空氣質(zhì)量遠程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（論文）

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目：空氣質(zhì)量遠程監(jiān)測系統(tǒng) 系 別：電氣工程系 專 業(yè)：自動化 班 級： 學 號： 學生姓名： 指導老師： 年5月 空氣質(zhì)量遠程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 摘 要隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，有效促進我國電子科學等技術(shù)的高速發(fā)展，因此也帶動了相關(guān)監(jiān)測技術(shù)的不斷升級換代，隨著人們對環(huán)境的關(guān)注度越來越大，因此當前監(jiān)測技術(shù)相對落后無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)文化需求，因此需要加快空氣質(zhì)量遠程監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計，從而能夠?qū)崟r環(huán)境數(shù)據(jù)。本文以環(huán)境中溫度濕度、NO2、SO2 、PM2.5等氣體濃度粉采集，GPRS 無線傳輸，實時顯示并存儲為主要研究內(nèi)容。首先詳細分析了課題的研究背景及意義，詳細分了國內(nèi)外研究現(xiàn)

2、狀，針對空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)進行了整體方案的設(shè)計，詳細分析了監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理及無線傳輸方案選擇及傳輸原理，其次對控制質(zhì)量遠程監(jiān)測系統(tǒng)的硬件及軟件方案進行了設(shè)計，包含：傳感器的選擇、時鐘系統(tǒng)設(shè)計、擴展外部存儲器、GPRS無線傳輸模塊以及電源模塊等，軟件進行了系統(tǒng)初始化及數(shù)據(jù)采集和處理的流程設(shè)計。通過本文進行的空氣質(zhì)量遠程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，能夠良好的解決空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)周期長，難度大等問題，便于居民實時獲取環(huán)境各項參數(shù)數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量檢測；單片機；GPRS無線傳輸；遠程系統(tǒng)Air quality remote monitoring system ABSTRACTWith the rapid d

3、evelopment of economy in our country, effectively promote the rapid development of electronic science and technology in China, which led to the monitoring technology of continuously upgrading, as peoples increasing attention to the environment, the current monitoring technology is relatively backwar

4、d, therefore, cannot meet peoples growing material and cultural needs, so the need to speed up the air quality of the remote monitoring system design, which can real-time environmental data.This paper collects the gas concentration powder such as temperature humidity, NO2, SO2 and PM 2.5 in the envi

5、ronment, the GPRS wireless transmission, real-time display and storage is the main research content. First analyzed the research background and significance, points in detail the research status at home and abroad, for air quality monitoring system for the overall scheme design, analyzes the working

6、 principle of monitoring system and wireless transmission scheme selection and transmission principle of second to control the quality of the remote monitoring system hardware and software solutions for the design, include: the selection of sensors, the clock system design, expand the external stora

7、ge, GPRS wireless transmission module and power module, the software system initialization and process design of data acquisition and processing.Key words:Air quality testing; Single chip microcomputer; GPRS wireless transmission; The remote system目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc10072 摘 要 PAGEREF _

8、Toc10072 1 HYPERLINK l _Toc20351 ABSTRACT PAGEREF _Toc20351 2 HYPERLINK l _Toc5880 1. 緒論 PAGEREF _Toc5880 4 HYPERLINK l _Toc3826 1.1 論文的研究背景及意義 PAGEREF _Toc3826 4 HYPERLINK l _Toc20802 1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc20802 4 HYPERLINK l _Toc2892 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc2892 4 HYPERLINK l _Toc6957 1.2.2

9、 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc6957 4 HYPERLINK l _Toc11968 PAGEREF _Toc11968 6 HYPERLINK l _Toc29392 2.1 監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理和組成 PAGEREF _Toc29392 6 HYPERLINK l _Toc4339 2.2 GPRS網(wǎng)絡(luò)的基本工作原理與組網(wǎng) PAGEREF _Toc4339 6 HYPERLINK l _Toc898 2.2.1 GPRS工作的基本原理 PAGEREF _Toc898 7 HYPERLINK l _Toc24858 2.2.2 GPRS組網(wǎng)方案的選擇 PAGEREF _Toc248

10、58 7 HYPERLINK l _Toc5111 PAGEREF _Toc5111 9 HYPERLINK l _Toc5668 3.1 硬件的總體設(shè)計 PAGEREF _Toc5668 9 HYPERLINK l _Toc1600 3.2 傳感器的選用以及其調(diào)理電路 PAGEREF _Toc1600 9 HYPERLINK l _Toc15672 3.2.1 溫濕度 PAGEREF _Toc15672 9 HYPERLINK l _Toc218 3.2.2 氣體傳感器 PAGEREF _Toc218 10 HYPERLINK l _Toc16648 PAGEREF _Toc16648 11

11、 HYPERLINK l _Toc20786 3.3 時鐘系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc20786 12 HYPERLINK l _Toc6341 3.4 擴展外部存儲器 PAGEREF _Toc6341 12 HYPERLINK l _Toc23367 3.5 GPRS模塊的設(shè)計 PAGEREF _Toc23367 13 HYPERLINK l _Toc958 3.6 電源模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc958 15 HYPERLINK l _Toc18255 PAGEREF _Toc18255 17 HYPERLINK l _Toc24304 4.1 數(shù)據(jù)采集與處理程序設(shè)計 PAGE

12、REF _Toc24304 17 HYPERLINK l _Toc25989 4.2 硬件系統(tǒng)的初始化 PAGEREF _Toc25989 18 HYPERLINK l _Toc19467 4.3 數(shù)據(jù)采集采集與處理 PAGEREF _Toc19467 19 HYPERLINK l _Toc16792 PAGEREF _Toc16792 22 HYPERLINK l _Toc24000 參考文獻 PAGEREF _Toc24000 23 HYPERLINK l _Toc27213 致 謝 PAGEREF _Toc27213 26 HYPERLINK l _Toc23373 附錄一 檢測主程序程

13、序 PAGEREF _Toc23373 26緒論1.1 論文的研究背景及意義近些年來，我國環(huán)境持續(xù)惡化，各地均不斷陷入霧霾嚴重污染的環(huán)境，由于霧或霾對人體具有較大的危害，因此當上述危害天氣出現(xiàn)后，對我國的各個交通體系具有嚴重影響，導致公路、鐵路、供電系統(tǒng)及其他交通運輸領(lǐng)域出現(xiàn)造成重要影響，此外還會惡化整個生態(tài)環(huán)境。因此為了能夠良好保護自然資源，因此長期以來國家非常重視企業(yè)的節(jié)能減排等工作，相繼出臺多種保護措施，保護環(huán)境。我國在環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域儀器水平還不搞，因此當前針對環(huán)境的監(jiān)測大多采用的人工采集及計算機分析的方式，為了能夠有效提高環(huán)境監(jiān)測效率，因此國家大力支持相關(guān)行業(yè)科技水平，不斷提高監(jiān)測系統(tǒng)

14、的智能化、無線化、網(wǎng)絡(luò)化等發(fā)展方向。因此為了提高空氣質(zhì)量遠程監(jiān)測系統(tǒng)，因此本文采用基于GPRS技術(shù)的環(huán)境溫濕度、二氧化碳、二氧化硫等參數(shù)的實時監(jiān)測系統(tǒng)，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)接入的方式，從而有效的實現(xiàn)與遠程計算機通信系統(tǒng)，從而完成各項數(shù)據(jù)的傳輸，達到試試監(jiān)測環(huán)境變化的目的。1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢1.2.1 國外研究現(xiàn)狀當前國外發(fā)達國家率先開展了環(huán)境監(jiān)測等系統(tǒng)的研發(fā)工作，如今已經(jīng)取得了非常顯著的研究成果，其中很多技術(shù)應(yīng)用到實際當中，而且大批具有科研成果和技術(shù)專利，為環(huán)境監(jiān)測提供有力的技術(shù)支持，如美國從上世紀70年代就已經(jīng)開展空氣質(zhì)量遠程監(jiān)測系統(tǒng)額眼睛工作，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)建立了較為完善

15、的質(zhì)量監(jiān)測體系，涉及的國家各個地區(qū)十分全面，而且還采用了一套完備的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制(QA/QC)體系，保障各項采集數(shù)據(jù)的有效性、完成采集和傳輸?shù)裙ぷ鳎瑥亩沟帽O(jiān)測數(shù)據(jù)具有良好的可靠性和準確性。盡管國外起步很早，也建立了相對較為完善的空氣遠程監(jiān)測體系，但是可以看到，國外的很多監(jiān)測體系仍然存在很多的問題，如許多監(jiān)測站點設(shè)置的不合理，而且西方很多國家建立的體系沒有實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，因此無法有效的實現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)共享機制，此外還有各個國家質(zhì)檢的聯(lián)網(wǎng)聯(lián)調(diào)的不足，隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，特別是無線通信技術(shù)的快速提升，當前已經(jīng)能夠很好的處理監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)、空氣質(zhì)量預(yù)測分析、動態(tài)化顯示等功能，但仍然存在很大的發(fā)展空間

16、。1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國近些年隨著對空氣質(zhì)量的重視，因此不斷加快空氣質(zhì)量遠程環(huán)境監(jiān)測體系，盡管我國起步較晚，技術(shù)相對較為落后，而且是以城市為基礎(chǔ)建立起來的監(jiān)測體系，因此當前我國重點的監(jiān)測數(shù)據(jù)有空氣的溫濕度變化、二氧化硫、二氧化碳、。從2000年開始，為了加大空氣質(zhì)量的監(jiān)測和整治力度，國家加大對相關(guān)領(lǐng)域科技研發(fā)的力度，截止到2006年底，我國各大城市相繼建立了有效且完整的空氣質(zhì)量遠程監(jiān)測體系，且已經(jīng)能夠很好的實現(xiàn)各個省區(qū)與重點城市之間的站點聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享等功能，盡管我國已經(jīng)建立了很多的空氣監(jiān)測站，由于技術(shù)相對較為落后以及意識薄弱等環(huán)節(jié)，因此需要進一步提升科技水平和人員素質(zhì)。 2.空氣質(zhì)量監(jiān)測

17、系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1 監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理和組成本文設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)主要包含如下幾個模塊：溫濕度傳感器模塊、氣體傳感器模塊、空氣顆粒物傳感器模塊等，其中使用的硬件設(shè)備有單片機其型號為MSP430F149、無線輸出傳輸和接收的GPRS模塊、和以及控制硬件設(shè)備的軟件 labVIEW軟件模塊的那個組成單元構(gòu)成，首先單片機需要采集傳感器發(fā)出的一系列電壓信號，然后將其進行相關(guān)的數(shù)模轉(zhuǎn)換，從而得到有關(guān)空氣氣量濃度值。然后將相對應(yīng)的數(shù)據(jù)打包成為要求的二進制數(shù)碼，一般用ASCII然后將對應(yīng)的數(shù)據(jù)通過GPRS模塊完成數(shù)據(jù)的傳輸，經(jīng)過無線傳輸模塊后相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至上位機監(jiān)測中心，經(jīng)過計算機的處理和分析、運算和顯示，從而

18、實現(xiàn)空氣質(zhì)量遠程監(jiān)測功能，由于采用的軟件通過軟件的編程語言實現(xiàn)，提供LabVIEW因此需要提軟件的運行環(huán)境，從而得到有關(guān)污染氣體的濃度值，當超出要求數(shù)值情況下，需要發(fā)出相關(guān)的報警信號。本文采用的無線遠程監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如3.1所示：圖2.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖根據(jù)圖2.1所示的結(jié)構(gòu)原理圖可以清晰看到系統(tǒng)的流程圖如下：首先在檢測現(xiàn)場出安裝相關(guān)的監(jiān)測終端設(shè)備，通過設(shè)立的各個傳感器獲取各項采集數(shù)據(jù)，然后將獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過簡單的運算處理，經(jīng)過GPRS無線傳輸模塊上傳至上位機的監(jiān)測中心處。其中監(jiān)測終端主要實現(xiàn)兩部分功能：1、數(shù)據(jù)的采集工作，可有效的采集現(xiàn)場的各個數(shù)據(jù)信息，2、設(shè)置無線通信GPRS模塊。本

19、文設(shè)計的無線傳輸模塊采用為GPRS網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)各個數(shù)據(jù)的傳輸。2.2 GPRS網(wǎng)絡(luò)的基本工作原理與組網(wǎng)2.2.1 GPRS工作的基本原理GPRS是當前發(fā)展十分成熟的網(wǎng)絡(luò)通信模式，該通信方式在GSM基礎(chǔ)上增加了部分硬件設(shè)備此外還針對傳輸過程中使用的軟件進行了必要的升級，當前可以構(gòu)成一個新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實體，從而能夠更好的提供端到端以及其他的無線IP傳輸功能。采用GPRS網(wǎng)絡(luò)方式不僅具有良好的GSM實現(xiàn)的所有功能，而且還增加了很多能夠進行分組數(shù)據(jù)單元提供無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。由于使用GPRS網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的每個用戶相互之間均相互獨立，主要原因在于采用的GPRS無線網(wǎng)絡(luò)采取的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同，采用IP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方式，能

20、夠為每一個用戶分配獨立的IP地址，從而實現(xiàn)了移動用戶到網(wǎng)絡(luò)端到端的各項數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用，當前使用的GPRS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。圖2.2 GPRS 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1)PCU：表示的為分組數(shù)據(jù)處理與控制單元，通過上述模塊能夠很好的在BSC與SGSN之間建立良好的基于幀中繼的Gb接口，主要完成的功能是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和分離電路功能，由于可以將PCU插入到BSC單元模塊中，因此該模塊可以獨立工作。2)SGSN：表示的為GPRS服務(wù)的支持結(jié)點，能夠清晰的記錄移動臺的當前位置發(fā)生變化的各項數(shù)據(jù)，此外還能夠完成在移動臺與GGSN之間移動分組數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等功能，該模塊與MSC處于同等水平，此外還能夠良好的跟蹤

21、MS的存儲單元，從而更好的實現(xiàn)接入控制和安全管理等功能，并通過幀中繼將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)交窘邮漳K中。3)GGSN：表示的為GPRS網(wǎng)關(guān)的支持結(jié)點，該模塊時連接GSM網(wǎng)絡(luò)與外部交換系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)，主要實現(xiàn)的功能能夠良好的支持與外部分組交換數(shù)據(jù)的互通和傳輸，此外還可完成基于IP的GPRS骨干網(wǎng)和SGSN連通功能。2.2.2 GPRS組網(wǎng)方案的選擇本文采用GPRS無線終端要能夠滿足TCP/IP相關(guān)的協(xié)議標準，因此使得該方法與其他的傳輸模塊存在一定的區(qū)別，在監(jiān)測中心處，往往要求設(shè)置一臺能夠連接網(wǎng)絡(luò)的PC機，從而更好的實現(xiàn)PC機與GPRS模塊進行數(shù)據(jù)通信等功能，此外還要結(jié)合不同的需求，從而制定恰當?shù)慕M網(wǎng)方案

22、，如圖2.3所示是當前應(yīng)用較為廣泛的GPRS通信組網(wǎng)模式。圖2.3 GPRS通信組網(wǎng)模式3.空氣質(zhì)量檢測終端硬件設(shè)計設(shè)置檢測終端主要完成的目標是采集空氣質(zhì)量等相關(guān)數(shù)據(jù)，采集完畢后經(jīng)過一定的處理后通過無線GPRS模塊上傳至監(jiān)測中心，每隔一定時間監(jiān)測中心都進行數(shù)據(jù)的更新。該系統(tǒng)主要包含五個模塊：傳感器的選用、時鐘模塊、擴展外部存儲器、GPRS模塊、電源供電模塊。 硬件的總體設(shè)計圖3.1 檢測終端的原理圖如圖3.1所示為檢測終端的原理圖，采用的單片機MSP430F149的兩個USART串口一個與無線傳輸模塊連接在一起，另外一個作為系統(tǒng)的擴展串口，其中根據(jù)設(shè)計要求，還設(shè)定了PM2.5 、傳感器，溫濕度

23、傳感器以及氣體濃度采集傳感器；為了保障數(shù)據(jù)存儲，因此可以擴展外存儲，保障時鐘系統(tǒng)具有良好的實時性。3.2 傳感器的選用以及其調(diào)理電路本文設(shè)計的采集系統(tǒng)很多傳感器均設(shè)置在外部，能夠有效的采集現(xiàn)場空氣質(zhì)量，主要包含溫濕度傳感器，氣壓傳感器，氣體傳感器（NO2，CO2，SO2）。為了能夠節(jié)約單片機的外部接口，因此選擇的各個傳感器滿足系統(tǒng)實時性的要求，因此采用二線接口數(shù)字式傳感器，由于輸出的為數(shù)字量，因此無需經(jīng)過模擬量的數(shù)字化，從而簡化系統(tǒng)運行復(fù)雜性。3.2.1 溫濕度傳統(tǒng)的溫濕度測量比較麻煩，工作量巨大，往往將相關(guān)電路設(shè)置在調(diào)理電路上，經(jīng)過復(fù)雜運算過程，因此使得輸出的數(shù)據(jù)精度較低，此外傳統(tǒng)的電路也無

24、法保證各個器件的穩(wěn)定性、安全性、可靠性、非線性等獲得均衡，因此給系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計帶來很多不便。因此本文采用型號SHT11的新式的數(shù)字式傳感器，有瑞士Sensit-ion公司生產(chǎn)，該產(chǎn)品最大的特點在于采用傳感器技術(shù)與CMOSens技術(shù)有機結(jié)合在一起。圖3.2 SHT11外形及其管腳示意圖3.2.2 氣體傳感器本系統(tǒng)設(shè)計的氣體傳感器采用的為TGS-2系列電阻式傳感器以及MEMBRAPCR公司的SO2氣體傳感器組成本系統(tǒng)的氣體傳感器檢測，其中采用SO2/MA20用來檢測空氣中SO2以及其他氣體的濃度的變化，具有價格低、使用年限長等優(yōu)點，其中采用的傳感器當處理不同濃度氣體是易引發(fā)敏感電阻值的變化，此時

25、信號調(diào)理部分能夠直接完成后續(xù)數(shù)據(jù)的處理，因此往往選擇簡單且具有較小的噪聲的電路，根據(jù)傳感器電阻的變化能夠真實的反映出輸出信號的變化，此外設(shè)置的信號調(diào)理電路在一定范圍要求內(nèi)能夠準確的獲取阻值的變化。當前調(diào)理方法使用較多的有分壓法、比較法，由于分壓電路簡單，動態(tài)調(diào)節(jié)范圍廣，因此獲得了廣泛應(yīng)用。如圖3.3為傳感器基本測量電路，其所用的信號為分壓電路。輸入部分共包含兩個輸入電壓，其中VH加熱電壓用于敏感因子處于對象氣體相適應(yīng)的特定溫度而施加在集成的加熱器上；VC用于測定傳感器串聯(lián)負載RL的兩端電壓；傳感器電阻Rs與負載電阻RL串聯(lián)；RH為加熱器電阻，通過采樣輸出采樣電壓Vout。根據(jù)計算得到的傳感器電

26、阻值Rs，可以計算得出有關(guān)檢測氣體的濃度數(shù)值。圖 傳感器基本測量電路 (3.1)根據(jù)式3.1所示，可以看到，氣體傳感器的電阻阻值的大小與檢測氣體濃度。 (3.2)式3.2中，常量用A表示，測量氣體傳感器電阻為，所測氣體的濃度為C，其中為傳感器的輸出電阻曲線的指數(shù)變數(shù)指數(shù)，其數(shù)值表示所測氣體濃度變化的敏感程度，其中與測量氣體的類型、測量環(huán)境的溫濕度、傳感器器件等因素決定。霧霾的監(jiān)測采用設(shè)備韓國SYHITECH的專利產(chǎn)品DSM501，上述產(chǎn)品采用的計數(shù)原理為粒子計數(shù)，從而完成空氣中的顆粒物計數(shù)，此外在內(nèi)部還設(shè)置加熱器可自動吸入空氣。輸出采用的PWM脈寬調(diào)制，通過設(shè)置的可調(diào)電阻可以檢測灰塵的大小，因

27、此能夠準確的測量出PM2.5的含量，輸入電路為5V，便于信號處理，如圖3.4為DSM501原理圖。圖3.4 DSM501原理圖DSM501的3，5 腳分別為Vcc(+5V)、GND，輸出腳Vout2為普通輸出腳，有圖3.4可以看出，DSM501 、只有五個引腳，引腳數(shù)非常少，故與MSP340F149單片機的連接的電路就非常簡單，DSM501的3引腳為電源引腳，接+5V 電壓，5引腳為接地引腳,根據(jù)要檢測空氣中顆粒物直徑的不同要以，來選用Vout1或 Vout2輸出，連接在MSP340F149的CPP1模塊的RC2引腳，利用定時器 TMR1 當下降沿來臨時多輸出 PMW 波形低脈沖時間進行計數(shù)。

28、3.3 時鐘系統(tǒng)設(shè)計時鐘電路設(shè)計部分采用的芯片為DS1302型號，根據(jù)系統(tǒng)運行要求，可選擇絕對時鐘和相對時鐘兩種計算設(shè)計方法。 3.3.1、DS1302芯片概述DS1302是由DALLAS公司推出的芯片，其主要特點為能夠涓流充電，內(nèi)部富含一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，進行數(shù)據(jù)傳輸十分方便，通過簡單的串行接口即可完成與單片機89C52數(shù)據(jù)的交換和通信。各個管腳的功能：RST表示復(fù)位腳功能；I/O表示數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳功能；SCLK表示串行時鐘功能；X1，X2表示功能；Vcc1表示電池供電管腳1功能；Vcc2表示電源供電管腳2功能；GND表示接地功能。圖 1302時鐘電路圖3.4 擴展外

29、部存儲器考慮到采用無線通信網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性，在數(shù)據(jù)傳輸過程中容易發(fā)生丟包活堵塞等情況，因此次數(shù)采集獲取的數(shù)據(jù)無法順利的傳輸?shù)奖O(jiān)測中心。此時需要將采集的數(shù)據(jù)先保存一段時間，待通信線路恢復(fù)正常狀態(tài)下，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，選用I2C總線E2PPROM。本文采用的AT24C64正是這種類型的串行的芯片，具有較低的功耗，工作和靜態(tài)電流均較小，因此便于攜帶，其封裝圖如3.5所示。NCNC圖3.6 AT24C64 的引腳圖3.5 GPRS模塊的設(shè)計下面詳細分析通信模塊電力的設(shè)計過程，本文采用的無線傳輸數(shù)據(jù)模塊包含GPRS模塊以及與單片機接口電路、SIM卡接口電路以及GPRS工作狀態(tài)指示電力等模塊，首先由傳感器采

30、集的各個數(shù)據(jù)輸入到單片機接口中，經(jīng)過簡單的處理操作后按照串行接口電路發(fā)送SIM300C中，其中設(shè)置SIM300C主要完成的是對獲取數(shù)據(jù)的檢驗以及完成命令進行TCP/IP打包封裝，由于GPRS采用的為無線發(fā)射方式，因此可以通過無線網(wǎng)絡(luò)即可將采集并處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測中心，其中SIM300C具有三波段的GSM或者GPRS可選用模塊，在全球范圍內(nèi)都能夠良好、穩(wěn)定的工作，此外上述模塊還能夠為GPRS提供多信道類型的能力，具有多種編碼方案，分別為CS-1，CS-2，CS-3和CS-4的四種。此外在模塊內(nèi)部還集成了TCP/IP協(xié)議棧，根據(jù)要求可完成各項拓展功能，因此采用上述模塊非常簡單、快捷、方便。本文

31、采用的單片機與SIM300C GPRS模塊通過RS232串口的方式連接到一起，由于電平存在差異，因此應(yīng)用時需要完成電平轉(zhuǎn)換功能，本文采用的轉(zhuǎn)換芯片為MAX3221，如圖3.5所示的電路圖，可以清晰的而看到，GPRS模塊通過中間轉(zhuǎn)換的方式完成了與單片機之間數(shù)據(jù)的通信，圖3.6為SIM300C 的電路連接圖。圖 RS232 串口電平轉(zhuǎn)換電路圖 SIM300C 的電路連接圖圖3.7所示，發(fā)光二極管D-STATE與SIM300C的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示引腳相連接，能夠?qū)崟r顯示出GPRS模塊的工作狀態(tài)，其中SIM300C的PWRKEY引腳與單片機MSP430F149的I/O端口P4.7相連，由MSP430F149

32、來控制其啟動和關(guān)閉。3.6 電源模塊設(shè)計（1）芯片介紹當前應(yīng)用到電力電子元器件中的重要大暖主要有三端穩(wěn)壓集成電路。該型號的元器件包含兩種型號輸出，1、正向電壓，2、負向電壓。其中涉及的三端IC主要指的是穩(wěn)壓集成電路的三條引腳輸出，包含接地端、輸入端及輸出端三個組成單元。當前廣泛應(yīng)用的主要為78/79系列三端穩(wěn)壓IC構(gòu)成的穩(wěn)壓電源電路部分，該電路結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)成元器件較少，其內(nèi)部設(shè)置了諸多保護電路環(huán)節(jié)，其中78/79數(shù)字分別代表的是三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓的數(shù)值，取值06代表的為輸出正6V的電壓，09代表輸出為正9V的輸出電壓，實際應(yīng)用中，為了能夠保證元器件的穩(wěn)定運行，通常在三端集成穩(wěn)壓電路裝設(shè)

33、足夠大的散熱器，當溫度過高時，將對穩(wěn)壓性能產(chǎn)生嚴重影響。（2）電路原理圖本文設(shè)計的電源部分采用的是78系列電源電路芯片，可以分別產(chǎn)生+5V、+15V兩路電源，下面通過圖2.7所示進行分析介紹，IC芯片采用的是集成穩(wěn)壓器部分型號分別為7805和7815，濾波電容的輸入輸出端口分別用C2、C3、C5、C6表示，在D1口出分別串接穩(wěn)壓二級管，地點將設(shè)置在7805穩(wěn)壓器2腳與地之間的位置，主要完成功能是保障輸出電壓U能夠得到明顯提升，其中U表示的是7805穩(wěn)壓器與穩(wěn)壓二極管D1數(shù)值的和。保護二級管電路采用的為D2保護電路，當輸出小于D1穩(wěn)壓值時，將促進D2發(fā)生導通，因此電流將通過旁路支路流出。 圖3.

34、11 78系列的電源電路 圖 系統(tǒng)總體供電電路 4.軟件的總體分析根據(jù)硬件系統(tǒng)設(shè)計要求，因此還需設(shè)置軟件系統(tǒng)，并結(jié)合模塊化設(shè)計的思想及要求，從而設(shè)計了系統(tǒng)軟件的總體框架圖，包含數(shù)據(jù)采集、硬件系統(tǒng)初始化。圖4.1 總體框架圖4.1 數(shù)據(jù)采集與處理程序設(shè)計設(shè)置檢測的終端主要完成的是空氣質(zhì)量遠程監(jiān)測系統(tǒng)，需要將現(xiàn)場擦劑的數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測中心，采集到的空氣質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取主要是通過設(shè)置的各個傳感器有效的捕捉空氣中存在的敏感因子。從而使得傳感器發(fā)生一定的變化，然后將獲得的采集數(shù)據(jù)通過GPRS模塊將其打包成IP數(shù)據(jù)包，通過無線傳輸?shù)姆绞綇亩鴮崿F(xiàn)與上位機的連接，最后完成整個數(shù)據(jù)的傳輸，在監(jiān)測終端還要設(shè)置能夠

35、接收終端監(jiān)測中心的各個相關(guān)控制指令，從而有效更新數(shù)據(jù)發(fā)生的變化。其中空氣質(zhì)量遠程監(jiān)測系統(tǒng)主要的工作流程有：先進行數(shù)據(jù)初始化、數(shù)據(jù)的采集工作、輸出的傳輸，等待下一次采集任務(wù)，其流程圖如4.2所示。圖 檢測終端軟件設(shè)計流程圖4.2 硬件系統(tǒng)的初始化每次進項相關(guān)操作前，都需要對硬件系統(tǒng)進行初始化操作，由于采用的單片機型號為MSP430F149，設(shè)計的端口大多為復(fù)用端口，因此在設(shè)計是要嚴格區(qū)分，此外在進行無線傳輸工程中，還需要采用USARAT串行端口連接GPRS模塊傳輸數(shù)，然后對所采用的氣體傳感器模塊數(shù)據(jù)進行采集的I/O端口進行設(shè)置，本文可以采用單片機自身所帶的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，對相關(guān)的參考電壓數(shù)值、采樣

36、頻率數(shù)值以及端口轉(zhuǎn)換方式等數(shù)值進行設(shè)定，此外還要對脈沖端口進行設(shè)置以及對存儲器進行初始化，當采用GPRS模塊上電后，能夠自動檢測SIM卡自動連接當前的無線通信網(wǎng)絡(luò)。檢測終端初始化部分程序如下所示：void InitSys()unsigned int iq0;BCSCTL1 &= XT2OFF;do IFG1 &= OFIFG;for (iq0=0 xFF; iq00; iq0-);while (IFG1 & OFIFG) != 0);BCSCTL2=SELM_2; /選擇 MCLK 為 XT2UartInit(); /初始化 USART0LED_DIR |= LED_IO;TimerBInit

37、(); /定時器 B 初始化SetTime(TimeZhi); /設(shè)置定時時間GotimeDfB(100); /打開定時器InitBhTimerA(); /初始化定時器 AGoBhTimerA(100); /打開捕獲功能InitIIC(); /初始化 IIC 總線端口Adc12Init(); /初始化 AD 轉(zhuǎn)換模塊EINT();4.3 數(shù)據(jù)采集采集與處理 在采集的數(shù)據(jù)信息中，包含PM2.5的含量，二氧化硫、二氧化碳以及其他顆粒物的含量，本文采用的傳感器型號為DSM501，該傳感器測量的周期時間設(shè)定為數(shù)據(jù)采集的中斷程序流程圖和氣體濃度ADC轉(zhuǎn)換流程圖。圖 數(shù)據(jù)采集的中斷程序流程圖4.4 氣體濃

38、度ADC轉(zhuǎn)換流程圖5.總結(jié) 近些年來，我國環(huán)境持續(xù)惡化，各地均不斷陷入霧霾嚴重污染的環(huán)境，為了提高空氣質(zhì)量遠程監(jiān)測系統(tǒng)，因此本文采用基于GPRS技術(shù)的環(huán)境溫濕度、二氧化碳、二氧化硫等參數(shù)的實時監(jiān)測系統(tǒng)，本文主要進行了如下研究。首先詳細分析了課題的研究背景及意義，詳細分了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，針對空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)進行了整體方案的設(shè)計，詳細分析了監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理及無線傳輸方案選擇及傳輸原理，其次對控制質(zhì)量遠程監(jiān)測系統(tǒng)的硬件及軟件方案進行了設(shè)計，包含：傳感器的選擇、時鐘系統(tǒng)設(shè)計、擴展外部存儲器、GPRS無線傳輸模塊以及電源模塊等，軟件進行了系統(tǒng)初始化及數(shù)據(jù)采集和處理的流程設(shè)計。 通過本文進行的空氣質(zhì)量遠

39、程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，能夠良好的解決空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)周期長，難度大等問題，便于居民實時獲取環(huán)境各項參數(shù)數(shù)據(jù)。致謝畢業(yè)論文暫告收尾，這也意味著我的大學生活既將結(jié)束。回首既往，自己一生最寶貴的時光能于這樣的校園之中，能在眾多學富五車、才華橫溢的老師們的熏陶下度過，實是榮幸之極。在這四年的時間里，我在學習上和思想上都受益非淺。這除了自身努力外，與各位老師、同學和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵是分不開的。老師的諄諄誘導、同學的相互討論及家長的支持鼓勵，是我堅持完成論文的強大動力。在此，我要特別感謝我的導師老師。從論文的選題、文獻的采集、框架的設(shè)計、結(jié)構(gòu)的布局到最終的論文定稿，從內(nèi)容到格式，從標題到標點，他都費盡

40、心血。沒有老師的辛勤栽培、孜孜教誨，就沒有我論文的順利完成。感謝各位同學，與他們的交流使我受益頗多。感謝大家對我的理解、支持、鼓勵和幫助，正是因為有了他們，我所做的一切才更有意義；也正是因為有了他們，我才有了追求進步的勇氣和信心。時間的倉促及自身專業(yè)水平的不足，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點和錯誤。懇請閱讀此篇論文的老師、同學，多予指正，不勝感激！參考文獻2文志成.GPRS 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)M.北京:電子工業(yè)出版社，20053倉彬彬.基于 LabVIEW 的氣象監(jiān)測系統(tǒng)D.南京信息工程大學,20114侯國平，王坤，葉齊鑫. LabVIEW7.1 編程與虛擬儀器設(shè)計M.北京:清華大學出版社，5王磊，陶梅

41、.精通 LabVIEW8.0M.北京:電子工業(yè)出版社，20076楊樂平，李海濤，楊磊. LabVIEW 程序設(shè)計及應(yīng)用(第 2 版)M.北京:電子工業(yè)出版社，20057郁波.自動氣象站數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計D.南京信息工程大學,20088孫澤文.基于 LabVIEW 軟件的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)設(shè)計J.電工電氣,2010.No. l9師寶山，張貴州.氣體傳感器在多參數(shù)氣體檢測儀中的應(yīng)用J.儀表技術(shù)與傳感器，2007, 6:23-2510張艷麗，楊仁弟.數(shù)字溫濕度傳感器 SHT11 及其應(yīng)用J.工礦自動化，2007,(3):113-11411師寶山.基于 AT89S51 的多參數(shù)氣體檢測儀的研制J.微計算

42、機信,2007,23,(7-1)附錄一 檢測主程序程序#include /調(diào)用外函數(shù)/#include #include #include #include #include #include /*初始化CPU*/void init_cpu() /初始化cPu EA=1;TR0=1;TR1=1;TMOD=0 x11;TH1=0 x3c;TL1=0 xb0;/*void time1(void) interrupt 3 using 1 TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256; keyval=P1; * /初始化CPU結(jié)束/void main_menu

43、_initial() /LCD主菜單初始化./main1_menu0.menu_count=4; /有4個菜單項./main1_menu0.display=measurearray; /定義一個”開始測量“數(shù)組/main1_menu0.subs=NULL; main1_menu0.children_menus=measure_menu;/當前菜單子菜單的指針main1_menu0.parent_menus=NULL; /還有“數(shù)據(jù)存儲”、“時間設(shè)置”/void measure_menu_initial() /“開始測量”菜單設(shè)置/ measure_menu0.menu_count=2; mea

44、sure_menu0.display=qr; /開始測量函數(shù), 確認. measure_menu0.subs=start_measure_function; /開始測量函數(shù) measure_menu0.children_menus=NULL; measure_menu0.parent_menus=main1_menu; measure_menu1.menu_count=2; measure_menu1.display=qx; /開始測量函數(shù), 取消. measure_menu1.subs=NULL; measure_menu1.children_menus=NULL; measure_menu

45、1.parent_menus=main1_menu; /還有void store_menu_initial()、void time_menu_initial()/void led_menu_pro() max_item=menu_led-menu_count;switch(keyval)case 0: break;case 1: /向上鍵.if(user_choosen=0)user_choosen=max_item;shuaxin=1;user_choosen-;break; /“向上”“向下”“確認”“取消”鍵/if(shuaxin)/是否需要刷新LCD標志位. Clr_Scr(); sh

46、uaxin=0;led_menu_show();v oid led_menu_show()uchar n;max_item=menu_led-menu_count;if (max_item=4) /菜單項為3則表示為主菜單.for(n=0;n4;n+) draw_bmp(n*2,20,96,0,menu_ledn.display);select_item(user_choosen); /標記出當前菜單項.elseswitch(temp_choosen) case 0:draw_bmp(0,20,96,0,measurearray); /“開始測量”數(shù)組/break; default:break

47、;for(n=0;nmax_item;n+)draw_bmp(n+1)*2,20,32,0,menu_ledn.display);select_item(user_choosen+1); void select_item(uchar n)draw_bmp(n*2,2,16,0,curflag); void start_measure_function(void) /開始測量函數(shù)/main_Menu();/*-主函數(shù)-*/main() init_cpu(); Init_Clock(); init_lcd(); Disp_Img(FirstPage);delay(2000); /延時/ClockM

48、sg(); Refresh(); delay(2500); Clr_Scr(); main_Menu(); Clr_Scr(); main_menu_initial(); measure_menu_initial(); store_menu_initial(); time_menu_initial(); communication_menu_initial(); while(1) keyval=get_key(); /讀鍵.led_menu_pro(); / 適當延時防止因為不斷查忙而耗費大量CUP資源 /主機程序sbit RS=P20; /寫信號sbit RWW=P21; /寫信號sbit

49、E=P22; /使能信號#define e1 E=1 #define rs1 RS=1 #define e0 E=0 #define rs0 RS=0 #define PP P0 / 延時函數(shù)msvoid _delay_ms(uint t) uint i,j; for(i=0;it;i+) for(j=0;j0)t-;/寫1602控制字void lcd1602_writecrtl(uchar dat) rs0;/寫信號置0 _delay_us(5); PP=dat; e1;/使能信號置1 _delay_us(5); e0;/使能信號置0/寫1602數(shù)據(jù)void lcd1602_writenum

50、ber(uchar dat) rs1;/寫信號置1 _delay_us(5); PP=dat; e1;/使能信號置1 _delay_us(5); e0;/使能信號置0/1602初始化void lcd1602_init() RWW=0; lcd1602_writecrtl(0 x38); /顯示模式 lcd1602_writecrtl(0 x06); /顯示光標移動位置 lcd1602_writecrtl(0 x0c); /顯示開及光標設(shè)置 lcd1602_writecrtl(0 x01); /顯示清屏/顯示地址void lcd1602_adr(uchar dat) lcd1602_writec

51、rtl(0 x80 | dat);/行顯示-void LCD1602_string(uchar hang,uchar lie,uchar const *p)uchar a;if(hang = 1) a = 0 x00;if(hang = 2) a = 0 x40;a = a + lie - 1;lcd1602_adr(a);while(1)if(*p = 0) break;lcd1602_writenumber(*p);p+; 從機程序sbit CS= P12;sbit Clk= P10;sbit DATI=P11;sbit DATO= P11;uint dat = 0 x00; /AD值/AD轉(zhuǎn)換子程序uint adc0832A(unsigned char CH) uchar i,test,adval; adval = 0 x00; test = 0 x00; /初始化 Clk = 0; DATI = 1; _nop_(); _nop_(); CS = 0; _nop_(); Clk