基于单片机控制的环境信息监测系统设计实现-文献综述

第1页开题报告（文献综述）1.引言伴随世界经济与工业的快速发展，世界环境问题日益突出，环保、节能减排已经逐年成为世界各国家和人民关注的热点。世界各国都在致力于减少环境污染，研究环境可持续发展的绿色方案，尤其是对工业界定期进行有效环境管理的呼声，在全球范围内越发高涨和坚定。因而，对环境进行测试与监控的需求也就日益迫切和旺盛。作为污染物控制的重要检查和监测手段，环境检测行业逐步受到越来越多的重视。中国环境监测行业企业普遍规模小、企业管理水平不高、产品模仿程度较高；技术含量低、使用寿命短、市场占有率低等特点。还没有形成强大的驱动力来带动环境检测事业的发展。随着人民群众环保意识的不断增强。以及国家对环保重视程度的不断提高，社会对环境监测提出了新的更高要求，环境监测的任务日趋繁重。据不完全统计我国已经制定的各类国家环境标准有400余项，涵盖了大气、水质、土壤、噪声、辐射、固体废物、农药等领域。并且已经开展了环境质量监测、环境质量周报、日报、预报监测；污染源监测、污染事故应急监测、污染物总量控制监测、污染源解析监测。环境污染治理工程效果监测等，需监测的污染因子达上百种。这种点多、面广、任务繁重的环境监测形势，急切需要提高环境监测的自动化水平，减少人工作业量，提高环境监测实效。随着大规模集成电路制造技术的不断发展，推动了单片机技术的发展，为野外条件下进行实时环境监测提供了便利。单片机以其“个头小、功能强”为特征，具备微型计算机的功能，因而应用于环境监测仪中，可以减少环境监测仪的体积和质量，提高环境监测仪的自动化水平，增强环境监测的准确性。2.课题研究方法、技术2.1环境监测系统的简介我国对于环境监测控制技术的研究始于20世纪80年代，该技术主要局限于温度、CO2浓度和湿度等单因子环境因素的控制。在建设初期，我国环境监测技术现代化水平较低，温室环境控制系统一次性投资大，同时对操作人员的素质要求比较高，限制了环境监测控制技术的发展。如何解决环境控制过程中执行机构的频繁启动等问题成为研究的重点。从环境控制技术的发展状况看，在线环境控制系统经历了手动控制、自动控制和智能化控制3个发展阶段。环境监测控制系统的设计不仅要符合国家相关标准及规定，而且要充分了解不同传感器的工作原理及组合方式，从而选择合适的传感器及控制器。同时，环境监测控制系统需要优化传感器在环境的位置，提高所获得信息的准确性，更准确地反映环境的作物生长状况，提高环境监测系统的控制效果和减少调控所需的能源消耗。将多种控制算法交叉与融合的混合控制算法应用到现代环境监测智能控制中，探索新型环境监测系统和生物信息的获取方法，开展环境监测小气候模拟和实验研究，建立基于模型的环境监测系统控制目标计算机优化系统，为实现人类生活空间环境指标的智能控制、智能控制系统第2页硬件配置及结构优化提供了理论依据。2.2单片机选型方案比较在多数电子设计当中，基于性价比的考虑，8位单片机仍是首选。目前，8位单片机在国内外仍占有重要地位。在8位单片机中又以MCS-51系列单片机及其兼容机所占的份额最大。MCS-51的硬件结构决定了其指令系统不会发生变化，设计人员可以很容易的对不同公司的单片机产品进行选型，他们只需将重点放在芯片内部资源的比较上。方案一：采用AT89C51芯片作为硬件核心，采用FlashROM，内部具有4KBROM存储空间，能于3V的超低压工作，而且与MCS-51系列单片机完全兼容，但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二：采用AT89S52片内ROM，全都采用FlashROM；能以3V的超低压工作方案三：STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。方案一是多年前的产品，因自身设计缺陷，已经很少被人使用。方案二和方案三使用差别不大，但方案二需要专用下载线，方案三使用串口下载即可。因此选择方案三。2.3环境监测的总体设计本设计以STC89C52单片机为核心来对环境的温湿度、光照度、一氧化碳含量及紫外线强弱进行实时显示。各检测单元（传感器）能独立完成各自功能，同时能根据主控机的指令对温湿度、光照度、一氧化碳含量及紫外线强弱信息进行实时采集，并将采集来的信息通过液晶显示屏呈现给用户。系统框图如图2-1所示；图2-1环境监测系统框图接口电路显示看门狗复位电路各类传感器单片机A/D驱动第3页3.课题的背景、意义温湿度、光照度、一氧化碳含量、紫外线强弱和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工农业生产中最常见最基本的参数。例如农业上农作物的生长离不开对温湿度、一氧化碳含量、紫外线强弱，特别是光照度的检测与控制；石油、化工、机械、电子等各类工业中广泛需要对温湿度、一氧化碳含量、紫外线强弱的检测和控制。并且随着人们生活水平的提高，人们对自己生存的环境越来越关注，而空气中温湿度、光照度、一氧化碳的含量、紫外线强弱的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温湿度、光照度、一氧化碳含量及紫外线强弱的检测就非常有必要了。为此，本设计开发了一种能够同时测量多点，并实时性高、精度高，能够综合显示温湿度、光照度、一氧化碳含量、紫外线强弱信息的检测产品。4.结论随着世界各国经济的增长，自然界储存的资源，如煤、石油等各种矿藏被广泛地开发和利用。由于人口密集的大城市和工矿区的建立，使大量化学物质进入环境，超过了大自然的自净能力，在环境中不断积累，产生了危及人类生存的公害。为了寻求环境质量变化的原因，必须先从污染物的性质、来源、含量及其分布状态的分析开始。于是环境信息检测就成为环境科学的先驱，在环境分析中发挥了积极作用。为了生存并追求美好的生存环境，人类从环境调查着手，通过环境检测，积累大量的长期检测数据，查出污染的来源，摸清污染物在传输过程中的分布和变化的规律性；通过开展模拟研究，建立模式，对环境污染的趋势作出预测预报；通过准确地评价环境质量，并在此基础上提出或确定控制环境污染的对策。这样往复进行，逐步地改善环境。这一系列活动构成了环境科学的一个研究体系。环境检测是这个体系中的一个重要环节。在未来的各个领域里，环境信息检测系统设计会有很好的发展，比如动植物的生长对环境信息参数方面有较高的要求，这就需要对环境信息参数实时掌握。所以，设计一种实时显示环境信息参数的器件是未来的重要任务。本设计的硬件电路采用单片机可以提高系统的可靠性和稳定性，缩小系统的体积、调试和维护方便。通过STC89C52单片机作为控制核心，实现对温湿度的检测、光照度检测、一氧化碳含量检测、紫外线强弱检测。再通过单片机软件编程，对数据进行进一步的计算，再通过LCD1602显示出其检测值。第4页参考文献11刘润华，李震梅模拟电子技术基础M山东东营：中国石油大学出版社，201022黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计M北京航空航天大学出版社33李桂安.电子技术实验及课程设计M南京：东南大学出版社，200844陈振官.光电子电路及制作电路M.北京:国防工业出版社，200955康华光.电子技术基础（模拟部分）M北京：高等教育出版社，199966肖洪兵.跟我学用单片机M北京：北京航空航天大学出版社，200777薛文，华慧明.新编实用电子技术快速入门M福建科学技术出版社，200388陈涛,毛信伟.智能照明控制系统的工程应用J.智能电气,2004（11）:69-71.99王文升.智能照明控制与节能J.智能建筑与城市信息.2005,（4）:120-122.1010薛文，王丕兰.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，20011111万隆，巴奉丽.单片机原理及应用技术M北京：清华大学出版社，20101212