基于单片机的空气质量远程监测系统

刘艳芳

摘 要：随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，人们对环境问题及健康问题日益重视，而在所有污染物中，SO2和NO2是导致空气和人民生活质量下降的原因之一，所以通过对这些模拟量的测量来实现空气质量的远程监测是非常必要的。文章详细的介绍了以AT89S51单片机为控制核心，RS-485串口通信，ADC0809转换，LCD1602液晶显示等外围模块实现对SO2和NO2实时采集处理、显示、报警等功能。此设计系统达到了测量SO2和NO2的目的，测量结果由液晶屏显示出来，通过串口线可以和上位机进行通信，上位机也可以通过串口线对下位机进行控制，系统具有抗干扰性能和自我恢复能力。

关键词：空气污染；SO2和NO2；浓度；监测

1 引言

1.1 研究的背景及意义

随着我国经济的快速发展 ，工业化和城市化突飞猛进，环境问题日益严重。人类正面临温室效应、酸雨和臭氧层遭到破坏三个方面大气污染问题。这些问题表现在二氧化硫、二氧化氮以及总悬浮颗粒物浓度在大气环境中严重超标；还有机动车尾气污染物中的氮氧化物污染排放总量迅速增加；这些情况都导致一些重工业城市PM值达到2.5，人们的身体健康受到严重威胁严重的污染都对居住在城市里面的居民的健康造成了很大的伤害。而这样污染日益严重的生活环境让人们的生活越来越紧张。但是我们要明白，虽然我们都是大气污染的受害者，但是大气污染的制造者也是我们，所以環境治理和保护依然是我们当今任务中的重中之重。

1.2 空气质量监测仪器的现状

从九十年代起，全国各大城市注重环境监测，建立空气自动监测站，并逐步实现网络化运营管理。虽然传统的质量监测系统还普遍存在于我国各地区，但是随着国内环境的复杂变化，但随着监测范围的扩大，数据采集量的增多，有些地区会出现各种问题。绝大多数的子监测站点只能进行简单的数据的定时采集，而且远距离存在时间误差，测量不准确，无法实现真正的实时在线监测和远程控制；还有监测系统兼容性差，集成度低；数据格式多种多样，多个数据处理系统并存，统一管理困难；采集到的数据缺乏准确性和可靠性，不具有说服力。故从准确度及可靠性上讲，整个空气自动监测网的质量控制实际上是没有达到要求的。

2 监测系统的设计

2.1 监测系统的总体设计方案

采用远程诊断的空气监测系统可以随时和定期监测空气中污染气体浓度在单机中系统中采用了大量的传感元件并经过模数转换，对输入微处理器的数字信号进行智能处理，提高了抗干扰能力和精度，并且上下位机不受距离的限制。通过单片机和个功能模块的协调配合，完成各项任务指标。系统还专门采用RS-485接口，这样我们就可以在中心室与现场一样了解单机的工作状态，提高系统的响应速度。

单片机是系统处理数据的核心，利用其高效的其高效的运算能力实现系统的自动化。电源电路为系统提供稳定的工作电压，以保证系统各个部分能处于稳定的工作状态。体传感器电路分为NO2气体检测和SO2气体检测，分别测量大气中NO2和SO2气体含量的浓度。A/D转换电路用于把传感器检测到的模拟信号转换成单片机能接受的数字信号。显示电路用于显示监测到的数据。用户可以设定时间通过定时和随机的的方式选择对参数的查看。气按键电路是简单的人机接口。RS-485串口经过串口线用于单片机上位机进行通讯。电路还有浓度报警装置，上位机也可以通过串口来设定报警值。在进行设计和制作的过程中，以各模块为单位，来进行电路设计，将各个模块有机的连接在一起，在与上位机连接，形成一个监测系统。

2.2 功能设定

（1）用气体传感器来采集模拟信号。

（2）用A/D转换器将采集到的模拟信号转化为数字信号。

（3）当监测到测到污染气体超标时，蜂鸣器报警，发光二极管闪亮。

（4）在LCD显示屏上显示污染气体浓度值监测值以及是否超标。

（5）按键操作可进行测量值范围的调整，及手动和自动测量的转换。

2.3 各模块设计方案

2.3.1数据采集电路

大气中SO2的测量选用型号为SO2/C-100二氧化硫传感器和NE-NO2传感器进行数据采集的工作。两者都是采电化学传感器，相对于其他传感器，它们具有更好的稳定性，重复再现性，耐用性和可靠性，快速反应和高灵敏度良好选择性，线性输出和良好的稳定性。最重要一点是性价比合理，适用于广泛应用。

数据采集电路方案具有很大优势，电路简单，成本低，能够满足环境监测的要求，

2.3.2串口通信设计

该模块实现传输信号，将采集的信号送到CPU进行相应处理。

采用RS-485通信标准；根据设计要求，数据传输应不受距离限制，RS-485的数据最高传输速率高，最大传输距离远，抗共模干能力增强，可实现远距离自动控制。采用RS-485通信标准传输，可以满足要求。

2.3.3显示模块

该模块用于显示接收到的气体浓度值和读取单片机内部的时间数据。

采用LCD液晶显示。点阵字符型LCD可显示字母、数字、符号，其驱动电压低、功耗小，画面效果好，抗干扰强、可靠性高、显示信息量大且生产过程自动化、成本低廉、可以制成各种规格和类型的液晶显示器，便于携带等。

3 结论

在查阅了有关文献，调查空气污染现状，然后了解单片机，传感器，A＼D转换器的基本知识等等。设计了以单片机为核心电化学传感器测量二氧化硫浓度的系统方案，其功能包括二氧化硫和二氧化氮浓度的测量，模数转换，报警，串口通信，LCD显示。本设计中几个有特色的地方：

（1）采用单片机。在当今社会中，单片机使用的非常广泛，它有着别的无法取代的优点，运算速度快，体积小，性价比高，保护性强，而且编程比较简单，比较适合人们在日常生活中的使用。

（2）采用RS-485通信。RS-485的数据最高传输速率高，最大传输距离远，抗共模干能力增强，即可以实现近距离传输，也可进行远距离传输，可实现远距离自动控制。

这次设计不仅要了解该设计的工作原理、功能以及模块作用等，还要根据各种因素选择各模块方案，进行系统设计，实现各项功能。 在设计方案的同时，也时刻提醒人们，唤起人们的危机意识，呼唤人们行动起来，共同保护我们的家园，从这个角度来说，只有真正让广大群众行动起来，才能使环境彻底的改变，光靠政府的政策是远远不够的，这次研究的有着重大的意义。

参考文献

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