PM2.5点源扩散预测模型及实时检测系统的设计

摘要

随着科技的发展，环境破坏得越来越严重，环境污染对人们工作生活造成的影响越来越明显，因此环保话题，尤其是 PM2.5引起了广泛的关注。如何对 PM2.5在空间上的扩散进行预测，如何对特定时刻特定地点条件下的PM2.5的浓度进行检测，如何对PM2.5进行有效的预防与治理这一系列问题显得至关重要，因为它们与人们的生活息息相关。本文建立了一种基于偏微分方程的 PM2.5点源扩散预测模型，用于预测PM2.5的扩散分布，为了向PM2.5点源扩散预测模型的建立提供数据基础并验证其准确性检验，本文又设计了一款基于STM32芯片的PM2.5实时检测系统，综合运用嵌入式等相关知识，在PM2.5的扩散预测以及检测方面提供了一种可靠的解决方案。
　　该 PM2.5点源扩散预测模型及实时检测系统的设计包含理论研究以及硬件设计软件开发两部分。其中理论研究部分建立了 PM2.5点源扩散预测模型，本文在偏微分方程的基础上建立了理想、单一污染源头情况下的扩散预测模型，考虑到 PM2.5的扩散受诸多因素的影响，本文其次对理想的扩散预测模型进行修正，主要考虑气温、湿度、风力等影响因素，运用相关理论和数学方法，建立了单一源头情况下的PM2.5点源扩散预测模型。又因为实际情况下PM2.5的扩散大多是由多个污染源头共同作用导致，因此该理论研究的第二项工作是建立多个污染源头影响下的 PM2.5多源扩散预测模型，使得建立的模型具有更好的适用性以及准确性。
　　该 PM2.5点源扩散预预测模型及实时检测系统的软硬件设计部分的内容是 PM2.5实时检测系统的建立，该实时检测系统采用嵌入式相关知识，将PM2.5浓度这一物理量通过传感器转化为数字信号，经STM32主芯片运算处理，在OLED显示屏显示实时PM2.5浓度，并可通过蓝牙将数据传输到手机APP，或者经由串口将数据传输到电脑中进行后续数据处理。本文设计的 PM2.5实时检测系统硬件部分运用Protel DXP绘制原理图及PCB电路板，运用XCOM进行相关串口调试；本系统软件部分采用 Keil编写系统底层驱动程序，经调试完成PM2.5实时检测系统的设计。该系统可以实时检测PM2.5的浓度，经由串口将所测数据传输至电脑中，为 PM2.5点源扩散预测模型的建立提供了数据基础，为扩散预测模型的准确性提供了验证。
　　本文设计的PM2.5点源扩散预测模型对于PM2.5的扩散分布起到很好的预测作用， PM2.5实时检测系统为PM2.5点源扩散预测模型的建立提供数据基础，并且为 PM2.5点源扩散预测模型的准确性检验提供数据标准，二者相辅相成，共同工作。综上，这二者的相互合作，对于PM2.5分布扩散的预测，对PM2.5进行相关预防与治理，对于环境保护，对于人们的身体健康都有着深远的意义。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景及意义

1.3 国内外应用研究现状

1.4 研究内容

1.5 章节安排

第二章 PM2.5点源扩散预测模型及实时检测系统综合概述

2.1 引言

2.2 PM2.5点源扩散预测模型目标

2.3 PM2.5点源扩散预测模型的预测方法

2.4 PM2.5实时检测系统框架

2.5 PM2.5实时检测系统的功能模块

2.6 开发语言和工具

2.7 本章小结

第三章 PM2.5点源扩散预测模型的设计与仿真

3.1 引言

3.2 PM2.5点源扩散预测模型的设计

3.3 PM2.5点源扩散预测模型的简化

3.4 PM2.5多源扩散预测模型的建立及求解

3.5 PM2.5点源扩散预测模型的实例应用

3.6 本章小结

第四章 PM2.5实时检测系统的设计

4.1引言

4.2 PM2.5实时检测系统的设计思路

4.3 PM2.5实时检测系统的芯片选型

4.4 PM2.5实时检测系统的硬件设计

4.5 PM2.5实时检测系统的软件设计

4.6系统调试过程中遇到的问题

4.7本章小结

第五章 PM2.5点源扩散预测模型及实时检测系统的测试

5.1 引言

5.2 PM2.5点源扩散预测模型及实时检测系统的成果介绍

5.3 PM2.5点源扩散预测模型及实时检测系统的测试

5.4 PM2.5点源扩散预测模型及实时检测系统的测试结果

5.5 PM2.5实时检测系统的运行结果输出

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 应用展望

参考文献

攻读硕士学位期间已发表的论文

致谢

附录一

附录二

附录三