噪音扬尘监测设备研究与实现

摘要

当下人们越来越重视大气环境问题，迫切需要一种有效的环境监测手段。传统方法主要靠人工测量监测扬尘和噪声数据，通常消耗大量的人力物力，而且得到的数据少，不能将数据自动汇总分析。因此有必要开发一种能持续测量数据，部署灵活，成本低廉的设备，设备结合物联网技术可以使数据不再碎片化，使数据能得到有效的总结和利用，同时降低人力成本。
　　本文研究实现了基于Arduino的噪音扬尘监测设备。设备的主要功能是测量噪音扬尘值，并对数据处理、打包、加密之后发送给服务器，并从服务器接收命令控制设备的运行。噪音扬尘监测设备采用Arduino为主控板。设备包括电源模块，可以通过太阳能或城市电网给设备供电，同时向各模块提供不同电压值的稳定电压。传感器模块测量噪音和扬尘值，并通过串口将数据传回单片机。GPS模块获取设备地理位置信息。通信模块处理服务器发送的短信命令，并通过无线网络和服务器进行TCP通信来交互数据。单片机程序主要负责模块控制、数据获取打包加密、命令解析、流程控制等功能。噪音扬尘监测设备、服务器和客户端组成的系统，能实现从数据采集处理分析到消息推送的全程自动化，不仅方便用户办公，同时能为上层决策提供参考。
　　本文为设备和服务器的通信研究设计了一套应用层协议，使两种不同平台能相互通信。本文在研究TEA算法的基础上，针对单片机的特性，对TEA算法进行了两点改进。一是数据补齐，另一种是增加了交织算法。用改进的TEA算法加密数据，并使用TCP协议进行无线传输。
　　设备的软硬件都采用模块化开发，便于系统开发，以及后期的更改和扩充。已经完成了原型设备的研究，通过在野外环境部署和实测的反馈，对原型系统进行了几轮改进。目前，所研究的设备能无故障长时间运行于野外环境，完全达到设计目标，已经交付客户使用。

目录

声明

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1.1研究背景意义

1.2研究现状与发展趋势

1.3作者完成的工作

1.4论文章节安排

1.5本章小结

第二章 相关技术简介

2.1 Arduino简介

2.2噪声传感器简介

2.3扬尘传感器

2.4 GPRS模块简介

2.5 GPS技术简介

2.6本章小结

第三章 需求分析

3.1设备功能性需求分析

3.2设备性能以及安全性需求分析

3.3本章小结

第四章 设备总体设计

4.1设备架构设计

4.2设备工作流程设计

4.3通讯协议和数据接口架构设计

4.4本章小结

第五章 设备详细设计

5.1电路设计与实现

5.2通信协议和数据接口设计与实现

5.3设备运行参数设计

5.4设备通信流程设计

5.5本章小结

第六章 数据加密

6.1不同加密算法的简介和优缺点分析

6.2 TEA算法描述

6.3 TEA算法的应用和改进

6.4本章小结

第七章 设备组装、运行和测试

7.1设备组装

7.2设备测试

7.3系统运行截图

7.4遇到的问题及解决方案

7.5本章小结

第八章 总结与展望

参考文献

致谢

作者简介