基于stm32的重工业园环境质量监测系统

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一、摘要

随着经济的不断发展和进步，重工业在人们的生产生活中发挥着重要作用，但也对环境产生了极其恶劣的影响。因此，工业废气对空气和水质的污染问题备受关注。目前，国家政府将对空气质量和水源进行有效监测。环境监测部门对环境空气质量和环境水质实施自动监测已有几年，也收到了一些反馈，但在某些方面仍存在问题，例如受到工业废气影响的水源PH酸碱度值和水源TDS值监测无法及时反映。通过重工业园区的环境质量监测系统，可以监测水质以及空气质量状况，将异常数据及时报告给相关部门，从而更好地实现重工业园区生产要求的安排，发挥保护环境的作用。本系统利用STM32单片机作为核心模块实现功能，主要设计用于重工业园区实时监测和记录，水质以及空气质量的数据反馈，完善环境监测管理方法。本系统主要监测4个部分，包括空气PM2.5状况、空气CO状况、水源PH状况和水源TDS状况。

二、设计内容

1.3 主要研究内容
本系统主要设计一个重工业园环境质量监测系统。系统主要对四个部分进行监控，包括空气PM2.5状况、空气CO状况、水源PH状况、水源TDS状况。系统对重工业园区内的这四个部分进行实时监控，涉及到的模块有CO传感器模块、水源PH值监测模块、水源TDS监测模块、上位机、核心单片机模块。空气的PM2.5状况以及CO状况都可以通过CO模块进行监控，然后通过将收集到的信息发送到上位机，如果数据显示异常就是超标的情况，那么上位机就会弹窗警告。水源PH值监测模块是对水的检查，检查水源酸碱性，通过单片机接收信息传递给上位机，水源TDS监测模块是对水中能够溶解的溶解性固体的量进行监测的，如果出现不符合要求的情况，这两个模块都会将数据传递给上位机，上位机监测到数据异常，就会发出报警。通过设计这款重工业园环境质量监测系统能够有效对空气中CO、PM2.5值进行实时监测，同时也能对水的PH值、TDS值进行检测，并及时发出报警，对于环境保护有重要意义。
1.4 功能需求分析
为了系统的完整性需求分析是必不可少的，因此，在需求分析过程中，分析的问题越透彻系统就越完整[6]。
硬件系统中获取数据信息常常通过传感器来实现。传感器在硬件系统中将测量测得的生物量，物理量，化学量等，利用生物，物理和化学效应将其转换为需的电量[7]。
本系统采用的模块如下：
CO传感器模块：随着CO浓度的升高，会引发头痛、呕吐、昏迷等一系列不适症状，进一步影响身体健康；在CO浓度超过600ppm的情况下，短时间内可能会导致窒息而亡。
水源PH值监测模块：利用PH传感器采集水质的酸碱度情况。
水源TDS监测模块：监测水源TDS状况，水源TDS越高杂质越多。
PM2.5监测模块：目前测定粉尘中碳和氧的方法很多，但由于不同物质所含元素种类及数量有很大差别，因此它们对人的危害性也不相同。随着游离二氧化硅含量的增加，粉尘所产生的纤维效应也随之增强。通过呼吸道吸入某些金属粉尘，有可能导致金属中毒的发生。因此，了解各种粉尘的理化特性及毒性对于防治和减少职业有害因素有着重要意义。随着空气中同一种粉尘的浓度增加，其吸入量和危害性也随之增加，从而导致尘肺发病率的上升。目前对重化工区环境空气质量状况评价方法有多种，但其结果并不完全一致。因此，对于重工业园区内的粉尘浓度进行监测是一项必不可少的措施。
1.4.1 技术路线
（1）硬件部分需要单片机STM32F103C8T6、水源PH值监测模块、水源TDS监测模块、CO传感器模块、PM2.5监测模块、上位机模块;
（2）软件平台程序用keil5；
（3）画原理图用Altium Designer；
（4）编程语言用C语言。
1.4.2 预期结果
完成一个整体的重工业园环境质量监测系统，并且本设计能实现的功能如下：
1）上位机通过ZigBee与下位机进行通信；
2）上位机可接受下位机传送的数据存入数据库，并及时监测；
3）上位机可监测PM2.5、CO、水源PH值、水源TDS值；
4）下位机装有CO传感器、PM2.5传感器，浓度超标，传递给上位机进行报警；
5）下位机可以实时监测水的PH酸碱度情况，若超出阈值，传递给上位机进行报警；
6）下位机可以实时监测水的TDS情况，对水的溶解度进行监控，如若不符合要求，就会显示不正常的数据，单片机监控到之后，传递给上位机进行报警。

三、系统总体结构设计

2.1 设计方案
本设计研究的内容为重工业园环境质量监测系统设计。本系统的构成包括STM32F103C8T6单片机、CO传感器模块、水源PH值监测模块、水源TDS值监测模块、PM2.5监测模块、上位机模块，结构框图如图2-1所示。

图2-1 结构框图

四、系统硬件部分设计

3.1 系统总体设计
本系统设计一个重工业园环境质量监测系统，全部硬件开发主要包含CO传感器、水源PH值传感器、水源TDS传感器、PM2.5传感器、单片机设计最小系统。其原理图如图3-1所示。
为了完成硬件系统的设计，必须进行下功能模块的设计和组成：
CO传感器模块：对空气中CO浓度进行监测。
水源PH值监测模块：对水源的PH值进行监测。
水源TDS监测模块：对水源TDS值进行监测。
PM2.5传感器模块：对空气中PM2.5浓度进行监测。

图3-1 总体原理图
3.2 系统主要功能模块设计
重工业区环境检测系统的设计主要包括了单片机、CO传感器模块、PM2.5传感器模块、水源PH值监测模块、水源TDS监测模块、上位机模块等。

五 、系统效果