【摘 要】
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大气环境污染对人类的健康与可持续发展产生巨大威胁,我国政府高度重视并相继出台多部关于大气污染综合防治的相关文件,指导大气污染治理工作。大气环境数据为大气污染综合防治提供数据和理论支撑。因此,开展大气环境污染物实时在线监测的研究具有很强的实践意义。针对当前对低成本、多功能的大气环境污染物监测系统的需求,本文的主要研究内容如下:通过分析大气环境监测领域的国内外研究现状,得出本文的设计需求,在此基础上进
【基金项目】
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国家自然科学基金青年基金（61803128）；
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大气环境污染对人类的健康与可持续发展产生巨大威胁,我国政府高度重视并相继出台多部关于大气污染综合防治的相关文件,指导大气污染治理工作。大气环境数据为大气污染综合防治提供数据和理论支撑。因此,开展大气环境污染物实时在线监测的研究具有很强的实践意义。针对当前对低成本、多功能的大气环境污染物监测系统的需求,本文的主要研究内容如下:通过分析大气环境监测领域的国内外研究现状,得出本文的设计需求,在此基础上进行了系统方案设计,得出了由感知层、网络层、应用层组成的系统结构,划分了监测节点的硬件功能单元,选出了主要器件的具体型号。在感知层监测节点功能单元划分中,NO2传感器、CO传感器、温湿度传感器、颗粒物传感器构成传感器单元用来实现多种环境参数的获取;基于高性能微控制器STM32F103ZET6构成主控单元负责节点功能控制及算法实现;利用超低功耗远距离通信技术NBIOT实现监测节点配网;采用DC/DC变换技术构成电源单元给节点供电。在感知层监测节点软件设计中,基于μC/OS-Ⅲ编程,通过对节点功能的分析设计了6个任务,采用信号量、消息队列、事件标志组等内核对象进行任务管理。在系统网络层,完成云平台二次开发后,监测节点可通过NBIOT组网进而利用MQTT协议实现监测节点数据上传及云端存储;在应用层,利用Web界面开发工具IOT Studio设计了网页与业务逻辑,实现了监测节点的数据可视化及超阈值报警。本文提出了一种基于遗传算法（GA）优化反向传播神经网络（BPNN）的气体定量分析的方法,利用GA优化BPNN的权值和偏置,并给出了训练后模型的C语言实现流程。为了验证本文的硬件设计及所提方法的有效性,搭建了实验系统,采用平均相对误差（MRE）进行模型评价并与其他方法进行了对比。最后进行了硬件单元测试及系统测试,实验表明,系统能稳定运行,能够满足对多种大气环境污染物实时在线监测的需求。
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