基于单片机的环境监测仪设计 - 全文

引言

　　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。单片机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。

　　1  主要环境监测仪分析

　　随着社会各界对环境重视度越来越高。各级对环境监测工作的投入也越来越多。有力推动了环境监测水平的提升 环境监测的方式方法也呈现出新的特点和趋势 环境监测正由人工作业向自动化、智能化方向发展。由单项监测向立体综合监测方向发展，环境监测仪器更具高科技特征。

　　1.1 红外温室气体监测仪

　　温室气体对全球温度影响极大。导致冰川融化。海平面上升，全球气候反常恶化。因此。加强对大气中温室气体的监测。具有十分重要的意义 温室气体自动监测系统主要是监测大气中温室气体的浓度变化。评估温室气体对环境变化的影响。为国家制定长期发展规划提供支撑 红外光谱气体监测仪主要可用于空气环境分析、燃烧排放检测、焚化炉检测、科研、气体纯度分析。具有灵敏度高、分辨率高、监测气体种类多的特点。

　　1.2 空气环境有机污染物监测仪

　　空气环境有机污染物监测仪主要完成对空气中有机污染物排放的连续自动监测。准确界定有机污染源排放配置。有效减少有机污染物的排放。降低有机污染物对人体的伤害。减轻空气恶化程度，提高对区域性特征有机污染物的监测水平。该监测分析仪具有便携、易操作、测试快速准确的特点，主要应用于颗粒污染物的有组织排放 该设备的使用可有效降低现场监测劳动强度、大大提高工作效率、实现现场出数据、提高监测数据的可靠性。可以实现及时在监测现场反映所监测对象的排放浓度、排放速率，为区域性总量控制指标的制定与核查提供了可靠的技术手段。对国控重点污染源企业自动监测数据的有效性、审核工作的监督性提供了便捷的手段。

　　1-3水体水质监测仪水体水质监测仪主要完成对水体的水质污染物排放情况进行有效监测，特别适用于重金属的监测 水体水质监测仪主要基于顺序注射分析平台，结合光度比色、阳极伏安溶出等检测技术。实现水环境的重金属在线监测。满足当前水环境重金属在线监测需求。该设备可广泛应用于饮用水安全预警、污染源节能减排管理、水环境现状管理评价与规划等。

　　1.4 逃逸氨监测仪

　　逃逸氨监测仪的探头使用催化剂将氨气转换为NOx，经过除尘、除水，再经过氮氧化物转换器，将NO，转换为NO.送人高精度的测量单元，测得混合气体的NO浓度 同时另一独立的通道，经过除尘、除水、除氨气，经过氮氧化物转换器。送入测量单元，测量出NOx的浓度。测量的混合气体转换为NO的浓度减去NOx的浓度，就是氨气的浓度 同时通过采样处理，利用光谱分析技术和分析方法。实现高精度测量。

2  基于单片机的环境监测仪设计

　　2.1 系统总体结构

　　为了提高环境监测的实效。减少室外作业量。发挥单片机体积小、功耗低、数据处理能力强的优势。笔者提出一种基于单片机的环境监测仪的设计方案 该设计整体系统包括微处理器模块（16位单片机、日历时钟芯片、复位电路及外围电路）、传感器测量模块（红外传感器、温湿度传感器、气体敏感元件等）、存储器模块（Fjash存储器）、通信模块f串口通信、无线通信）、电源模块等组成，主要完成对空气质量、空气中有机污染物及有关气体进行监测 总体结构框图如图1所示 该仪器可以同时监测气体和可吸人颗粒物浓度。在同一显示屏显示 一台仪器可以同时监测四种参数。该仪器工作方式为自动采样自动分析。测量浓度直接在显示屏上显示。并自动计算日平均、月平均值，可以储存3O天的监测数据（包括日平均、月平均值）。仪器带USB、RS485数据转存接口。可以将储存的数据转存到计算机上。

 

图1 总体结构框图

　　2.2 传感器的选取

　　传感器是决定监测仪精度的关键性元件。必须慎重进行选择。该仪器中传感器的选择主要依据室外工作环境、测量精度、线性度、互换性、灵敏度、响应速度、稳定性、功耗、体积大小等因素综合进行考虑 本监测仪选用的各类传感器分别为：离子敏型传感器ISFET、集成温度传感器TMP35、集成湿度传感器HM1500、气敏传感器MR51l等。这些传感器具备上述优点，同时具有体积小等特点。卜分适宜室外环境监测设备的要求。

　　2.3 温室气体测量模块

　　采用MH—410V／D NDIR红外气体传感器对CO，气体进行监测。MH-410V／D NDIR红外气体传感器是一个通用型、智能型、微型传感器。该传感器利用非色散红外（NDIR）原理对空气中存在的c0 进行探测，具有很好的选择性，无氧气依赖性，性能稳定、寿命长。内置温度传感器，可进行温度补偿；MH一410V／D是将成熟的红外吸收气体检测技术与微型机械加工、精良电路设计紧密结合，制作出的小巧型红外气体传感器。

　　2.4 软件设计

　　软件运用模块化设计，采用汇编语言与C语言混合编写，包括主程序和中断程序，有初始化模块、数据采集与处理模块、显示模块、中断模块、系统测试与报警模）块。单片机系统上电后，进入初始化程序，完成片内各模块的设置、清LCD存储器、端VI设定等初始化工作，然后转入主程序。开启中断，循环设置低功耗模式并执行空操作。初始化是对外部接口、定时器等部件初始化；传感器模块完成对数据的采集：数据采集和数据处理模块是完成对相关单项测量结果的分析处理：显示模块将监测结果：中断控制模块完成环保数据超标报警或出现异常报警的自诊断功能。