基于單片機的環(huán)境監測儀設計與實(shí)現

引言

隨著(zhù)人民群眾環(huán)保意識的不斷增強。以及國家對環(huán)保重視程度的不斷提高，社會(huì )對環(huán)境監測提出了新的更高要求，環(huán)境監測的任務(wù)日趨繁重。據不完全統計我國已經(jīng)制定的各類(lèi)國家環(huán)境標準有400余項，涵蓋了大氣、水質(zhì)、土壤、噪聲、輻射、固體廢物、農藥等領(lǐng)域。并且已經(jīng)開(kāi)展了環(huán)境質(zhì)量監測、環(huán)境質(zhì)量周報、日報、預報監測；污染源監測、污染事故應急監測、污染物總量控制監測、污染源解析監測。環(huán)境污染治理工程效果監測等，需監測的污染因子達上百種。這種點(diǎn)多、面廣、任務(wù)繁重的環(huán)境監測形勢，急切需要提高環(huán)境監測的自動(dòng)化水平，減少人工作業(yè)量，提高環(huán)境監測實(shí)效。隨著(zhù)大規模集成電路制造技術(shù)的不斷發(fā)展。推動(dòng)了單片機技術(shù)的發(fā)展。為野外條件下進(jìn)行實(shí)時(shí)環(huán)境監測提供了便利 單片機以其“個(gè)頭小、功能強”為特征。具備微型計算機的功能。單片機應用于環(huán)境監測儀中，可以減少環(huán)境監測儀的體積和質(zhì)量，提高環(huán)境監測儀的自動(dòng)化水平，增強環(huán)境監測的準確性。

1 主要環(huán)境監測儀分析

隨著(zhù)社會(huì )各界對環(huán)境重視度越來(lái)越高。各級對環(huán)境監測工作的投入也越來(lái)越多。有力推動(dòng)了環(huán)境監測水平的提升 環(huán)境監測的方式方法也呈現出新的特點(diǎn)和趨勢 環(huán)境監測正由人工作業(yè)向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。由單項監測向立體綜合監測方向發(fā)展，環(huán)境監測儀器更具高科技特征。

1.1 紅外溫室氣體監測儀

溫室氣體對全球溫度影響極大。導致冰川融化。海平面上升，全球氣候反常惡化。因此。加強對大氣中溫室氣體的監測。具有十分重要的意義溫室氣體自動(dòng)監測系統主要是監測大氣中溫室氣體的濃度變化。評估溫室氣體對環(huán)境變化的影響。為國家制定長(cháng)期發(fā)展規劃提供支撐紅外光譜氣體監測儀主要可用于空氣環(huán)境分析、燃燒排放檢測、焚化爐檢測、科研、氣體純度分析。具有靈敏度高、分辨率高、監測氣體種類(lèi)多的特點(diǎn)。

1.2 空氣環(huán)境有機污染物監測儀

空氣環(huán)境有機污染物監測儀主要完成對空氣中有機污染物排放的連續自動(dòng)監測。準確界定有機污染源排放配置。有效減少有機污染物的排放。降低有機污染物對人體的傷害。減輕空氣惡化程度，提高對區域性特征有機污染物的監測水平。該監測分析儀具有便攜、易操作、測試快速準確的特點(diǎn)，主要應用于顆粒污染物的有組織排放 該設備的使用可有效降低現場(chǎng)監測勞動(dòng)強度、大大提高工作效率、實(shí)現現場(chǎng)出數據、提高監測數據的可靠性?？梢詫?shí)現及時(shí)在監測現場(chǎng)反映所監測對象的排放濃度、排放速率，為區域性總量控制指標的制定與核查提供了可靠的技術(shù)手段。對國控重點(diǎn)污染源企業(yè)自動(dòng)監測數據的有效性、審核工作的監督性提供了便捷的手段。

1.3 水體水質(zhì)監測儀

水體水質(zhì)監測儀主要完成對水體的水質(zhì)污染物排放情況進(jìn)行有效監測，特別適用于重金屬的監測水體水質(zhì)監測儀主要基于順序注射分析平臺，結合光度比色、陽(yáng)極伏安溶出等檢測技術(shù)。實(shí)現水環(huán)境的重金屬在線(xiàn)監測。滿(mǎn)足當前水環(huán)境重金屬在線(xiàn)監測需求。該設備可廣泛應用于飲用水安全預警、污染源節能減排管理、水環(huán)境現狀管理評價(jià)與規劃等。

1.4 逃逸氨監測儀

逃逸氨監測儀的探頭使用催化劑將氨氣轉換為NOx，經(jīng)過(guò)除塵、除水，再經(jīng)過(guò)氮氧化物轉換器，將NO2轉換為NO，送人高精度的測量單元，測得混合氣體的NO濃度同時(shí)另一獨立的通道，經(jīng)過(guò)除塵、除水、除氨氣，經(jīng)過(guò)氮氧化物轉換器。送入測量單元，測量出NOx的濃度。測量的混合氣體轉換為NO的濃度減去NOx的濃度，就是氨氣的濃度同時(shí)通過(guò)采樣處理，利用光譜分析技術(shù)和分析方法。實(shí)現高精度測量。

2 基于單片機的環(huán)境監測儀設計

2.1 系統總體結構

為了提高環(huán)境監測的實(shí)效。減少室外作業(yè)量。發(fā)揮單片機體積小、功耗低、數據處理能力強的優(yōu)勢。筆者提出一種基于單片機的環(huán)境監測儀的設計方案該設計整體系統包括微處理器模塊(16位單片機、日歷時(shí)鐘芯片、復位電路及外圍電路)、傳感器測量模塊(紅外傳感器、溫濕度傳感器、氣體敏感元件等)、存儲器模塊(Fjash存儲器)、通信模塊f串口通信、無(wú)線(xiàn)通信)、電源模塊等組成，主要完成對空氣質(zhì)量、空氣中有機污染物及有關(guān)氣體進(jìn)行監測總體結構框圖如圖1所示。該儀器可以同時(shí)監測氣體和可吸人顆粒物濃度。在同一顯示屏顯示一臺儀器可以同時(shí)監測四種參數。該儀器工作方式為自動(dòng)采樣自動(dòng)分析。測量濃度直接在顯示屏上顯示。并自動(dòng)計算日平均、月平均值，可以?xún)Υ?0天的監測數據(包括日平均、月平均值)。儀器帶USB、RS485數據轉存接口?？梢詫Υ娴?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/數據轉存">數據轉存到計算機上。

圖1 總體結構框圖

2.2 傳感器的選取

傳感器是決定監測儀精度的關(guān)鍵性元件。必須慎重進(jìn)行選擇。該儀器中傳感器的選擇主要依據室外工作環(huán)境、測量精度、線(xiàn)性度、互換性、靈敏度、響應速度、穩定性、功耗、體積大小等因素綜合進(jìn)行考慮本監測儀選用的各類(lèi)傳感器分別為：離子敏型傳感器ISFET、集成溫度傳感器TMP35、集成濕度傳感器HM1500、氣敏傳感器MR51l等。這些傳感器具備上述優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有體積小等特點(diǎn)。卜分適宜室外環(huán)境監測設備的要求。

2.3 溫室氣體測量模塊

采用MH—410V/DNDIR紅外氣體傳感器對CO，氣體進(jìn)行監測。MH-410V/D NDIR紅外氣體傳感器是一個(gè)通用型、智能型、微型傳感器。該傳感器利用非色散紅外(NDIR)原理對空氣中存在的c0 進(jìn)行探測，具有很好的選擇性，無(wú)氧氣依賴(lài)性，性能穩定、壽命長(cháng)。內置溫度傳感器，可進(jìn)行溫度補償；MH一410V/D是將成熟的紅外吸收氣體檢測技術(shù)與微型機械加工、精良電路設計緊密結合，制作出的小巧型紅外氣體傳感器。

2.4 軟件設計

軟件運用模塊化設計，采用匯編語(yǔ)言與C語(yǔ)言混合編寫(xiě)，包括主程序和中斷程序，有初始化模塊、數據采集與處理模塊、顯示模塊、中斷模塊、系統測試與報警模)塊。單片機系統上電后，進(jìn)入初始化程序，完成片內各模塊的設置、清LCD存儲器、端VI設定等初始化工作，然后轉入主程序。開(kāi)啟中斷，循環(huán)設置低功耗模式并執行空操作。初始化是對外部接口、定時(shí)器等部件初始化；傳感器模塊完成對數據的采集：數據采集和數據處理模塊是完成對相關(guān)單項測量結果的分析處理：顯示模塊將監測結果：中斷控制模塊完成環(huán)保數據超標報警或出現異常報警的自診斷功能。