本实用新型属于空气检测技术领域，尤其涉及一种环境空气质量监测系统。
背景技术：
进入21世纪，随着我国社会经济的快速发展，环境污染已成为我国社会发展的突出问题之一。特别是在工业化的生产背景下，单纯追逐经济效益，重视经济发展而忽视环境保护，从而使我们的生存环境不堪重负。工业生产排放的废气，冶金、窑炉与锅炉的过度使用，机电制造业的迅猛发展，以及大量的工业排放、建材生产、垃圾燃烧等排放的废气，都已经严重影响到人们的日常生活。
近年来，以华北地区为首的空气污染问题再次成为全球关注的热点。PM2.5已成为空气质量恶化的重要凶手，且对大气能见度及人体健康有重要影响。PM是颗粒物的英文缩写。PM2.5指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质(例如，重金属、微生物等)，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
首都北京是中国经济、政治和文化的中心，在全国各省市的经济总量排名中名列前茅，而首都的空气质量却非常糟糕。根据国家环保总局的检测，北京市区大气中总悬浮颗粒物、二氧化硫、氮氧化物年平均值分别超过国家空气质量二级标准80％、100％及204％，而根据国家环境检测总站对45个国家157个城市(包括我国的44个城市)大气质量比较分析北京市空气污染综合指数1995年排第7位，今年排第3位。北京市比世界上大气污染最严重的墨西哥城的总悬浮颗粒物高出35％，二氧化硫高出62％，比上海、天津、重庆市的大气污染综合指数分别高出40％、33％、37％。空气是人类赖以生存的物质基础,适宜人们生存的空气是保证人们身心健康的前提。恶化的空气质量已经对人们的健康生活造成威胁。因此对首都的空气质量检测就显得尤为重要。
针对以上所提的大气污染源，我们要在大力治理污染物排放的同时，建立常规的污染物监测系统，加强监测力度，采用先进的科学技术，完善环境监测的管理体系。目前，我国基本建立了适应社会发展的环境监测管理体系，但仍存在很多问题，如监测指标不统一，监测数据小、频次低，监测手段落后，现有的标准监测方法不成体系等。除此之外，现有的环境监测设备多以有线线缆铺设为主，具有监控范围单一，铺设装配难度大、任务重，经济投入多、成本高，转移不便捷、二次使用率低等问题。因此，亟需建立新的科学的、完整的、便捷的环境检测系统，通过无线通信系统、遥感监测和信息化平台建设，实现合理的、充分的、便捷的、自动连续监测以及监测信息的传输、共享，以实现对环境污染情况的感知、分析、预测和防治以及对监测系统自身功能的不断完善和智能演进。为了能够更好的适应我们的生存环境，必须加强对环境污染监控的实时性、时效性。通过环境污染监控系统，就要注重环境监测的技术体系，随时关注环境污染变化，了解分析环境污染的变化趋势和过程。环境监测技术体系的建设有助于加强环境污染治理，并提供技术上的指导和技术检测，从而帮助我们对环境污染的变化做出及时且有效的应对措施。
利用环境监测系统实时监测空气质量数据，能够通过对大气环境中主要污染物质进行定期或连续地监测，判断大气质量是否符合国家制定地大气质量标准，并为编写大气环境质量状况评价报告提供数据；能够为研究大气质量地变化规律和发展趋势，开展大气污染的预测预报工作提供依据；能够为政府部门执行有关环境保护法规，开展环境质量管理、环境科学研究及修订大气环境质量标准提供基础资料和依据。目前，对于天气变化和空气质量的监测，大多通过卫星通讯，代价高昂，且监测方式不灵活。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是，提供一种环境空气质量监测系统，可以城市区域内的环境情况进行实时、准确、长期、多区域覆盖的无线监测，并为后续对全市范围的空气质量进行大数据计算分析，提供实时、全面的空气质量时空分布信息，具有精度高、覆盖面广、数据实时性高的特点。
为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案：
一种环境空气质量监测系统包括：多个采集装置、多个终端装置、多个协调器、多个微控制器模块、多个3G模块以及中心服务器；其中，所述终端装置分别与所述采集装置、协调器连接，所述微控制器模块分别与所述协调器、3G模块连接，所述3G模块通过无线网络与所述中心服务器连接。
作为优选，所述采集装置与所述终端装置一一对应连接；一个所述协调器与多个所述终端装置连接；所述协调器与所述微控制器模块一一对应连接；所述微控制器模块与所述3G模块一一对应连接。
作为优选，所述终端装置与所述协调器通过ZigBee构建短距离无线通信网络，实现所述终端装置与协调器的数据通信链路。
作为优选，所述终端装置包含第一ZigBee模块，所述协调器包含与所述第一ZigBee模块无线通信的第二ZigBee模块。
作为优选，所述采集装置与所述终端装置通过I/O端口连接。
作为优选，所述协调器与所述微控制器模块通过UART串口连接；所述微控制器模块与所述3G模块通过UART串口连接。
作为优选，所述采集装置为传感器。
作为优选，所述传感器为：PM2.5传感器、一氧化碳传感器、二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、臭氧传感器、二氧化氮传感器、粉尘传感器、湿度传感器、温度传感器。
作为优选，所述无线网络为3G无线网络。
本实用新型的环境空气质量监测系统采用多个采集装置、多个终端装置、多个协调器、多个微控制器模块、多个3G模块以及中心服务器；其中，所述终端装置分别与所述采集装置、协调器连接，所述微控制器模块分别与所述协调器、3G模块连接，所述3G模块通过无线网络与所述中心服务器连接。采集装置用于采集PM2.5、CO、NO2、SO2、O3、粉尘和温湿度等气候数据、以及根据指令实时上传气候数据；协调器与终端装置之间组成星型网络结构，负责协调多个终端,对数据进行汇总、整合；微控制器模块用于将中心服务器指令向下传输、以及将下层采集数据向上传输；3G模块实现下层设备与服务器间的互联互通，使用户在任何地点、任何时间都能查询空气质量数据及空气质量统计报告等；中心服务器向下端装置发送操作指令，以及接收采集装置获取的环境数据，将所述环境数据存储在服务器数据库中，并对所述环境数据进行统计分析及大数据挖掘得到数据分析结果，并且通过与手机或电脑配套应相连，将数据分析结果显示给用户。采用本实用新型可以对空气质量的实时检测、分析、异常处理，实现了无线传感器网络技术与空气质量检测技术的有机结合，并具有低能耗、高效率、可拓展性强的优点。
附图说明
图1为本实用新型的环境空气质量检测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
如图1所示，本实用新型实施例提供一种环境空气质量监测系统，所述空气质量环境监测系统整体结构分为三大层，分别为传感层、网络层和应用层。所述空气质量环境监测系统，包括：多个采集模块1、多个终端装置2、多个协调器3、多个微控制器模块4、多个3G模块5以及中心服务器6；其中，所述采集装置1和终端装置2位于所述传感层，协调器3、微控制器模块4、3G模块5位于所述网络层，中心服务器6位于应用层；所述终端装置2分别与所述采集装置1、协调器3连接，所述微控制器模块4分别与所述协调器3、3G模块5连接，所述3G模块5通过无线网络与所述中心服务器6连接，所述无线网络为3G无线网络。
作为优选，所述采集装置1为采集各种环境参数的传感器；所述传感器为：PM2.5传感器、一氧化碳传感器、二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、臭氧传感器、二氧化氮传感器、粉尘传感器、湿度传感器、温度传感器。
作为优选，所述采集装置1与所述终端装置2一一对应连接；一个所述协调器3与多个所述终端装置2连接；所述协调器3与所述微控制器模块4一一对应连接；所述微控制器模块4与所述3G模块5一一对应连接。所述采集装置1与所述终端装置2通过I/O端口连接；所述协调器3与所述微控制器模块4通过UART串口连接；所述微控制器模块4与所述3G模块5通过UART串口连接。
作为优选，所述终端装置2与所述协调器3通过ZigBee构建短距离无线通信网络，实现所述终端装置2与协调器3的数据通信链路；所述终端装置2包含第一ZigBee模块，所述协调器3包含与所述第一ZigBee模块无线通信的第二ZigBee模块。
所述采集装置1，用于布设在各个采集位置上采集环境数据。
所述终端装置2，用于实时接收采集装置获取的空气质量数据，并通过ZigBee无线通信网络将所述空气质量数据发送给协调器3。
所述协调器3，用于负责收集、整合与之相连的终端装置2获取的采集数据，并将数据发送到微控制器模块4，等待进一步处理。协调器3与终端装置2之间组成星型网络结构，一个协调器3对应多个终端装置2，协调器3与终端装置2之间采用射频天线收发数据，并用ZigBee技术实现通信，所述ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，具有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率的特点。协调器3的作用主要是协调多个终端装置2，并将每个终端装置2的数据进行汇总、整合，随时轮转等待微控制器模块4的指令，实现发送数据，反馈终端等功能。所述终端装置2和协调器3均采用TI公司推出的片上系统CC2530开发板，实现嵌入式ZigBee应用。
所述微控制器模块4设在协调器3与3G模块5之间，用于将中心服务器6指令向下传输、以及将下层采集数据向上传输，还能够用于快速处理数据，省去了数据回传服务器再反馈到下层设备的时间，能够对突发异常进行快速处理。
所述3G模块5，用于利用3G无线网络实现微处理器模块4与中心服务器6之间的互联互通，主要负责将中心服务器6发送的指令发送到微控制器模块4，并将微控制器模块4采集到的数据信息发送给中心服务器6。通过3G模块5，将数据和指令都放在无线网络上，不仅能够实现长距离的服务器控制下层操作的功能，还能使用户在任何地点、任何时间都能通过终端设备，查询空气质量数据及空气质量统计报告等。
所述中心服务器6作为上端主要的功能如下：向下端装置发送操作指令，以及接收采集装置1获取的环境数据，将所述环境数据存储在服务器数据库中，并对所述环境数据进行分析统计得到数据分析结果，并且通过与手机或电脑配套应相连，将数据分析结果显示给用户。
本实用新型的环境空气质量监测系统工作过程如下：
终端装置2开始运行后，将自动进行程序初始化操作。初始化操作对终端装置2进行预设置，如设置数据发送格式、设置发送频率、设置任务列表、初始化内存分配、Zigbee组网等。终端装置相关工作准备就绪后，会给协调器3发送指令，协调器3已准备好，等待下一步指令。此时终端装置2进入待机状态，轮转等待协调器3的任务指令。
当终端装置2查询到协调器3发来的任务指令后，终端装置2将读取指令，判断指令类别。若该指令是针对采集装置1的任务指令，则终端装置2将采集装置1发送相关任务指令。采集装置1根据指令进行发送数据，调整信息等操作，并将执行结果反馈给终端装置2。终端装置2收到前端发来的数据及操作反馈信息后，将向协调器3报告任务完成，并且将数据信息发送给协调器3。若该任务指令不是针对采集装置1的指令，那么指令则是针对终端装置2自身的，终端装置2将按照任务要求完成相关设置操作。终端装置2任务操作完毕后，将向协调器3报告任务完成，并且将相关状态信息发送给协调器3。此时终端装置2再次进入待机状态，继续轮转等待协调器3的下一个任务指令。
协调器3开始运行后，首先自动进行初始化操作，包括协调器3预设置，如设置发送接收频率、设置数据发送接收格式等，初始化中还要完成Zigbee组网等操作。待协调器将相关准备工作就绪后，将向微控制器模块4发送信息，告知微控制器模块4准备就绪，等在任务指令。此时协调器3进入待机状态，轮转等待任务指令。当协调器3查询到任务指令时，首先判断是否为微控制器模块4指令，若是微控制器模块4指令，协调器3首先读取任务指令，判断是否是采集数据指令，若是采集数据指令，则执行指令，采集数据并回传；若指令不是采集数据指令，则执行相关任务并反馈。当协调器3查询到任务指令不是微控制器模块4的指令时，此时查询是否有终端装置2发数请求，若查询到该指令，协调器3则开始接收数据，并反馈终端装置2。如果查询到的终端装置2指令不是接收数据，则不执行。此时仅仅把协调器3接收的数据反馈给微控制器模块4即可。协调器3再次进入待机状态，继续轮转等待微控制器模块4的任务指令。
在微控制器模块4开始运行后，首先进行初始化操作，其中包括对串口DRV初始化，OSA初始化等。初始化完成后，微控制器模块4开始轮转等待任务指令或请求。微控制器模块4的处理优先级为，中心服务器6指令最优先，其次是下层协调器3的发数请求，最后是本地任务。一旦微控制器模块4接收到3G模块5的指令(即中心服务器6指令)，先读取指令，并判断是向下采集数据的指令，还是更改设置的指令。若接收到的是3G模块5发送的修改设置的指令，则微控制器模块4根据指令修改相应设置。完成修改后，微控制器模块4回到待机状态继续等待指令。若是采集数据的指令，则微控制器模块4将相应的采集数据指令发送给协调器3，下层各装置执行采集指令，并把采集到的数据回传给微控制器模块4，微控制器模块4接收数据。完成指令操作后，微控制器模块4向3G模块5发送完成采集指令的反馈信息。微控制器模块4变为本地操作状态，处理分析数据。如果微控制器模块4未接收到3G模块5的指令，查询是否接收到下层协调器3的发数请求。协调器3可以被设置为定期采集数据并向微处理器发送数据的模式。若微控制器模块4接收到协调器3的发数请求，则接收数据。若微控制器模块4没有接收到3G模块5的指令或协调器3的请求，查询是否有本地分析数据指令，若有，则进入本地操作状态，处理数据，分析数据。最后将原数据及分析数据的结果发送到3G模块5，再由3G模块5上传到中心服务器6。微控制器模块4完成一系列操作后，会继续回到待机状态，等待下一次接收指令或请求。
3G模块5用于利用3G无线网络，实现微处理器模块4与中心服务器6之间的互联互通，主要负责将中心服务器6发送的指令发送到微控制器模块4，并将微控制器模块4采集到的数据信息发送给中心服务器6。通过3G模块5，将数据和指令都放在无线网络上，不仅能够实现长距离的服务器控制下层操作的功能，还能使用户在任何地点、任何时间都能查询空气质量数据及空气质量统计报告等。WCDMA采用MC FDD双工模式，与GSM网络有良好的兼容性和互操作性。WCDMA采用最新的异步传输模式(ATM)微信元传输协议，能够允许在一条线路上传送更多的语音呼叫，在人口密集的地区线路将不在容易堵塞。另外，WCDMA还采用了自适应天线和微小区技术，大大地提高了系统的容量。
中心服务器6的主要功能有两个：与3G模块5进行通信以及数据的分析处理显示。数据的显示主要由客户端模块负责。中心服务器6与3G模块5通信指的是，中心服务器6通过Internet和3G网络与3G模块5进行数据交互，包括中心服务器6接收3G模块5数据和中心服务器6向3G模块5发送数据。中心服务器6与3G模块5通信遵循TCP/IP协议，并且由中心服务器6作为服务器端(Server)，3G模块5作为客户端(Client)。在中心服务器6运行过程中，3G模块5若需要与中心服务器6通信，必须先与中心服务器6建立链接，中心服务器6维持这些链接，并进行统一管理。当中心服务器6需要向3G模块5发送数据时，也只能够向已经建立链接的3G模块5发送数据。并且，为了更好的利用中心服务器6的资源(CPU，带宽等)，建立链接的3G模块5需要每隔一定时间(以具体情况而定)，向中心服务器6发送一个“心跳数据包”，中心服务器6 根据此数据包，判断对应的3G模块5是否依然与中心服务器6处于联通状态。3G模块5通过TCP/IP协议发送的数据，在中心服务器6接收完成之后，通过解析数据包，将数据分别存储到服务器数据库对应的表中，这些数据将作为以后数据展示和数据分析的基本数据；中心服务器6在后台处理分析环境监测数据、将数据分析结果显示给用户。
以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。