府部門的大型監(jiān)控系統(tǒng)有成本低廉，維護(hù)成本低特點(diǎn)。該WEB空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)使用PM2.5傳感器MQ空氣傳感器等，實(shí)時(shí)采集空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)。并全自動(dòng)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，我們自建的服務(wù)器收到后并響應(yīng)，用戶可以很方便的在任何時(shí)間任何地點(diǎn)，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方就可以訪問我們，該系統(tǒng)測量精確抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高，支持7*24小時(shí)不間斷工作的為用戶提供信息服務(wù)。參考文獻(xiàn)：[1]姚永平.STC12C5A60S2系列單片機(jī)器件手冊.2011,02[2]廖勝胡文琦.基于ARM和GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D],北京郵電大學(xué),2009[3]談宏華單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2006,04作品在何時(shí)、何地、何種機(jī)構(gòu)舉行的評(píng)審、鑒定、評(píng)比、展示等活動(dòng)中獲獎(jiǎng)及鑒定結(jié)果作品所處階段（B）A實(shí)驗(yàn)室階段B中試階段C生產(chǎn)階段D（自填）技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式合作或、一次性轉(zhuǎn)讓作品可展示的形式√實(shí)物、產(chǎn)品□模型√圖紙□磁盤√現(xiàn)場演示√圖片□錄像√樣品使用說明及該作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢，提供該作品的適應(yīng)范圍及推廣前景的技術(shù)性說明及市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測使用：用戶只需購買一個(gè)監(jiān)控設(shè)備（路由器大?。┙与娂纯墒褂谩?yōu)勢：1、市場大，最近幾年才興起空氣質(zhì)量監(jiān)控,對(duì)企業(yè)和個(gè)人監(jiān)測的幾乎沒有。2、該系統(tǒng)涉及的技術(shù)之多，難度之大，是嵌入式底層到頂層的應(yīng)用。3、該系統(tǒng)成本很低，相對(duì)經(jīng)濟(jì)，小巧。4、方便使用，接電即可，無需專業(yè)知識(shí)。市場分析及經(jīng)濟(jì)效益：有大量市場空缺，空氣質(zhì)量監(jiān)控還有很大的發(fā)展空間，而且空氣質(zhì)量都是人們?nèi)粘ｊP(guān)心的話題，此外此系統(tǒng)可推出商用產(chǎn)品，企業(yè)商用版（提供給小區(qū)、企業(yè)）和個(gè)人家庭版（提供給家庭空氣質(zhì)量評(píng)測）。專利申報(bào)情況□提出專利申報(bào)申報(bào)號(hào)申報(bào)日期年月日□已獲專利權(quán)批準(zhǔn)批準(zhǔn)號(hào)批準(zhǔn)日期年月日□未提出專利申請科研管理部門簽章年月日

C.當(dāng)前國內(nèi)外同類課題研究水平概述說明：1.申報(bào)者可根據(jù)作品類別和情況填寫；2.填寫此欄有助于評(píng)審。目前只有少數(shù)一線城市有PM2.5監(jiān)控點(diǎn)，這是由于PM2.5在我國環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測中是一個(gè)新生指標(biāo)，包括一線城市也只是近一兩年才開展了PM2.5的監(jiān)測，陜西省只有西安市在2012年開始了PM2.5的試點(diǎn)監(jiān)測工作。至此，我們推出的WEB空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控不僅僅是簡單的監(jiān)控PM2.5而是監(jiān)控空氣質(zhì)量指數(shù)（由PM2.5臭氧二氧化氮一氧化碳二氧化硫等組成）我們可以做到更精確更方便，我們是針對(duì)不同的客戶企業(yè)和個(gè)人，而且我們是基于C\S構(gòu)架成本更節(jié)約（詳情見論文）。D.推薦者情況及對(duì)作品的說明說明：1．由推薦者本人填寫；2．推薦者必須具有高級(jí)專業(yè)技術(shù)職稱，并是與申報(bào)作品相同或相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者或?qū)I(yè)技術(shù)人員（教研組集體推薦亦可）；3．推薦者填寫此部分，即視為同意推薦；4．推薦者所在單位簽章僅被視為對(duì)推薦者身份的確認(rèn)。推薦者情況姓名薛建祥性別男年齡48職稱副研究員工作單位陜西理工學(xué)院物理與電信工程學(xué)院通訊地址陜西漢中市漢臺(tái)區(qū)朝陽路陜西理工學(xué)院郵政編碼723000單位電話住宅電話推薦者所在單位簽章（簽章）年月日請對(duì)申報(bào)者申報(bào)情況的真實(shí)性作出闡述該項(xiàng)目為項(xiàng)目組幾位同學(xué)自己動(dòng)手制作，并自主開發(fā)程序。請對(duì)作品的意義、技術(shù)水平、適用范圍及推廣前景作出您的評(píng)價(jià)該作品對(duì)環(huán)境保護(hù)，空氣質(zhì)量檢測小環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測有積極意義。適應(yīng)于小環(huán)境及特殊環(huán)境空氣質(zhì)量檢測。有一定的推廣價(jià)值。其它說明無推薦者情況姓名性別年齡職稱工作單位通訊地址郵編單位電話住宅電話推薦者所在單位簽章簽章日期年月日請對(duì)申報(bào)者申報(bào)情況的真實(shí)性作出闡述請對(duì)作品的意義、技術(shù)水平、適用范圍及推廣前景作出您的評(píng)價(jià)其它說明學(xué)校組織協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)確認(rèn)并蓋章（團(tuán)委代章）年月日校主管領(lǐng)導(dǎo)或校主管部門確認(rèn)蓋章年月日E．組織委員會(huì)秘書處資格和形式審查意見組委會(huì)秘書處資格審查意見審查人（簽名）年月日組委會(huì)秘書處形式審查意見審查人（簽名）年月日組委會(huì)秘書處審查結(jié)果□合格□不合格負(fù)責(zé)人（簽名）年月日

F．參賽作品打印處作品展示作品實(shí)物圖（4）系統(tǒng)監(jiān)控終端產(chǎn)品說明書WEB空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)讓用戶可以很方便的知道小范圍的空氣質(zhì)量。用戶打開我們的網(wǎng)址上面有很多的連接，例如用戶在西安華興小區(qū)，找到相應(yīng)的（華興小區(qū)）鏈接就可以。一般說來，用戶的可以找到相應(yīng)的鏈接，如果沒有相應(yīng)的鏈接說明我們在該地區(qū)沒有監(jiān)控點(diǎn)。用戶可以申請免費(fèi)獲取監(jiān)控終端，或者是付費(fèi)購買我們的監(jiān)控終端。監(jiān)控終端有我們專門配的適配器接上電源即可工作，相應(yīng)的網(wǎng)站上也會(huì)出現(xiàn)該地區(qū)的鏈接，這樣用戶即可登錄網(wǎng)站查看數(shù)據(jù)。第一步打開網(wǎng)址進(jìn)入我們的主頁。第二步在網(wǎng)頁上選擇相應(yīng)的鏈接或者是輸入地名，就會(huì)彈出相應(yīng)的顯示頁面。第三步顯示頁面上有一些簡單的數(shù)據(jù)，想查看更詳細(xì)的數(shù)據(jù)點(diǎn)擊詳細(xì)信息即可鏈接到更詳細(xì)的數(shù)據(jù)頁面。3.論文WEB空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)張金銘楊東昌王少鋒董晨龍劉毅張緒禮（陜西漢中陜西理工學(xué)院物電學(xué)院723000）摘要：本文提出一種基于基于B/S模式的空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用二氧化硫﹑二氧化氮﹑一氧化碳﹑臭氧氣體傳感器、細(xì)顆粒物（PM2.5)傳感器，以STC12LE單片機(jī)為核心控制器，通過GRPS網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)的指定服務(wù)器上，監(jiān)測結(jié)果以WEB頁形式呈現(xiàn)給用戶。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程全自動(dòng)監(jiān)控，對(duì)當(dāng)前空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，隨時(shí)隨地為用戶提供空氣質(zhì)量信息服務(wù)，可以為預(yù)測空氣質(zhì)量提供依據(jù)。該系統(tǒng)以較低的成本實(shí)現(xiàn)了對(duì)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)測、管理及分析的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量監(jiān)控STC12LEGPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控WEB顯示Real-timemonitoringsystemofWEBairqualityZhangJinming,YangDongchang,WangShaofeng,DongChenglong,LiuYiZhangXuli (ShaanxiUniversityofAbstract:ThisarticleproposedonekindbasedontheairqualitymonitoringsystembasedonB/Smode.Theuseofsulfurdioxide,nitrogendioxide,carbonmonoxidesystem,ozonegassensor,fineparticulatematter(PM2.5)sensor,STC12LEmicrocontrollerasthecorecontroller,throughtheGRPSnetworktotransmitdataacquisitiontothespecifiedserverontheInternet,themonitoringresultsshowintheWEBpageformtotheuser.Thesystemcanrealizetheremoteautomaticmonitoring,toevaluatecurrentairquality,airqualitywheneverandwhereverpossibletoprovideinformationservicefortheuser,canprovidethebasisfortheairqualityforecast.Thesystemrealizesthenetworksystemforcollectingandmonitoring,managementandanalysisofairqualitydatawithlowcost.引言 今年1月份的31天中，北京僅5天沒有霧霾。全國兩會(huì)召開期間，北京又接連遭遇霧霾和沙塵天氣，霧霾成為代表委員們熱議的話題。調(diào)查顯示：青島七成租賃房空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，好不容易租來個(gè)家具齊全、位置合適的房子，空氣中的甲醛、TVOC、苯等有害氣體卻嚴(yán)重超標(biāo)……WEB空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測相比使用傳統(tǒng)的空氣采樣了化學(xué)方法計(jì)算濃度的測量時(shí)間少很多，也很方便，大眾化。WEB空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控是為企業(yè)和家庭用戶定制，將小范圍內(nèi)（如小區(qū)學(xué)校）的空氣污染的詳細(xì)數(shù)據(jù)提供給用戶，給用戶提供出行方案?？諝馕廴静⒉皇莾H靠政務(wù)就能解決的，需要政務(wù)很群眾共同的努力，WEB空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控就能很好的提高群眾的空氣環(huán)保意識(shí)。1系統(tǒng)研究的內(nèi)容研究內(nèi)容全自動(dòng)的監(jiān)控空氣質(zhì)量并實(shí)時(shí)的以WEB形式顯示給用戶。研究意義該項(xiàng)目所研制的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空氣質(zhì)量參數(shù)，如PM2.5、一氧化碳、臭氧、二氧化氮、二氧化硫等參數(shù)遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測，并根據(jù)參數(shù)及近段時(shí)間空氣質(zhì)量信息，系統(tǒng)能夠提出出行方案、健康提示，對(duì)增強(qiáng)用戶的環(huán)保意識(shí)很好幫助。國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢在我國，中國移動(dòng)、聯(lián)通公司先后在許多省市用不同供應(yīng)商的GPRS設(shè)備組織了GPRS網(wǎng)，并都取得了可喜進(jìn)展。目前，我國只有少數(shù)一線城市有PM2.5監(jiān)控點(diǎn)，這是由于PM2.5在我國環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測中是一個(gè)新生指標(biāo)，包括一線城市也只是近一兩年才開展了PM2.5的監(jiān)測，陜西省只有西安市在2012年開始了PM2.5的試點(diǎn)監(jiān)測工作。至此，我們推出的WEB空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控不僅僅是簡單的監(jiān)控PM2.5而是監(jiān)控空氣質(zhì)量指數(shù)（由PM2.5臭氧二氧化硫一氧化碳二氧化氮等組成）我們可以做到更精確、更方便，基于C\S構(gòu)架成本更節(jié)約。系統(tǒng)功能和組成 圖1系統(tǒng)框圖總的系統(tǒng)過程是：各個(gè)氣體傳感器將空氣污染物濃度信號(hào)傳到AD轉(zhuǎn)換芯片，AD轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)接收數(shù)字信號(hào)，分析、處理，再加密數(shù)據(jù)后傳給GPRS模塊，使用GPRS網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議，將加密后的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器端，服務(wù)器端接收大量數(shù)據(jù)并提取轉(zhuǎn)換實(shí)際有效的數(shù)據(jù)，寫入到數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)，為WEB前臺(tái)提供接口，WEB前臺(tái)調(diào)用指定數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)并進(jìn)行直觀顯示。為了詳細(xì)說明，以下為每個(gè)過程進(jìn)行詳細(xì)的說明。過程1終端連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)終端上有GPRS模塊，插上SIM卡經(jīng)過一些AT指令配置后可以連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)。過程2GPRS網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合GPRS支持節(jié)點(diǎn)實(shí)際上就是網(wǎng)關(guān)或路由器，它提供GPRS和公共分組數(shù)據(jù)網(wǎng)以X.25或X.75協(xié)議互聯(lián)，也支持GPRS和其它GPRS的互聯(lián)。GGSN和SGSN一樣都具有IP地址，GGSN和SGSN一起完成了GPRS的路由功能。網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)支持X.121編址方案和IP協(xié)議，可以IP協(xié)議接入internet，也可以接入ISDN網(wǎng)。過程3數(shù)據(jù)收集服務(wù)器收集網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)收集服務(wù)器上運(yùn)行著數(shù)據(jù)收集的后臺(tái)程序，該后臺(tái)程序以TCP協(xié)議開了一個(gè)特定的端口（比如6655）用于終端的連接終端連接到服務(wù)器后先發(fā)送我是誰，服務(wù)器識(shí)別打開相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫后并做出應(yīng)答，終端收到應(yīng)答后開始發(fā)送數(shù)據(jù)。過程4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到專門的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器數(shù)收集服務(wù)器連接到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，隨時(shí)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)做準(zhǔn)備，當(dāng)有終端連接的后，打開相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫并實(shí)時(shí)寫入，這樣數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)了大量的空氣質(zhì)量信息。過程5WEB服務(wù)器調(diào)用數(shù)據(jù)前端的WEB可以根據(jù)不同的用戶請求打開不同的數(shù)據(jù)庫并顯示到網(wǎng)頁上，每隔一段時(shí)間自動(dòng)更新一次，這樣用戶可以實(shí)時(shí)的看見當(dāng)前的空氣質(zhì)量。過程6WEB發(fā)送信息給數(shù)據(jù)收集服務(wù)器當(dāng)前端WEB收到管理員的控制信息（比如關(guān)閉終端讓終端停止工作處于節(jié)電模式）關(guān)閉重啟等，WEB服務(wù)器發(fā)送不同的指令給數(shù)據(jù)收集服務(wù)器，數(shù)據(jù)收集服務(wù)器收到信息后立即轉(zhuǎn)發(fā)給終端，終端接收后作出相應(yīng)的動(dòng)作。過程7WEB服務(wù)器公網(wǎng)IP只要能連接到網(wǎng)絡(luò)就可以訪問WEB服務(wù)器，WEB服務(wù)器需要公網(wǎng)的IP，綁定頂級(jí)域名后可以方便用戶訪問。過程8用戶通過網(wǎng)絡(luò)訪問WEB網(wǎng)頁用戶只需要打開指定的網(wǎng)站(如)就可以訪問到WEB服務(wù)器，用戶可以打開不同的鏈接或者是輸入想查看的地址就可以轉(zhuǎn)到指定的頁面。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)WEB空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)需要及時(shí)準(zhǔn)確的采集空氣中的PM2.5、一氧化碳、臭氧、二氧化氮、二氧化硫的濃度值，發(fā)往數(shù)據(jù)中心，以供服務(wù)器和WEB使用，將真實(shí)有效的信息傳達(dá)給用戶。因此，實(shí)時(shí)性，穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說都是至關(guān)重要的。鑒于以上該系統(tǒng)采用了雙電源供電，高靈敏高穩(wěn)定傳感器，高速度高精度AD轉(zhuǎn)換器，高性能中央處理器，大數(shù)據(jù)量高可靠性數(shù)據(jù)傳輸模塊，以做到數(shù)據(jù)的可靠性，真實(shí)性，實(shí)時(shí)性。O3O3傳感器PM2.5傳感器CO傳感器NO2傳感器SO2傳感器ADC7888高精度轉(zhuǎn)化芯片高性能處理器CPUSTC12LE5A16S2大容量高可靠的GPRS傳輸模塊SIM9000A圖2WEB空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 在整個(gè)硬件系統(tǒng)中各個(gè)模塊都起著不可或缺的作用。首先，由各傳感器將采集空氣各參數(shù)濃度值以電壓形式送往AD轉(zhuǎn)化芯片。再者，AD芯片將各個(gè)參數(shù)模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量以供中央處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理，再加密。最后，GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送模塊經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)往服務(wù)器端，以完成數(shù)據(jù)從采集到處理到發(fā)送的整個(gè)系統(tǒng)需求。傳感器的選取傳感器對(duì)于WEB空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)來說就如同生物的眼睛一樣重要，它決定著該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，真實(shí)性的。因此，我們就數(shù)據(jù)的真實(shí)性﹑穩(wěn)定性和價(jià)格合理性選擇了技術(shù)先進(jìn)，性能穩(wěn)定﹑靈敏度高，性價(jià)比高的MQ系列和夏普粉塵的氣體傳感器。對(duì)于二氧化硫﹑二氧化氮﹑一氧化碳﹑臭氧氣體的檢測我們分別使用了TGS-SO2﹑WSP1110﹑ME2-CO﹑MQ-131傳感器。MQ系列的傳感器是使用在潔凈空氣的中電導(dǎo)率低的氣敏材料，采用高低溫循環(huán)檢測的方式檢測氣體，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中的氣體濃度增大而增大，那么使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化，轉(zhuǎn)化為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。對(duì)于PM2.5的粉塵檢測我們使用了夏普粉塵傳感器GP2Y1010AU，它發(fā)射一定頻率紅外光，借以粉塵對(duì)光的漫反射將紅外光反射到光敏二極管上，從而改變傳感器輸出的電壓，隨著粉塵的增多，輸出的電壓也成一定的比例增加。傳感器采集模塊采用簡單可靠的電路設(shè)計(jì)，空氣氣體中氣體濃度的變化改變著傳感器輸出的模擬電壓值，將模擬值送入模數(shù)轉(zhuǎn)化芯片ADC7888，進(jìn)而進(jìn)行后期的數(shù)據(jù)處理。PM2.5電路經(jīng)過長時(shí)間的測試和廠家提供的傳感器技術(shù)資料，得出此類傳感器的輸出電壓和空氣的氣體濃度成一定的比例關(guān)系，這對(duì)于后期的數(shù)據(jù)處理提供了優(yōu)越的先天條件，而且為系統(tǒng)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，真實(shí)性提供有力的保障。PM2.5電路GPRS模塊作為樞紐部分的傳輸模塊我們選擇了SIM900A的GPRS雙頻模塊，它有著尺寸小，硬件接口多，功耗低，傳輸數(shù)據(jù)量大，速度快，通信協(xié)議簡單等眾多優(yōu)點(diǎn)，最重要的是它內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，使網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸更方便。GPRS模塊的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸無地域限制，無時(shí)間限制，無信息量限制，是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸模塊所無法比擬，在數(shù)據(jù)的安全性﹑穩(wěn)定性﹑實(shí)時(shí)性更是無法替代的。單片機(jī)通過串口和該模塊進(jìn)行通信，發(fā)送AT命令即可輕松完成重要的信息通信，豐富的AT指令對(duì)模塊的開機(jī)，關(guān)機(jī)，信息的接受和發(fā)送等操作輕松應(yīng)對(duì)。全雙工通信的性能使得終端和底層硬件實(shí)現(xiàn)完美結(jié)合，有效的提高了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。電源管理 該系統(tǒng)提供雙電源供電有效保障產(chǎn)品在突發(fā)事件的應(yīng)急性，并且設(shè)計(jì)三路穩(wěn)壓，分別為各模塊供電，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 電源電路中我們采用78M05，LM2940穩(wěn)壓芯片分別為傳感器和AD芯片及各部分電路供電。采用開關(guān)電源MIC29302為單片機(jī)和GPRS模塊供電，以滿足他們的正常工作。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)總的軟件大致由4部分組成，底層STC12LE控制程序、服務(wù)器數(shù)據(jù)接收程序、數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)程序、WEB前端顯示程序。底層STC12LE程序是用來控制采集數(shù)據(jù)和將數(shù)據(jù)發(fā)動(dòng)到GPRS網(wǎng)絡(luò)上。服務(wù)器的數(shù)據(jù)接收程序的將網(wǎng)絡(luò)上接受的數(shù)據(jù)解碼還原成真實(shí)的濃度值，并根據(jù)當(dāng)前的時(shí)間寫入到數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)程序主要是將數(shù)據(jù)快速的存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，建立索引方便查找。WEB前端顯示程序根據(jù)用戶的請求顯示不同的數(shù)據(jù)。底層STC12LE5A16S2控制程序STC12LE的程序主要是監(jiān)測控制各個(gè)模塊的狀態(tài)，并將AD轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)通過GPRS模塊發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)而發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)。 圖2STC12LE程序流程圖首先程序進(jìn)行一系列的初始化，再檢查GPRS模塊是否連接到網(wǎng)絡(luò)，連接到網(wǎng)絡(luò)了先發(fā)送產(chǎn)品的編碼等待服務(wù)器回應(yīng)，服務(wù)器收到是自己的產(chǎn)品編碼后發(fā)送0x00，GPRS模塊將收到的0x00轉(zhuǎn)發(fā)到STC12LE串口2，STC12LE收到信息后表示響應(yīng)成功，接下來開始AD轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)通過GPRS模塊發(fā)送到服務(wù)器上。同時(shí)每隔10分鐘發(fā)送一次，最后直到用戶停止或者收到停止的信息停止發(fā)送數(shù)據(jù)。服務(wù)器WIN32數(shù)據(jù)接收程序數(shù)據(jù)接收程序是用VC6.0基于MFC編寫的。主要的功能是從網(wǎng)絡(luò)上的大量數(shù)據(jù)中提取有效數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成真實(shí)的濃度，實(shí)時(shí)的寫入到數(shù)據(jù)庫中。該程序的主要技術(shù)有界面編程、多線程、網(wǎng)絡(luò)編程、數(shù)據(jù)庫編程等。 圖3WIN32接收數(shù)據(jù)程序框圖 圖4數(shù)據(jù)接受服務(wù)程序數(shù)據(jù)接受主程序主要可以分成2部分，網(wǎng)絡(luò)通信部分和數(shù)據(jù)庫部分。網(wǎng)絡(luò)通信部分先將自己連接到網(wǎng)絡(luò)開特定的端口6655，不斷監(jiān)聽該端口看是否有終端來連接，當(dāng)有終端來連接的時(shí)候重新創(chuàng)建一個(gè)新的線程去處理該終端的通行，同時(shí)自己又監(jiān)聽該端口，這樣可以實(shí)現(xiàn)多用戶的同時(shí)連接，程序不會(huì)阻塞，很高效的執(zhí)行，創(chuàng)建的新的線程負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，若終端長時(shí)間連接而沒有發(fā)送數(shù)據(jù)，服務(wù)器就主動(dòng)關(guān)閉連接，減小處理量。數(shù)據(jù)庫部分主要的將收集好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫里。程序先連接到網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，當(dāng)終端發(fā)送來正確的編碼后打開相應(yīng)的表如果表不存在就創(chuàng)建一個(gè)新的表，終端每隔幾分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)就。大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)考慮到許多不同的終端連接，每隔一段時(shí)間就會(huì)發(fā)送一次數(shù)據(jù)，這樣每月每年積累的數(shù)據(jù)量很大。我們采用專門的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存。MicrosoftSQLServer2005是一個(gè)全面的數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，使用集成的商業(yè)智能(BI)工具提供了企業(yè)級(jí)的數(shù)據(jù)管理。MicrosoftSQLServer2005數(shù)據(jù)庫引擎為關(guān)系型數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提供了更安全可靠的存儲(chǔ)功能，使您可以構(gòu)建和管理用于業(yè)務(wù)的高可用和高性能的數(shù)據(jù)應(yīng)用程序。MicrosoftSQLServer2005數(shù)據(jù)引擎是該企業(yè)數(shù)據(jù)管理解決方案的核心。WEB前端的顯示IIS互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)使用IIS可以很方便的建立網(wǎng)站，IIS是InternetInformationServices的縮寫，是一個(gè)WorldWideWebserver。Gopherserver和FTPserver全部包容在里面。IIS意味著你能發(fā)布網(wǎng)頁，并且有ASP（ActiveServerPages）、JAVA、VBscript產(chǎn)生頁面，有著一些擴(kuò)展功能。IIS支持一些有趣的東西，像有編輯環(huán)境的界面（FRONTPAGE）、有全文檢索功能的（INDEXSERVER）、有多媒體功能的（NETSHOW）其次,IIS是隨WindowsNTServer4.0一起提供的文件和應(yīng)用程序服務(wù)器，是在WindowsNTServer上建立Internet服務(wù)器的基本組件。它與WindowsNTServer完全集成，允許使用WindowsNTServer內(nèi)置的安全性以及NTFS文件系統(tǒng)建立強(qiáng)大靈活的Internet/Intranet站點(diǎn)。IIS（InternetInformationServer，互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)）是一種Web（網(wǎng)頁）服務(wù)組件，其中包括Web服務(wù)器、FTP服務(wù)器、NNTP服務(wù)器和SMTP服務(wù)器，分別用于網(wǎng)頁瀏覽、文件傳輸、新聞服務(wù)和郵件發(fā)送等方面，它使得在網(wǎng)絡(luò)（包括互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)）上發(fā)布信息成了一件很容易的事。ASP.NETASP是一項(xiàng)微軟公司的技術(shù)，是一種使嵌入網(wǎng)頁中的腳本可由因特網(wǎng)服務(wù)器執(zhí)行的服務(wù)器端腳本技術(shù)。指ActiveServerPages（動(dòng)態(tài)服務(wù)器頁面），運(yùn)行于IIS之中的程序。具有強(qiáng)大適應(yīng)、簡單易學(xué)、可管理性等特性。硬件及軟件的調(diào)試硬件的調(diào)試電源調(diào)試將整體焊接，拼裝好后，通過DC直流9V，2A供電，發(fā)現(xiàn)2940穩(wěn)壓芯片發(fā)熱嚴(yán)重，首先采取了外加散熱片的措施，但是經(jīng)過一段時(shí)間觀察，發(fā)熱問題依然存在，雖然用儀器測量穩(wěn)出的電壓值符合5V的要求，但是不不利于芯片長時(shí)間工作。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，2940穩(wěn)出的5V是給AD轉(zhuǎn)換部分和傳感器加熱部分供電的，由于和傳感器的電熱絲部分是短接關(guān)系，所以芯片的電流大，導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重。我們采取的措施是給傳感器部分串聯(lián)電阻，但是由于電阻的分壓，導(dǎo)致加熱不是很充分，傳感器的采樣值收到影響。最后經(jīng)過商議，改用將加熱部分單獨(dú)供電，問題解決。傳感器測試將電源供電，給傳感器供給煙霧測試，通過示波器觀察傳感器的波形，發(fā)現(xiàn)MQ傳感器的波形不是理想的，有的偏大，有的偏小。以至于發(fā)送的數(shù)據(jù)不是理想的數(shù)值。經(jīng)過仔細(xì)檢查，原因是由于將MQ系列傳感器的負(fù)載電阻RL統(tǒng)一接成了1K的。由于所測氣體的不同，RL的值也不盡相同，而且官方所給的RL值也不是很適合所有環(huán)境，最后，我們將RL全部改為了可調(diào)電阻，以便于我們找到合適的RL值，并且可以傳出合適的模擬量。GPRS模塊焊接好GPRS模塊后，上電，發(fā)現(xiàn)無法搜索到信號(hào)，經(jīng)檢是由于RESKEY管腳所送的時(shí)序錯(cuò)誤，經(jīng)過調(diào)試，利用軟件生成了一個(gè)正確時(shí)序，問題得到解決。軟件的調(diào)試AD轉(zhuǎn)換在AD轉(zhuǎn)換的時(shí)候發(fā)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的速度不夠快，起初沒有濾波有錯(cuò)誤的點(diǎn)，重新檢查程序