基于无线传感网络的空气质量监测系统的研究

摘要

经济的发展、科技的进步以及生产力的发展促使着我国城市建设的快速发展。伴随着城市化的加速，我国城市建设中的问题也日益凸显，尤其在空气污染问题上。为了应对城市化带来的一系列问题，国家制定了智慧城市建设的战略布局。空气质量监测作为智慧城市发展的重要措施与实践，是治理空气质量问题的前提，对环境保护有着巨大的作用。传统的自动化大气环境监测站结构复杂、价格昂贵，工作条件较严苛，难以在全国大范围内普及。
　　针对这一现实，本课题在研究无线传感网络的基础上，构建了一套基于无线传感网络的空气质量监测系统，并创新性地提出了一个提高空气质量测量精度的算法，弥补了无线传感网络中的传感器精度的不足。本系统涵盖数据采集终端、手机客户端和服务器端，能够实时精确地监测空气质量，既满足了个人对及时获取空气质量信息的需求，又可以为相关政府部门提供必要的用来制定环境保护策略的信息。论文主要工作如下：
　　（1）设计了一个基于无线传感网络的空气质量监测系统。数据采集终端利用环境传感器获取各种气体污染物浓度和灰尘浓度信息，通过无线网络上传至手机客户端及服务器，手机客户端为用户提供空气质量信息查询和展示，服务器端为手机端和Web端的用户提供数据存储和查询服务。
　　（2）设计并实现了数据采集终端的硬件系统。选用Arduino平台作为开发平台，对数据采集终端进行了硬件电路设计与程序设计，包括传感器模块、低功耗蓝牙模块等模块的开发。实验结果表明，该数据采集终端可以有效地对空气质量进行实时监测。
　　（3）研究了一种在无线传感网络中提高空气质量测量精度的算法。该算法基于格兰杰因果关系和多元回归分析，有效地实现了空气质量测量精度的提高。通过对杭州为期2周的空气质量监测实验结果的数据分析，验证了该算法的正确性和有效性。
　　（4）实现了空气质量监测系统平台的设计与开发。论文对手机客户端的定位模块、与服务器交互模块、数据解析模块等进行了设计与实现，并完成了服务器端的数据存储、Web查询等功能模块的设计与实现。平台实验结果表明，数据采集终端与手机客户端及服务器端等均可正常有效地工作。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 空气质量监测现状与发展

1.3 课题研究的主要内容

第2章 空气质量监测研究综述

2.1 无线传感网络概述

2.2 智慧城市概述

2.3 常用的空气质量预测算法

第3章 数据采集终端设计与实现

3.1 总体方案设计

3.2 传感器的硬件电路设计与程序设计

3.3 蓝牙模块的硬件电路设计与程序设计

3.4 数据采集终端的实现

第4章 基于因果关系和多元回归分析的提高测量精度的算法

4.1 格兰杰因果关系检验

4.2 多元线性回归分析

4.3 算法在空气质量监测的应用

4.4 本章小结

第5章 监测系统的总体设计及实现

5.1 系统功能需求分析

5.2 系统总体架构设计

5.3 手机客户端的设计与开发

5.4 应用服务器设计与开发

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录