環境監測設計方案
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環境監測設計方案范文第1篇
關鍵詞：防衛安全；建筑外環境；油田小區
1油田小區建筑外環境防衛安全方面存在的問題
隨著我國城鎮化建設的不斷發展，油田小區的安全問題越來越成為小區業主關注的焦點。當前我國城市外來務工人員逐年上升，貧富差異懸殊、經濟關系復雜，酒后滋事、腐化墮落的問題日前突出，給財富監督工作帶來的巨大的挑戰。因此，油田小區防衛機構需要結合起用各種手段，通過科學合理的防衛安全設計來為小區業主營造一個安全的生活環境。
2改善油田小區建筑外環境安全狀況的有關策略
2.1強化領域氛圍的營造
對于油田小區來說，領域氛圍營造工作重點在于建筑物、土地以及使用者綜合采取各種措施，對建筑物以及土地進行科學、合理的控制，在此基礎上營造出適合業主生存的空間意向。人與其他動物都存在一種領域性思維，尤其是對于人類來說，普遍希望有一個固定不變的自主活動區域，使人類日常生活各方面的生活需求得到滿足。因此，對于人類社會來說，則需要有專門人員對群體的生活空間進行有針對性的改造與控制，這是人類幾千年來的社會習慣，以是當前我國普遍的一種社會現象。建筑外環境設計則需要對小區環境進行有效的控制與改造，將小區的防衛性質人格化，使小區居民在日常生活中對小區環境有體現出一種歸屬感，使小區居民的領地意識得到釋放與寄托。同時，也能夠加強社會居民在日常生活中的安全防衛意識，從個體上提高安全防衛水平。因此，許多小區開始在小區周圍建立一定的指示物與標示性建筑，強化空間元素以及空間概念。同時，為了提高小區活動的自由度，還可以營造小區緩沖區與過渡區，形成濃厚的領域氛圍。
2.2創造自然監視條件
為了提高小區環境的安全性，則需要提高小區環境在視覺上的開放性，方便小區居民以及管理人員對小區環境進行持續的監視，進而實現小區安全指數的提高。由于人類的反應與行為是在意識的支配下產生的，在一個監視條件便利的環境下，人的行為更加能夠符合社會的一般規范，有效抑犯罪心理。尤其是對于企圖犯罪的危險分子，即使犯罪行為十分堅定，也可能因為作案環境不佳而放棄作案。同時，一個良好的自然監視條件也能夠給小區居民創造一個良好的監視條件，相關的監視活動是在自動自發的條件下進行的，能夠提高小區居民的監視意識。經實驗研究發現，自然監視的影響因素主要體現為以下幾個方面：一方面是周邊建筑形容位置、建筑出入口、活動空間以及沿街建筑等。在對形容位置進行設計時，除了要考慮到采光以及通風等方面的需要外，還要考慮了形容位置的視野監視情況。由于油田小區建成較早，形容面積較小、外墻墻體較厚，可視范圍受到了較大的限制，小區居民的自主監視無法保證充分的連續性。另外，小區內人工種植的樹木過于茂盛也會阻礙監視視線，油田小區管理人員需要對小區植物進行定期的修剪，在改善監視環境的同時也能夠給居民創造良更加廣闊的活動空間。
2.3開放空間的安全性設置
兒童與老人是小區空間活動的主要人群，開放空間的設置需要重點加強兒童與老人活動安全性方面的考慮。高齡群體普遍不喜喧鬧，活動節奏緩慢，空間環境的設置應以安靜、閑適為宜，可多設置一些座椅、木桌等設施。兒童活動空間要體現出益智性與趣味性等方面的特點，地面鋪裝須選用質地柔軟的材料，提高兒童活動的安全性。兒童與老人的活動場所應盡量靠近建筑物，根據就近原則，方便業主與管理人員對其進行持續的監護。
2.4拐角空間的處理
小區管理人員需要在拐角處區域設置反光鏡，使居民能夠了解拐角處身后的人行以及車輛動態。對于部分空間面積較大的區域，拐角處可以設置一些圍欄或綠化帶，給居民在轉變處的視野有一個緩沖的過程，能夠對突然出現的車輛以及行人進行預判。采用攝像設備以及網絡傳輸設備對拐角處進行監控，使管理人員能夠對拐角處所出現的狀況進行及時的處理。
2.5改造道路系統平面
當前我國居民小區道路在形態上以筆直交叉為主，這種設置方案是以方便機動車輛出行為目的進行設計的，提高車輛行駛速度的同時也給行人安全造成不利影響。因此，道路交叉處需要設置指牌提醒車輛減速慢行，也可以在居民活動區域設置減速裝置對行車速度進行控制，兩個相鄰的減速裝置最長不超過100米。具體的道路系統改造方法主要為以下幾點：第一，對車輛活動比較活躍的區域進行局部縮小處理，縮窄車輛行駛道路的寬度，通過心理暗示的方法使司機減速慢行。第二，當穿越性道路與盡端中的連接比較明確時，司機的視覺通透性比較良好，區域安全性較高。若道路與道路之間的連接情況比較復雜，道路安全性則會受到影響。因此，在道路走向設置方面應多以居住區為盡端，這種道路系統設置方法既能夠從根本上控制車輛行駛的速度，也能夠提高小區的整體封閉性，尤其是對于犯罪人員來說，大大降低了其駕車逃跑的可能性，同時也能夠提高小區業主的領域感。
3結語
環境監測設計方案范文第2篇
關鍵詞：ZigBee技術；環境監測；傳感器
0 引言
ZigBee技術是近幾年發展起來的自組網無線通信技術，節點之間可很方便的進行組網通信，有效的解決了單點無線傳輸的距離問題。諸多事故的發生都源于未知，室內環境的監測對于生產和生活都具有重大意義。本文為室內環境參數的監測提供了一套完整的解決方案，并給出了相應的闡述。
1 系統整體設計方案
室內環境監測系統主要包括監測節點和數據接收處理主機。節點主要負責室內各項環境參數的數據采集和監測，包括溫濕度檢測模塊、煙霧檢測模塊、可燃氣體檢測模塊以及PM2.5檢測模塊；采用單片機負責檢測的控制，并將采回的數據通過ZigBee模塊送出。ZigBee每個節點都自動分配唯一的ID，每一個節點可管理254個子節點，一共可擴展管理多達65000個節點。數據處理主機主要負責接收每個監測節點的數據，對數據進行處理，包含顯示模塊、人機交互設置模塊、報警輸出模塊和聯動控制模塊。系統整體設計方案如圖1所示，給出了單個節點的組成框圖和主機的組成框圖，節點的個數可根據用戶需求進行擴展。
2 系統硬件設計
基于ZigBee技術的數據采集節點 主要采用了DHT11溫濕度傳感器、煙霧傳感器、可燃氣體傳感器、夏普PM2.5灰塵傳感器。
2.1 溫濕度傳感器
設計采用數字溫濕度傳感器DHT11進行溫度和濕度的檢測。DHT11是一款復合型溫濕度傳感器，采用單總線方式直接送出溫度和濕度值，使用時只需要電源和任意一個I/O口配合上拉電阻便可對其操作和訪問。DHT11供電范圍為3.3-5.5V，可以很方便的應用于各種單片機和嵌入式系統。DHT溫度測量范圍為0-50度，濕度為20%-90%RH，完全滿足室內環境的監測。
DHT11接口電路如圖2所示。
2.2 氣體傳感器
設計采用電阻型MQ-2氣體傳感器對空氣中的煙霧和可燃氣體進行檢測。MQ-2氣體傳感器采用二氧化錫氣敏材料進行氣體的檢測。二氧化錫在純凈的空氣中電導率很低，一旦空氣中有其他氣體的存在，其電導率隨空氣中氣體的濃度增加而增加，通過簡單的電路便可將氣體濃度信號轉換成對應的電信號。MQ-2傳感器不但對如液化氣、甲烷、氫氣等可燃氣體靈敏度很高，而且對煙霧也有著理想的響應曲線。
MQ-2氣體傳感器測試電路如圖3所示。傳感器需要提供加熱電壓進行預熱，加熱過程大概30秒，然后便可以正常輸出。加熱電壓和電源可采用統一電源供電，選擇合適的負載電阻即可。
2.3 PM2.5灰塵傳感器
PM2.5檢測采用了日本夏普公司的GP2Y1010AU0F灰塵傳感器，該傳感器電壓輸出與灰塵濃度具有良好的線性關系。傳感器采用光學方式進行灰塵的檢測，通過控制內部LED發光時間然后檢測對應光學腔內接受到的光強，經過內部相應的放大處理從而得到對應的電壓。傳感器采用5V供電，輸出電壓范圍為0.75-3.5V，對應的灰塵濃度為0-0.5mg/m3，輸出電壓和濃度成一次線性關系。GP2Y1010AU0F傳感器輸出為模擬電壓，所以需要配合AD轉換器進行數據的采集，傳感器接口電路如圖4所示。
3 系統軟件設計
基于ZigBee自組網的特性，無線部分程序設計變得相對容易，只需要記錄和校驗每個節點的ID即可進行數據的交互。節點的主要負責數據的采集和等待主機的數據發送請求，當收到請求時進行ID驗證，若為本機ID則發送數據，否則繼續等待，節點程序流程如圖5所示。主機的程序設計主要負責數據的請求和接收處理，進行顯示、報警、人機交互和聯動控制，主機程序流程如圖6所示。
4 結論
本文給出了基于ZigBee技術的室內環境監測方案，詳細的分析了系統的整體設計方案，對系統的傳感器電路設計做出了相應的介紹，分析了系統的可行性。最終對系統進行了整體數據采集和通信測試，良好的驗證了系統的穩定性和可靠性，對室內環境的監測具有一定的指導意義和參考價值。
參考文獻：
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環境監測設計方案范文第3篇
【關鍵詞】農業物聯網 智能節點 環境監測系統
農業生產環境的監測由于農業生產的范圍大、氣候和環境多變，需要監測內容較多，一直是困擾農業物聯網技術廣泛應用的技術難題。
基于智能傳感器技術和物聯網技術的綜合農業生產環境監測技術是農業物聯網技術實施的技術基礎和重要應用。農業生產環境涉及到氣候、農作物及其生產環境的眾多方面，需要的觀測量眾多，各觀測量所采用的傳感器技術、變送器方法各不相同，而且在分布范圍廣和監測時間較長的情況下，智能傳感節點的設計需要綜合考慮安裝環境、網絡連接、可用時間等眾多因素，設計一種能夠適用于多種節點類型，分布式布局、自組織網絡的農業物聯網系統，首先需要在網絡架構上采用靈活部署和分布式的物聯網架構，然后是分布式的智能節點設計。具體監測的參數包括大氣條件、土壤情況、病蟲害和農作物生長形態等。
基于農業物聯網技術的農業生產環境監測系統網絡，可以實現農業生產的基礎數據采集和存儲，通過無線傳感器網絡構成的無人值守的自組網結構，可以準確感知農業生產環境信息和作物信息。
本文介紹了一種基于農業物聯網網絡架構的智能節點設計方案，可實現農產品生產環境監測。該環境監測系統采用分布式的智能傳感器現場布局，這些傳感器節點可以準確感知農業生產環境信息和作物信息，通過自組織的Zigbee網絡，連接到上層的智能網關，組建農業生產信息基礎數據庫，利用數據庫的共享功能，用戶可遠程訪問數據庫，獲取需要的信息，指導農業生產過程。
1 農業物聯網系統網絡架構設計
農產品生產環境監測系統將Zigbee傳感器網絡與3G/4G 網絡融合并接入互聯網，系統采用三層結構設計：感知節點層、網絡傳輸層和業務應用層。感知節點層由眾多分布式部署的感知節點組成，節點能夠搭載多個標量及多媒體傳感器節點，在讀取農業環境信息的同時，還能夠自組織構成可自愈的高效無線數據傳輸網絡，與上層的網關節點保持通信；網絡傳輸層的主要設備是智能農業網關，有能夠收集下層感知節點的ZigBee主節點模塊和向上與互聯網連接的3G /4G無線傳輸模塊；業務應用層的數據中心包括農業基礎信息數據庫和 Web服務器，農業基礎信息數據庫負責數據保存，Web服務器負責向互聯網信息。系統的工作過程如下：智能感知節點主動構成自組織的無線傳感器網絡，數據融合后與智能網關進行數據傳輸，智能網關在保存數據內容后，再通過3G/4G網絡向使用者提供互聯網服務，然后定期將數據上傳給上級監管部門的數據服務器；上級監管部門或農業指導部門可以根據數據內容形成報告提供給農業從員者；各類用戶可通過互聯網終端訪問該系統，查詢感興趣的農業環境參數，如有可能，還可對部分可控節點進行控制操作。
網絡傳輸層的無線傳感器網絡采用類似于ZigBee的協議，智能農業網關通過ZigBee網絡與多個節點或路由器相連，構成一個星形網絡。
在網絡接入協議的選擇上，系統可根據環境要求和應用需要，自主切換到無線WIFI或3G/4G網絡，并在節能需要的情況下關閉網絡開關，形成速率自適應和節能的網絡接入。
2 感知層的ZigBee智能感知節點設計
智能感知節點作為整個監測系統的信息采集源頭，能夠為整個系統提供完整和準確的數據。節點能實時采集農業生產相關的環境信息與作物信息，并且能夠通過集成多種傳感器，搭建一個自組織的ZigBee網絡。其中的傳感器種類，包括大氣條件、氣象信息、土壤濕度、水環境PH值等標量數據傳感器，以及為農業生產者提供直觀影像的圖像傳感器（攝像頭）。經由節點采集的數據首先在節點處進行數據處理，然后經由ZigBee網絡匯聚到網絡區域內的智能網關。
考慮到各類傳感器節點的能耗、購買成本、覆蓋范圍以及傳輸距離的限制，如攝像頭的能耗較大、價錢相對較貴，可以覆蓋較大范圍，一個監測區域內安放一個攝像頭就可以滿足應用的要求。因此不必在同一監測區域內的節點上都采用同樣的設計結構，可以分別連接不同的傳感器連接網關。
3 結論
本文設計實現了一種基于物聯網三層結構的農產品生產環境監測系統，該系統利用可靈活部署的智能節點實現了分布式的傳感網絡總局，實現了對農業生產現場的環境監測和基礎農業數據采集。具體采用了自組織的Zigbee網絡將廣泛分布在農業現場的各類農業生產數據組織在一起，利用網絡傳送到智能網關給農業從業人員使用。系統重點解決了在分布式環境下對于智能節點的可靠性可用性設計、冗余數據的融合處理和網絡的自組織問題，是農業物聯網技術的一次成功應用。
參考文獻
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作者單位
環境監測設計方案范文第4篇
關鍵詞：環境影響評估；環境監測；應用
在我國社會持續不斷發展的過程中，人們對于環境的保護意識在不斷的強化，通過環境和經濟的協調來達到共贏的目的，已經成為了現代社會發展過程中的一個重要趨勢。環境監測對環境本底水平、環境污染程度起著監督作用。環境影響評價為環境發展起著約束、指導性作用。二者分別有各自的工作職能體系，又存在著不可分割的聯系。環境監測本身是貫穿于整個環境評價體系之中的一個重要因素，只有對環境監測工作進行強化，才能夠使得環境的評價體系能夠得到更高的保障。
1 環境監測的概述
環境監測是環境保護過程中所涉及到的一個重要組成部分，其環境監測的各項數據能夠精確的反映出當前整個社會環境的真實質量，而環境監測數據為環境管理、環境規劃、環境影響評價等方面工作提供了極為可靠的數據支持，是以上各工作過程的理論基礎及重要環節。環境監測所具有的水準高低對于整個社會的環境工作水平起著決定性作用，為環境保護工作提供了極為準確的發展依據。為了對環境監測的質量進行加強，最大限度的提升環境保護的能力，國家當務之急應當針對環境監測工作進行專項支持，促使環境監測工作能夠得到良好的發展。
2 環境監測基本點
以環境作為對象，采用化學、物理、生物等方面的技術手段在對周邊環境之中所存在的污染物以及大量的有關組成部分進行全面詳細的分析，以此來找出環境質量中所存在的眾多規律。環境監測的對象不僅僅有大氣環境監測、水環境監測、噪聲監測、土壤環境監測等環境要素的監測，同樣還涉及到了放射性物質的監測。而在對環境中所存在的各種不同污染物質進行檢測的過程中，必須要先對該區域歷史時期空間環境所具體發生的情況進行調查，其調查的數據中還必須要包括環境質量結構、組成結構等反面的數據信息。本質上來說，進行環境監測的主要目的就是為了能夠對環境所出現的變化及時發現，從而采取相應的解救措施，達到保護環境的目的，為環境可持續發展奠定堅實的基礎。
環境監測的基本特征：環境監測在環境影響評估中占據重要角色，環境監測具有兩個特征，一是環境監測以統計學為基礎，與自然學科和社會知識互相滲透，二是環境監測的目的是為社會服務，環境監測的監測對象是各環境要素的各類環境情況，監測的數據反應了環境現狀及變化情況，在監測的基礎上為人類制定科學的環境規劃提供了科學依據。
環境監測的法定地位：環境監測實質上是一項政府行為，是應用監測技術手段，對一切違反環境法律，行政規章和政策制度的行為進行監測，為環境執法提供科學依據的過程。環境監測的實現是由各級環境監測站共同完成的，因此，監測站要對所監測的數據承擔相應的法律責任。
3 環境影響評價程序
3.1 現狀環境影響評價：在環境評價單位進行環境影響的評價的同時，相關的監測部門也應當在這一過程中對項目擬建設地環境進行持續的監測，并針對建設項目性質對各環境要素進行逐一監測，以便于項目擬建設地環境本底值分析及現狀污染源分析，作為來判定建設項目建設完成之后各污染物排放情況是否在周邊環境的可承受范圍之內的預測分析數據基礎。
3.2 環境預測階段。依據當地地區的實際情況以及周邊環境來進行周密的分析，利用相關模型預測出該項目在建設完成之后，各環境要素所呈現出來的污染狀態是否是在周邊生態自然環境中所能夠承受的范圍內。
3.3 跟蹤評價，這其中所指的主要是大型建筑項目，而進行跟蹤評價的主要目的就為了針對部分與預期有著較大出入的項目所必須要進行的一項嚴格監測措施，這是現代社會進行環境管理過程中極為常見的一項管理措施。
4 環境影響評價中環境監測工作的主要內容
4.1 調查階段的主要內容
在建設項目環境影響評價的調查階段，主要是針對該項目的環境評價等級、環境條件等指標進行調查分析，通過選擇恰當的監測目標，結合其對建設項目環境的影響因子，運用科學、合理、成熟的環境監測手段或工具，形成一套較為科學、可行的建設項目環境監測實施方案。然而，所制定的建設項目環境監測實施方案并非人為隨機制定出來的，它的制定遵循以下基本原則：所制定的建設項目環境監測實施方案必須體現出經濟的原則，并能夠真實地反映出建設項目周圍環境的實際情況；對于建設項目周邊出現的威脅性較為嚴重的污染因素必須進行優先監測。
4.2 驗收階段的主要內容
在建設項目驗收階段，環境監測工作的主要內容是針對環境保護指標進行檢測，運用專門的環保設備并對其效果進行測試，之后對設計方案中的目標污染因素進行監測，并對建設項目內部較為敏感的環境地點實施調查。總之，在建設項目竣工驗收階段，必須確保整個工程項目的環境指標達到相關要求，滿足其良好運行具備較為穩定的環境狀態，在這一穩定狀態下，對污染因素做出準確檢測，并作出最終的環境影響評價。
5 環境監測在環境評價體系中的地位與功能
5.1環境監測是環境評級的基礎
對建設項目自身在環境影響評價的過程中，必須要針對該項目周邊環境的多項因素來進行全面詳細的分析，例如項目自身的水環境、大氣環境、噪聲環境等多方面。當部分項目在正式落成之后，還必須要在項目落后之后對于周邊環境所帶來的各方面變化因素進行全面的監測，只要利用精確的環境檢測數據，便能夠切實有效的反映出這部分現象，并且只有充分、精確的把握住了環境的相關數據和整體性質量。依據權威性的監測數據，來判斷出周邊環境是否能夠承受某些項目所帶來的污染現象，這是環境評價體系中的一個基礎。
5.2環境監測在環境評價中具有監督功能
對環境進行嚴格監督的措施較多，但是一直以來，環境監測都是一項極為基本的監測措施，而項目在完成之后，針對項目自身的各方面排放、運行等進行周密的監測有著極大的必要性。監測的主要方面為項目正式啟動之后其周邊的水環境、大氣環境是否在這一過程中出現了劇烈的波動，這類變化都需要通過環境監測之后的權威性數據來作為最終評估的標準，只有在科學合理的環境監測數據基礎之上，才能夠起到良好的環境監督效果。這對于地區環境監測工作來說，起到了極其重要的作用。
5.3環境監測貫穿于環境評價體系之中
對于環境監測的嚴格性，就是對地區環境負責任的態度。當工程項目委托相關部分進行環境監測之后，評價機構就需要對當地的實際環境數據進行評估，其評估的內容包括了噪聲、水、大氣等多個方面的環境因素。在環境可行度地范圍內規定項目的可行性，在項目建成后3個月之后對項目進行監測，這期間的監測是對項目環境影響評價最主要的環境要素進行相應的評價和監督，監測是否超出環境承載度，環境影響評價中的評價都需要環境監測在早期，運行初期和后期的數據的支持。
6 結束語
近幾年來，在我國社會不斷進步的情況下，市場經濟已經在這一過程中取得了較大的發展。而在經濟體系迅速發展的過程中，人們對于自然資源的需求在不斷增大，直接導致環境問題越發嚴重，我國為了能夠實現環境和經濟體系的協調發展，提出了可持續發展的戰略目標，與環境保護有著密切聯系的相關法律規章也在不斷的出臺。在環境影響評價之中，環境監測工作作為一個不可或缺的重要環節，要切實有效的實現可持續發展的環境戰略目標，就必須要將環境監測工作之中所涉及到的多個方面落到實處，制定完善的評價體系。
參考文獻：
[1]彭筱峻，袁文芳，朱艷芳.生態環境監測的現狀及發展趨勢[J].江西化工，2013，（02）.
環境監測設計方案范文第5篇
關鍵詞：室內環境質量監測；溫濕度；光照；ZigBee
中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）01-00-03
0 引 言
健康舒適的室內環境對任何一種建筑來說都尤為重要，實驗室作為人員密集型建筑，良好的室內環境有助于提高學生的學習效率。如果溫度過高或過低，濕度過濕（高于70%）或過燥（低于30%），光照的過明或過暗，都會使學生產生不適感，影響正常排汗和情緒、降低注意力。由此可見，實驗室環境的不盡人意，在無形中影響了學生的健康和學習效率。因此，開發了室內環境質量無線監測系統，以便24小時監控實驗室的環境質量參數。本無線檢測系統的主要特點如下：（1）該系統可以延長實驗室里面設備的使用壽命，為設備提供一個安全的使用環境；（2）該系統能夠提高管理效率，溫濕度數據可以遠程傳輸，管理人員在巡查的時候不必到機房去就可以遠程了解實驗室的環境問題；（3）本系統可以代替管理人員24小時監控非上班時間實驗室存在的安全隱患，達到對實驗室遠程監控的目的。
1 系統總體設計
在日常生活中，由于存在個體差異，在各種條件下要找到一個單一的指標來準確反映人體對環境的舒適性是很困難的。因此，在環境舒適性的檢測過程中，我們往往關注三個比較重要的影響環境舒適性的因素：溫度、濕度、照度。所以本系統針對實驗室的環境分別采集溫度、濕度、照度這三個因素來衡量實驗室環境的舒適性。系統的總體設計框圖如圖1所示。
圖1 室內環境無線監測系統的總體設計框圖
本文所述的室內環境無線監測系統分為硬件設計方案和軟件設計方案兩部分。
1.1 硬件設計方案
該系統采用模塊化的硬件設計，由STC12系列單片機微控制器、溫濕度傳感器、光照傳感器、CC2530芯片的ZigBee收發模塊、液晶顯示模塊、電源模塊等組成。該終端具有室內環境參數的自動采集、計算處理等功能，它可以連續自動地測量溫度、濕度、光照這些指標，各種要素經過傳感器將模擬量轉化成相應數字量，供采集器定時處理后給單片機進行處理，實現數據的采集、顯示及無線傳輸。
1.2 軟件設計方案
室內環境無線監測系統的軟件設計由主程序、溫濕度傳感器驅動子程序、光照傳感器驅動子程序、LCD12864液晶顯示子程序、串口通信子程序等組成。對于硬件方案用到的編程軟件其中包括對于微控STC12C5A60S2進行C語言程序編譯的Keil軟件，將Keil軟件生成的.hex頭文件燒錄至MCU中的下載軟件STC-ISP中。
2 室內環境質量無線監測系統的硬件設計
實驗室室內環境質量無線采集系統在硬件設計過程中，使用了模塊化的設計方法，分別為微處理器電路設計、數據采集模塊電路設計、顯示模塊電路設計、串口通信電路設計、無線收發模塊。在本系統中，對實驗室室內環境質量參數數據的采集主要依靠各種傳感器，如溫濕度傳感器AM2301、照度傳感器模塊GY30。這些傳感器的工作原理是利用物質各種物理性質隨環境變化的規律把溫度、濕度、照度等轉換為模擬量或數字量進行輸出，通過單片機采集這些電量數據并對其進行計算即可確定各環境參數的數值。在室內環境質量無線監測系統的設計中，本文使用了STC12C5A60S2單片機進行設計。具體包括：單片機最小系統，溫濕度接口電路，光照接口電路，接口電路，電源電路，串口通信接口電路。
2.1 MCU的選型
本系統設計采用的是STC12C5A60S2單片機。STC12C5A60S2 在眾多的51系列單片機中，算是國內STC 公司的1T增強系列中更具有競爭力的一種，因為他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內具有Flash工藝的大容量程序存儲器。如STC12C5A60S2單片機內部就自帶高達60 K的 FlashROM，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。而且STC系列單片機支持串口程序燒寫。顯而易見，這種單片機對開發設備的要求很低，開發時間也大大縮短。寫入單片機內的程序還可進行加密，很好地保護了用戶的勞動成果。
2.2 溫濕度傳感器AM2301
DHT21數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。每個DHT21傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數以程序的形式儲存在OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇。
2.3 光照傳感器模塊GY30
本系統采用新型單片測光芯片GY30模塊，該模塊的工作電壓為3.3 V，內置了BH1750芯片，可以對廣泛的亮度進行1勒克斯的高精度測定，實現了照明度（1～65 536勒克斯）數字值的直接輸出。主控器通過I2C（Inter-Integrated Circuit） 通訊接口讀取GY30采集到的數據，然后按照用戶要求的形式通過界面將數據呈現出來。
2.4 ZigBee數據傳輸模塊選型
本系統中所使用的ZigBee模塊為某電子公司的無線模塊，該無線模塊在產品類型中分為三種：ZigBee（Coordinator-協調器）模塊、ZigBee Router（路由器）模塊、ZigBee End Device（終端設備）模塊。 ZigBee能耗無線監測終端的硬件設計中，無線ZigBee模塊（Router-路由器）的功能是以無線方式發送數據資料包，并尋找最適合的路由路徑，當有其他終端節點加入時，其也可為其他終端節點分配地址。CC2530結合了領先的RF收發器的優良性能，其內部包含一個8051 CPU，且系統內可編程，其支持TI官方指定的IAR編譯軟件，并具備8 KB RAM，因此，CC2530是一個完整的SoC解決方案。通過其可以建立強大的無線傳感器網絡。
2.5 ST7920型12864液晶顯示模塊
為了在節約硬件資源的基礎上可以得到更豐富的顯示內容，并考慮到低功耗的要求，本系統設計中的顯示電路采用ST7920型12864帶字庫的液晶顯示模塊。
3 室內環境質量無線監測系統軟件設計
本節的主要內容是進行室內環境質量無線監測系統的軟件設計，軟件設計的核心為底層硬件溫濕度傳感器AM2301模塊、光照傳感器GY30模塊、LCD12864液晶、串口通信等編寫驅動程序，使得監測系統在上電后可以分別正常監測溫濕度值、光照值的顯示，及進行串口通信。室內環境質量無線監測系統主控程序流程圖如圖2所示。
圖2 室內環境質量無線監測系統主控程序流程圖
3.1 溫濕度傳感器AM2301驅動子程序設計
DATA數據線用于MCU與 AM2301之間的通信。四十比特完整的數據=十六比特的濕度數據值+十六比特的溫度數據值+八比特校驗和。例如，接收四十比特的數值，溫濕度傳感器AM2301的數據格式如圖3所示。
圖3 溫濕度傳感器AM2301的數據格式
空閑時總線為高電平，通訊開始MCU拉低總線1～10ms，然后釋放總線，延時20～40 μs后主機開始檢測響應信號。從機AM2301的響應信號是一個80 μs左右的低電平，隨后從機在拉高總線80 μs左右代表即將進入數據傳送。長的高電平代表的是信號1；短的高電平代表的是信號0。溫濕度傳感器AM2301數據傳輸的時序圖如圖4所示。
圖4 溫濕度傳感器AM2301的數據傳輸時序圖
3.2 光照傳感器GY30驅動子程序設計
GY30與主控器之間的通訊使用I2C通訊協議。時鐘線為高電平時，數據線由高電平向低電平變化表示開始信號；時鐘線為高電平期間，數據線由低向高變化表示結束信號。I2C通訊協議的起始信號與終止信號時序圖如圖5所示。
圖5 I2C通訊協議的起始信號與終止信號時序圖
3.3 串口通信子程序設計
上位機對單片機所存儲的數據的讀取是通過USART實現的。由于單片機內部集成有USART模塊，因此MCU只需要連接MAX232芯片，就能和PC通信。首先，單片機要設置異步通信的比特率數據位、停止位、校驗方式等，最后才打開中斷。在本系統中，異步串口通訊模塊比特率設置為9 600，通信模式采用模式l，即每次發送的有效數據為8位，另加一位停止位。串口通信的軟件設計流程圖如圖6所示。
4 結 語
本文針對室內環境質量的關鍵問題，基于物聯網技術，采用無線數據采集與傳輸等先進信息技術手段，準確采集室內環境質量數據，使實驗室室內環境質量在計量、采集、統計方面更加完善，同時確保實驗室的正常、高效、健康、穩定地運行。管理人員只需要通過網絡就可以了解實驗室環境的實際情況，從而極大地減輕對實驗室的管理工作，實現實驗室的科學管理。
圖6 串口通信的軟件設計流程圖
參考文獻
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