论文总字数：17391字

摘 要

面对日益严峻的污染问题，传统监测制度由于技术的相对落后性造成资金短缺，人员不足，以及相应的体系未能完善等诸多问题，已经无法精准监测当前复杂的大气环境。网格化在线监测作为一种新兴的监测技术，能够精准监测污染物，有效提升治理效率，正符合当下环境治理的需求。

本课题以网格监测系统中无线通信模块作为研究对象，进行了软件与硬件两部分设计。硬件选用的主要模块是STM32F407单片机与USR-GPRS232-7S3模块，并根据需求进行了供电模块，存储模块，串口接口等相应的电路设计；软件部分结合嵌入式与GPRS技术，通过串口程序的编写，指令的配置，云平台的搭建等实现了无线传输功能。

关键词：大气网格化监测系统 STM32 GPRS

Design of Wireless Communication Module for Atmospheric Grid Monitoring System

Abstract

Faced with the increasingly serious pollution problem, the traditional monitoring system has been unable to accurately monitor the current complex atmospheric environment due to many problems such as shortage of funds, shortage of personnel and failure to perfect the corresponding system due to the relatively backward technology. Grid on-line monitoring, as a new monitoring technology, can accurately monitor pollutants and effectively improve the governance efficiency, which is in line with the current needs of environmental governance.

This topic takes the wireless communication module in the grid monitoring system as the research object. In order to realize the wireless transmission function of the module, two parts of software and hardware are designed. The main modules of hardware selection are STM32F407 single chip microcomputer and USR-GPRS232-7S3 module, and corresponding circuit designs such as power supply module, storage module and serial port interface are carried out according to requirements. The software part combines embedded and GPRS technology, and realizes wireless communication function through serial port programming, instruction configuration, cloud platform construction, etc.

Key Words: Atmospheric gridding monitoring system ;STM32 ;GPRS

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 课题研究背景 1

1.3 网格化系统发展现状 2

1.4 无线通信技术的选用及发展现状 3

第二章 系统设计方案与模块选用 5

2.1 系统设计方案 5

2.2 使用技术简介及模块选用 5

2.2.1 嵌入式系统 5

2.2.2 F4系列单片机的选用 6

2.2.3 GPRS技术简介 7

2.2.4 GPRS模块的选用 7

2.3 USR-GPRS-7S3模块相关功能简介 8

2.3.1 工作模式 8

2.3.2 透传云功能 8

2.3.3 心跳包机制 9

第三章 系统硬件设计 11

3.1硬件设计方案 11

3.2硬件介绍 11

3.2.1STM32F407最小系统 11

3.2.2电源模块 13

3.2.3显示模块与串口接口 13

3.2.4下载调试模块 14

3.2.5FLASH模块 15

3.2.6GPRS模块 15

3.2.6PCB设计 17

第四章 系统软件设计 18

4.1 引言 18

4.2透传云平台的搭建 18

4.3设备的配置 20

4.3.1GPRS模块的配置 20

4.3.2虚拟串口配置 22

4.4单片机程序 23

4.4.1串口通信程序 23

4.4.2重定向函数与回显程序 25

第五章 展示与总结 26

5.1结果展示 26

5.2总结与展望 27

参考文献 29

致谢 30

绪论

引言

随着现代建设进程的持续推进，工厂与城市已经开始侵占原有的生态空间，城市交通，工厂运作，甚至包括人类日常活动的进行，都在不断地对环境造成污染。这导致本应在不同阶段出现的环境问题在短期内集中体现和爆发出来，各种污染物相互耦合叠加，逐渐呈现区域性和复合型污染的新特点^[1] ，甚至已经威胁到了生态平衡与人体健康。面对污染物排放量已经严重超出环境负荷能力的问题，如何对于大气污染物进行有效的监测，治理，改善已经成为可持续发展领域研究的重要内容之一。大气网格化监测系统采用数字化、网格化、网络化方法，相对传统技术而言具有监测参数更全面，数据更准确，传输更稳定优点，同时无线传输模块作为监测系统构成的重要一环，关于通信技术的选用也是系统建设时要着重考虑的。

课题研究背景

近年来环境污染事故频发，究其原因，除去普遍的重工业化，城市化导致的协调失衡外，另外一个重要原因就是由于污染问题的监控失察，未能对发生的重大环境事故及时止损，以至于事故后果进一步扩大。面对不容乐观的现状，2015年7月26日，国务院办公厅以国办发56号印发《生态环境监测网络建设方案》，该方案针对现有大气问题主要提出了如下几点要求：1.全方位布点，建立完整的大气监测体系；2.网络共享全国监测数据，及时采取应对措施；3.系统能够自动控制预警，对于潜在隐患进行管理与防范；4.完善相关法律法规，对于造成严重污染的企业依法追责，监管部门与执法部门联合建立健全监察体系。自此，网格化监测技术开始蓬勃发展起来。

大气网格监控系统采集端借由传感器获取作为主要监测污染源的大气端六参数，通过无线通信技术将数据发送至中央监控平台，中央平台通过云端数据进行监控。整套设备主要由太阳能供电，搭载GPS技术以便随时追踪污染区域，通过将监控区域划分为网格单元形势，根据各地环境与地形不同进行基站的灵活布点，由网络确定单元格，根据单元格判定区域位置，将不同区域监控职责分配给对应人员，以及时采取应对措施。

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