随着人类对环境质量、空气质量的关注度越来越高，目前，除了小型气象站以外，很多居民住户也开始在住房内装有颗粒物监测仪、温湿度监测仪，以便能够及时了解当前空气质量，以确定是否适宜出行，并做好防护措施。此次设计的大气颗粒物实时监测系统多用于小型气象站和家庭使用，有助于气象站监测人员、居民住户尤其是是患有心肺等慢性疾病的特殊人群实时监测当前空气中大气颗粒物的浓度以及大气温湿度，当颗粒物浓度或者温湿度超过其限定值时，系统会有声光报警提示，以便人类能够做出相应的调整措施，例如调整出行计划、就医计划等。

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

通过分析人类对于大气颗粒物实时监测系统的实际需求，确定该设计能够实现大气颗粒物浓度以及大气温湿度的实时监测、能够随时查看监测的实时数据、历史数据、曲线趋势分析以及能够进行声光报警等功能，然后将无线传感器网络技术、单片机技术、物联网技术、虚拟仪器技术相结合，从硬件方面和软件方面对大气颗粒物实时监测系统进行设计。

硬件方面包括传感器节点模块、网关节点模块、声光报警模块、串行通信接口模块、上位机软件管理平台等。

无线通信模块用于上位机与单片机系统的连接。无线模块与单片机系统之间有串口协议，通过串口协议将单片机系统与上位机相连。

声光报警模块功能是当检测到的大气颗粒物浓度超过浓度标准或者温湿度超出正常限值时，通过声光报警的形式告知相关工作人员以及居民住户。

软件方面主要涉及上位机LabVIEW应用程序管理平台设计。LabVIEW的程序是由前面板和程序框图组成的，因此需要对其进行前面板设计和程序框图设计来实现基于LabVIEW的大气颗粒物实时监测系统设计。

本设计课题在对大气颗粒物实时监测系统的实际需求进行深入分析的基础上，并与现有的大气颗粒物监测系统进行了对比之后，提出了一种基于LabVIEW的大气颗粒物实时监测系统。该设计方案可以实时监测大气颗粒物浓度以及大气温湿度，随时可以在监测界面上查看当前的参数信息，以及参数的历史信息和曲线趋势，克服了现有的监测系统成本高、实时性差、存在偏差等缺点，具有可靠性高、成本低、实时性强、实用性强等优点。

2  系统设计方案分析论证

2.1 系统硬件结构方案设计

基于LabVIEW的大气颗粒物实时监测系统设计要求实现对大气颗粒物以及温湿度的实时监测，并利用LabVIEW虚拟仪器的上位机进行开发应用。由于本设计课题主要面向小型气象站和居民住户，使用范围较小，所以整个流程是传感器节点将采集到的数据通过无线的Zigbee技术直接发送至网关节点处，中间不需要通过汇聚节点，最后网关节点通过串口电路和上位机进行通信。使得气象站监控人员以及居民住户能够及时的了解大气中颗粒物的浓度，采用LabVIEW作为上位机能够对历史数据、曲线趋势、实时数据进行分析，当大气中颗粒物浓度过高或者温湿度不在正常范围内时能够及时做好预防措施。同时传感器节点处也接有声光报警，当颗粒物浓度达到浓度上限值或者温湿度超出正常限值时会产生报警现象，提醒气象站监控人员以及居民住户做好相关预防措施。

因此，系统硬件构成主要包括传感器节点模块、网关节点模块、声光报警模块、串行通信模块、上位机软件管理平台等。这些模块各自都有相应作用并相互连接共同作用。综合以上分析，设计出了如图2-1所示的系统结构框图。