摘 要

面对越来越快的发展带来的空气污染问题，防治空气污染已成为当下我国可持续发展的首要任务。PM2.5浓度对于空气质量和人体健康都非常重要，所以设计一种远程多点的PM2.5监测系统具有重大意义。本文设计的远程PM2.5监测系统以采集端和监测端两部分组成，二者通过TCP网络通信。采集端基于STM32设计，主要负责PM2.5和温湿度传感器数据的采集以及对数据进行实时显示和传输。监测端基于Qt框架设计，负责监控各采集端状态以及接收其数据并统一管理，实现图表显示和数据库储存等功能。该系统主要适用于环境温度在0~50℃且可以接入以太网的场景，主要特点是能够24小时连续运行。温湿度的测量精度分别为1℃和1%，PM2.5测量精度为0.00006 mg/m³。

关键词：STM32，TCP通信，PM2.5

Abstract

In the face of the problem of air pollution brought about by the rapid development, prevention and control of air pollution has become the primary task of China's sustainable development. PM2.5 concentration is very important for air quality and human health, so designing a remote and multi-point PM2.5 monitoring system is of great significance. The remote PM2.5 monitoring system designed in this paper is composed of two parts: the collection terminal and the monitoring terminal, and the two communicate through the TCP network. The collection terminal designed based on STM32 is mainly responsible for the collection of PM2.5 and temperature and humidity sensor data and real-time display and transmission of the data. The monitoring terminal designed based on the Qt framework is responsible for monitoring the status of each collection terminal and receiving their data to achieve chart display and database storage and other functions. The system is suitable for the scene where the ambient temperature is in the range of 0 ~ 50 ℃ and can be connected to Ethernet, and can achieve continuous operation for 24 hours. The main feature is that it can run continuously for 24 hours.The measurement accuracy of temperature and humidity is 1 ℃ and 1% respectively, and the measurement accuracy of PM2.5 is 0.00006 mg / m3.

Key Words：STM32，TCP，PM2.5

目录

第1章 绪论 1

1.1 论文研究背景 1

1.2 国内外相关技术研究现状 1

1.2.1 国内外空气质量监测系统研究 1

1.2.2 STM32微控制器发展现状 2

1.2.3 Qt开发框架的应用 2

1.3 论文工作及结构安排 2

第2章 远程PM2.5监测相关技术研究 4

2.1 远程PM2.5系统数据采集技术 4

2.1.1 PM2.5测量原理 4

2.1.2 温湿度测量原理 4

2.1.3 传感器选择 5

2.2 远程PM2.5监测系统数据传输技术 5

2.2.1 网络通信技术 6

2.2.2 TCP网络通信 6

2.3 远程PM2.5监测系统数据显示技术 7

第3章 远程PM2.5监测系统方案及硬件设计 9

3.1 系统硬件结构 9

3.2 STM32主控芯片模块 9

3.3 GP2Y粉尘传感器模块 11

3.4 DHT11温湿度传感器模块 12

3.5 液晶屏显示模块 13

3.6 W5500以太网通信模块 14

第4章 远程PM2.5监测系统采集端软件设计 16

4.1 ARM MDK开发环境 16

4.2 STM32内核与标准外设库 16

4.3 μC/OSⅢ实时操作系统 17

4.4 STemWin GUI开发 19

4.5 各模块程序结构 20

4.5.1 GP2Y驱动程序 20

4.5.2 温湿度传感器驱动程序 22

4.6 TCP客户端通信程序设计 23

第5章 远程PM2.5监测系统服务器端设计 26

5.1 服务器端软件整体架构 26

5.2 GUI设计 26

5.2.1 窗体布局和屏幕自适应 26

5.2.2 各模块设计 27

5.3 TCP通信开发 28

5.3.1 TCPSocket 28

5.3.2 TCPServer 29

5.4 SQLite数据库开发 30

5.5 Qt Charts图表显示开发 31

第6章 系统测试和分析 33

6.1 测试环境和测试方法 33

6.2 系统功能测试 33

6.3 结果分析 36

第7章 总结和展望 38

7.1 总结 38

7.2 展望 38

参考文献 39

致谢 41

绪论

论文研究背景

随着经济的进一步发展，中国加快了城市化进程，这意味着中国会出现更多的工厂，更多的汽车尾气排放，空气质量面临更加严峻的挑战。

在众多的污染物中，PM2.5格外受人关注，这是因为人体的生理结构对于PM2.5毫无办法。对于直径大于10μm的颗粒物，人体的呼吸道可以阻挡其进入身体内部其他器官。对于PM2.5颗粒物，它会直接进入人体的内部进而引发各种疾病尤其是对人体的呼吸道、心血管以及心脏产生严重危害^[1]。

为了应对中国严重的大气污染，政府出台了许多政策，而为了更好的执行这些政策，建立一套远程PM2.5监测系统非常有必要。它不仅能帮组我们更好的掌握空气质量信息及时调整政策，还可以评估政策的效果进而更好的治理空气污染。虽然全国各地已有一些空气质量检测平台，但是其时效性很差，而且空间分布不合理，因而其监测结果并不理想。