环境监测设计方案
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇环境监测设计方案范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
环境监测设计方案范文第1篇
关键词：防卫安全；建筑外环境；油田小区
1油田小区建筑外环境防卫安全方面存在的问题
随着我国城镇化建设的不断发展，油田小区的安全问题越来越成为小区业主关注的焦点。当前我国城市外来务工人员逐年上升，贫富差异悬殊、经济关系复杂，酒后滋事、腐化堕落的问题日前突出，给财富监督工作带来的巨大的挑战。因此，油田小区防卫机构需要结合起用各种手段，通过科学合理的防卫安全设计来为小区业主营造一个安全的生活环境。
2改善油田小区建筑外环境安全状况的有关策略
2.1强化领域氛围的营造
对于油田小区来说，领域氛围营造工作重点在于建筑物、土地以及使用者综合采取各种措施，对建筑物以及土地进行科学、合理的控制，在此基础上营造出适合业主生存的空间意向。人与其他动物都存在一种领域性思维，尤其是对于人类来说，普遍希望有一个固定不变的自主活动区域，使人类日常生活各方面的生活需求得到满足。因此，对于人类社会来说，则需要有专门人员对群体的生活空间进行有针对性的改造与控制，这是人类几千年来的社会习惯，以是当前我国普遍的一种社会现象。建筑外环境设计则需要对小区环境进行有效的控制与改造，将小区的防卫性质人格化，使小区居民在日常生活中对小区环境有体现出一种归属感，使小区居民的领地意识得到释放与寄托。同时，也能够加强社会居民在日常生活中的安全防卫意识，从个体上提高安全防卫水平。因此，许多小区开始在小区周围建立一定的指示物与标示性建筑，强化空间元素以及空间概念。同时，为了提高小区活动的自由度，还可以营造小区缓冲区与过渡区，形成浓厚的领域氛围。
2.2创造自然监视条件
为了提高小区环境的安全性，则需要提高小区环境在视觉上的开放性，方便小区居民以及管理人员对小区环境进行持续的监视，进而实现小区安全指数的提高。由于人类的反应与行为是在意识的支配下产生的，在一个监视条件便利的环境下，人的行为更加能够符合社会的一般规范，有效抑犯罪心理。尤其是对于企图犯罪的危险分子，即使犯罪行为十分坚定，也可能因为作案环境不佳而放弃作案。同时，一个良好的自然监视条件也能够给小区居民创造一个良好的监视条件，相关的监视活动是在自动自发的条件下进行的，能够提高小区居民的监视意识。经实验研究发现，自然监视的影响因素主要体现为以下几个方面：一方面是周边建筑形容位置、建筑出入口、活动空间以及沿街建筑等。在对形容位置进行设计时，除了要考虑到采光以及通风等方面的需要外，还要考虑了形容位置的视野监视情况。由于油田小区建成较早，形容面积较小、外墙墙体较厚，可视范围受到了较大的限制，小区居民的自主监视无法保证充分的连续性。另外，小区内人工种植的树木过于茂盛也会阻碍监视视线，油田小区管理人员需要对小区植物进行定期的修剪，在改善监视环境的同时也能够给居民创造良更加广阔的活动空间。
2.3开放空间的安全性设置
儿童与老人是小区空间活动的主要人群，开放空间的设置需要重点加强儿童与老人活动安全性方面的考虑。高龄群体普遍不喜喧闹，活动节奏缓慢，空间环境的设置应以安静、闲适为宜，可多设置一些座椅、木桌等设施。儿童活动空间要体现出益智性与趣味性等方面的特点，地面铺装须选用质地柔软的材料，提高儿童活动的安全性。儿童与老人的活动场所应尽量靠近建筑物，根据就近原则，方便业主与管理人员对其进行持续的监护。
2.4拐角空间的处理
小区管理人员需要在拐角处区域设置反光镜，使居民能够了解拐角处身后的人行以及车辆动态。对于部分空间面积较大的区域，拐角处可以设置一些围栏或绿化带，给居民在转变处的视野有一个缓冲的过程，能够对突然出现的车辆以及行人进行预判。采用摄像设备以及网络传输设备对拐角处进行监控，使管理人员能够对拐角处所出现的状况进行及时的处理。
2.5改造道路系统平面
当前我国居民小区道路在形态上以笔直交叉为主，这种设置方案是以方便机动车辆出行为目的进行设计的，提高车辆行驶速度的同时也给行人安全造成不利影响。因此，道路交叉处需要设置指牌提醒车辆减速慢行，也可以在居民活动区域设置减速装置对行车速度进行控制，两个相邻的减速装置最长不超过100米。具体的道路系统改造方法主要为以下几点：第一，对车辆活动比较活跃的区域进行局部缩小处理，缩窄车辆行驶道路的宽度，通过心理暗示的方法使司机减速慢行。第二，当穿越性道路与尽端中的连接比较明确时，司机的视觉通透性比较良好，区域安全性较高。若道路与道路之间的连接情况比较复杂，道路安全性则会受到影响。因此，在道路走向设置方面应多以居住区为尽端，这种道路系统设置方法既能够从根本上控制车辆行驶的速度，也能够提高小区的整体封闭性，尤其是对于犯罪人员来说，大大降低了其驾车逃跑的可能性，同时也能够提高小区业主的领域感。
3结语
环境监测设计方案范文第2篇
关键词：ZigBee技术；环境监测；传感器
0 引言
ZigBee技术是近几年发展起来的自组网无线通信技术，节点之间可很方便的进行组网通信，有效的解决了单点无线传输的距离问题。诸多事故的发生都源于未知，室内环境的监测对于生产和生活都具有重大意义。本文为室内环境参数的监测提供了一套完整的解决方案，并给出了相应的阐述。
1 系统整体设计方案
室内环境监测系统主要包括监测节点和数据接收处理主机。节点主要负责室内各项环境参数的数据采集和监测，包括温湿度检测模块、烟雾检测模块、可燃气体检测模块以及PM2.5检测模块；采用单片机负责检测的控制，并将采回的数据通过ZigBee模块送出。ZigBee每个节点都自动分配唯一的ID，每一个节点可管理254个子节点，一共可扩展管理多达65000个节点。数据处理主机主要负责接收每个监测节点的数据，对数据进行处理，包含显示模块、人机交互设置模块、报警输出模块和联动控制模块。系统整体设计方案如图1所示，给出了单个节点的组成框图和主机的组成框图，节点的个数可根据用户需求进行扩展。
2 系统硬件设计
基于ZigBee技术的数据采集节点 主要采用了DHT11温湿度传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器、夏普PM2.5灰尘传感器。
2.1 温湿度传感器
设计采用数字温湿度传感器DHT11进行温度和湿度的检测。DHT11是一款复合型温湿度传感器，采用单总线方式直接送出温度和湿度值，使用时只需要电源和任意一个I/O口配合上拉电阻便可对其操作和访问。DHT11供电范围为3.3-5.5V，可以很方便的应用于各种单片机和嵌入式系统。DHT温度测量范围为0-50度，湿度为20%-90%RH，完全满足室内环境的监测。
DHT11接口电路如图2所示。
2.2 气体传感器
设计采用电阻型MQ-2气体传感器对空气中的烟雾和可燃气体进行检测。MQ-2气体传感器采用二氧化锡气敏材料进行气体的检测。二氧化锡在纯净的空气中电导率很低，一旦空气中有其他气体的存在，其电导率随空气中气体的浓度增加而增加，通过简单的电路便可将气体浓度信号转换成对应的电信号。MQ-2传感器不但对如液化气、甲烷、氢气等可燃气体灵敏度很高，而且对烟雾也有着理想的响应曲线。
MQ-2气体传感器测试电路如图3所示。传感器需要提供加热电压进行预热，加热过程大概30秒，然后便可以正常输出。加热电压和电源可采用统一电源供电，选择合适的负载电阻即可。
2.3 PM2.5灰尘传感器
PM2.5检测采用了日本夏普公司的GP2Y1010AU0F灰尘传感器，该传感器电压输出与灰尘浓度具有良好的线性关系。传感器采用光学方式进行灰尘的检测，通过控制内部LED发光时间然后检测对应光学腔内接受到的光强，经过内部相应的放大处理从而得到对应的电压。传感器采用5V供电，输出电压范围为0.75-3.5V，对应的灰尘浓度为0-0.5mg/m3，输出电压和浓度成一次线性关系。GP2Y1010AU0F传感器输出为模拟电压，所以需要配合AD转换器进行数据的采集，传感器接口电路如图4所示。
3 系统软件设计
基于ZigBee自组网的特性，无线部分程序设计变得相对容易，只需要记录和校验每个节点的ID即可进行数据的交互。节点的主要负责数据的采集和等待主机的数据发送请求，当收到请求时进行ID验证，若为本机ID则发送数据，否则继续等待，节点程序流程如图5所示。主机的程序设计主要负责数据的请求和接收处理，进行显示、报警、人机交互和联动控制，主机程序流程如图6所示。
4 结论
本文给出了基于ZigBee技术的室内环境监测方案，详细的分析了系统的整体设计方案，对系统的传感器电路设计做出了相应的介绍，分析了系统的可行性。最终对系统进行了整体数据采集和通信测试，良好的验证了系统的稳定性和可靠性，对室内环境的监测具有一定的指导意义和参考价值。
参考文献：
[1]徐君丽，刘冀伟，王志良.基于无线网络的智能监控系统设计与实现[J].微计算机信息，2005，21（06）：5-7.
[2]苗连强，胡会萍.基于ZigBee技术的温室环境远程监测系统设计[J].仪表技术与传感器， 2010（10）：108-110.
[3]万力，王鹏.基于ZigBee技术的温湿度监测网络设计与实现[J].低压电器， 2010：30-33.
[4]景军锋，李嘉琨.基于ZigBee技术的无线温度采集系统[J]. 微型机与应用， 2009（23）：33-35.
环境监测设计方案范文第3篇
【关键词】农业物联网 智能节点 环境监测系统
农业生产环境的监测由于农业生产的范围大、气候和环境多变，需要监测内容较多，一直是困扰农业物联网技术广泛应用的技术难题。
基于智能传感器技术和物联网技术的综合农业生产环境监测技术是农业物联网技术实施的技术基础和重要应用。农业生产环境涉及到气候、农作物及其生产环境的众多方面，需要的观测量众多，各观测量所采用的传感器技术、变送器方法各不相同，而且在分布范围广和监测时间较长的情况下，智能传感节点的设计需要综合考虑安装环境、网络连接、可用时间等众多因素，设计一种能够适用于多种节点类型，分布式布局、自组织网络的农业物联网系统，首先需要在网络架构上采用灵活部署和分布式的物联网架构，然后是分布式的智能节点设计。具体监测的参数包括大气条件、土壤情况、病虫害和农作物生长形态等。
基于农业物联网技术的农业生产环境监测系统网络，可以实现农业生产的基础数据采集和存储，通过无线传感器网络构成的无人值守的自组网结构，可以准确感知农业生产环境信息和作物信息。
本文介绍了一种基于农业物联网网络架构的智能节点设计方案，可实现农产品生产环境监测。该环境监测系统采用分布式的智能传感器现场布局，这些传感器节点可以准确感知农业生产环境信息和作物信息，通过自组织的Zigbee网络，连接到上层的智能网关，组建农业生产信息基础数据库，利用数据库的共享功能，用户可远程访问数据库，获取需要的信息，指导农业生产过程。
1 农业物联网系统网络架构设计
农产品生产环境监测系统将Zigbee传感器网络与3G/4G 网络融合并接入互联网，系统采用三层结构设计：感知节点层、网络传输层和业务应用层。感知节点层由众多分布式部署的感知节点组成，节点能够搭载多个标量及多媒体传感器节点，在读取农业环境信息的同时，还能够自组织构成可自愈的高效无线数据传输网络，与上层的网关节点保持通信；网络传输层的主要设备是智能农业网关，有能够收集下层感知节点的ZigBee主节点模块和向上与互联网连接的3G /4G无线传输模块；业务应用层的数据中心包括农业基础信息数据库和 Web服务器，农业基础信息数据库负责数据保存，Web服务器负责向互联网信息。系统的工作过程如下：智能感知节点主动构成自组织的无线传感器网络，数据融合后与智能网关进行数据传输，智能网关在保存数据内容后，再通过3G/4G网络向使用者提供互联网服务，然后定期将数据上传给上级监管部门的数据服务器；上级监管部门或农业指导部门可以根据数据内容形成报告提供给农业从员者；各类用户可通过互联网终端访问该系统，查询感兴趣的农业环境参数，如有可能，还可对部分可控节点进行控制操作。
网络传输层的无线传感器网络采用类似于ZigBee的协议，智能农业网关通过ZigBee网络与多个节点或路由器相连，构成一个星形网络。
在网络接入协议的选择上，系统可根据环境要求和应用需要，自主切换到无线WIFI或3G/4G网络，并在节能需要的情况下关闭网络开关，形成速率自适应和节能的网络接入。
2 感知层的ZigBee智能感知节点设计
智能感知节点作为整个监测系统的信息采集源头，能够为整个系统提供完整和准确的数据。节点能实时采集农业生产相关的环境信息与作物信息，并且能够通过集成多种传感器，搭建一个自组织的ZigBee网络。其中的传感器种类，包括大气条件、气象信息、土壤湿度、水环境PH值等标量数据传感器，以及为农业生产者提供直观影像的图像传感器（摄像头）。经由节点采集的数据首先在节点处进行数据处理，然后经由ZigBee网络汇聚到网络区域内的智能网关。
考虑到各类传感器节点的能耗、购买成本、覆盖范围以及传输距离的限制，如摄像头的能耗较大、价钱相对较贵，可以覆盖较大范围，一个监测区域内安放一个摄像头就可以满足应用的要求。因此不必在同一监测区域内的节点上都采用同样的设计结构，可以分别连接不同的传感器连接网关。
3 结论
本文设计实现了一种基于物联网三层结构的农产品生产环境监测系统，该系统利用可灵活部署的智能节点实现了分布式的传感网络总局，实现了对农业生产现场的环境监测和基础农业数据采集。具体采用了自组织的Zigbee网络将广泛分布在农业现场的各类农业生产数据组织在一起，利用网络传送到智能网关给农业从业人员使用。系统重点解决了在分布式环境下对于智能节点的可靠性可用性设计、冗余数据的融合处理和网络的自组织问题，是农业物联网技术的一次成功应用。
参考文献
[1]孙忠富，杜克明，尹首一.物联网发展趋势和与农业应用展望[J].农业网络信息，2010（5），pp：5-8.
[2]劳凤丹，余礼根，滕光辉.设施农业3G+VPN远程监控系统的设计与实现[J].中国农业大学学报，2011，16（2）.pp：155-159.
作者单位
环境监测设计方案范文第4篇
关键词：环境影响评估；环境监测；应用
在我国社会持续不断发展的过程中，人们对于环境的保护意识在不断的强化，通过环境和经济的协调来达到共赢的目的，已经成为了现代社会发展过程中的一个重要趋势。环境监测对环境本底水平、环境污染程度起着监督作用。环境影响评价为环境发展起着约束、指导性作用。二者分别有各自的工作职能体系，又存在着不可分割的联系。环境监测本身是贯穿于整个环境评价体系之中的一个重要因素，只有对环境监测工作进行强化，才能够使得环境的评价体系能够得到更高的保障。
1 环境监测的概述
环境监测是环境保护过程中所涉及到的一个重要组成部分，其环境监测的各项数据能够精确的反映出当前整个社会环境的真实质量，而环境监测数据为环境管理、环境规划、环境影响评价等方面工作提供了极为可靠的数据支持，是以上各工作过程的理论基础及重要环节。环境监测所具有的水准高低对于整个社会的环境工作水平起着决定性作用，为环境保护工作提供了极为准确的发展依据。为了对环境监测的质量进行加强，最大限度的提升环境保护的能力，国家当务之急应当针对环境监测工作进行专项支持，促使环境监测工作能够得到良好的发展。
2 环境监测基本点
以环境作为对象，采用化学、物理、生物等方面的技术手段在对周边环境之中所存在的污染物以及大量的有关组成部分进行全面详细的分析，以此来找出环境质量中所存在的众多规律。环境监测的对象不仅仅有大气环境监测、水环境监测、噪声监测、土壤环境监测等环境要素的监测，同样还涉及到了放射性物质的监测。而在对环境中所存在的各种不同污染物质进行检测的过程中，必须要先对该区域历史时期空间环境所具体发生的情况进行调查，其调查的数据中还必须要包括环境质量结构、组成结构等反面的数据信息。本质上来说，进行环境监测的主要目的就是为了能够对环境所出现的变化及时发现，从而采取相应的解救措施，达到保护环境的目的，为环境可持续发展奠定坚实的基础。
环境监测的基本特征：环境监测在环境影响评估中占据重要角色，环境监测具有两个特征，一是环境监测以统计学为基础，与自然学科和社会知识互相渗透，二是环境监测的目的是为社会服务，环境监测的监测对象是各环境要素的各类环境情况，监测的数据反应了环境现状及变化情况，在监测的基础上为人类制定科学的环境规划提供了科学依据。
环境监测的法定地位：环境监测实质上是一项政府行为，是应用监测技术手段，对一切违反环境法律，行政规章和政策制度的行为进行监测，为环境执法提供科学依据的过程。环境监测的实现是由各级环境监测站共同完成的，因此，监测站要对所监测的数据承担相应的法律责任。
3 环境影响评价程序
3.1 现状环境影响评价：在环境评价单位进行环境影响的评价的同时，相关的监测部门也应当在这一过程中对项目拟建设地环境进行持续的监测，并针对建设项目性质对各环境要素进行逐一监测，以便于项目拟建设地环境本底值分析及现状污染源分析，作为来判定建设项目建设完成之后各污染物排放情况是否在周边环境的可承受范围之内的预测分析数据基础。
3.2 环境预测阶段。依据当地地区的实际情况以及周边环境来进行周密的分析，利用相关模型预测出该项目在建设完成之后，各环境要素所呈现出来的污染状态是否是在周边生态自然环境中所能够承受的范围内。
3.3 跟踪评价，这其中所指的主要是大型建筑项目，而进行跟踪评价的主要目的就为了针对部分与预期有着较大出入的项目所必须要进行的一项严格监测措施，这是现代社会进行环境管理过程中极为常见的一项管理措施。
4 环境影响评价中环境监测工作的主要内容
4.1 调查阶段的主要内容
在建设项目环境影响评价的调查阶段，主要是针对该项目的环境评价等级、环境条件等指标进行调查分析，通过选择恰当的监测目标，结合其对建设项目环境的影响因子，运用科学、合理、成熟的环境监测手段或工具，形成一套较为科学、可行的建设项目环境监测实施方案。然而，所制定的建设项目环境监测实施方案并非人为随机制定出来的，它的制定遵循以下基本原则：所制定的建设项目环境监测实施方案必须体现出经济的原则，并能够真实地反映出建设项目周围环境的实际情况；对于建设项目周边出现的威胁性较为严重的污染因素必须进行优先监测。
4.2 验收阶段的主要内容
在建设项目验收阶段，环境监测工作的主要内容是针对环境保护指标进行检测，运用专门的环保设备并对其效果进行测试，之后对设计方案中的目标污染因素进行监测，并对建设项目内部较为敏感的环境地点实施调查。总之，在建设项目竣工验收阶段，必须确保整个工程项目的环境指标达到相关要求，满足其良好运行具备较为稳定的环境状态，在这一稳定状态下，对污染因素做出准确检测，并作出最终的环境影响评价。
5 环境监测在环境评价体系中的地位与功能
5.1环境监测是环境评级的基础
对建设项目自身在环境影响评价的过程中，必须要针对该项目周边环境的多项因素来进行全面详细的分析，例如项目自身的水环境、大气环境、噪声环境等多方面。当部分项目在正式落成之后，还必须要在项目落后之后对于周边环境所带来的各方面变化因素进行全面的监测，只要利用精确的环境检测数据，便能够切实有效的反映出这部分现象，并且只有充分、精确的把握住了环境的相关数据和整体性质量。依据权威性的监测数据，来判断出周边环境是否能够承受某些项目所带来的污染现象，这是环境评价体系中的一个基础。
5.2环境监测在环境评价中具有监督功能
对环境进行严格监督的措施较多，但是一直以来，环境监测都是一项极为基本的监测措施，而项目在完成之后，针对项目自身的各方面排放、运行等进行周密的监测有着极大的必要性。监测的主要方面为项目正式启动之后其周边的水环境、大气环境是否在这一过程中出现了剧烈的波动，这类变化都需要通过环境监测之后的权威性数据来作为最终评估的标准，只有在科学合理的环境监测数据基础之上，才能够起到良好的环境监督效果。这对于地区环境监测工作来说，起到了极其重要的作用。
5.3环境监测贯穿于环境评价体系之中
对于环境监测的严格性，就是对地区环境负责任的态度。当工程项目委托相关部分进行环境监测之后，评价机构就需要对当地的实际环境数据进行评估，其评估的内容包括了噪声、水、大气等多个方面的环境因素。在环境可行度地范围内规定项目的可行性，在项目建成后3个月之后对项目进行监测，这期间的监测是对项目环境影响评价最主要的环境要素进行相应的评价和监督，监测是否超出环境承载度，环境影响评价中的评价都需要环境监测在早期，运行初期和后期的数据的支持。
6 结束语
近几年来，在我国社会不断进步的情况下，市场经济已经在这一过程中取得了较大的发展。而在经济体系迅速发展的过程中，人们对于自然资源的需求在不断增大，直接导致环境问题越发严重，我国为了能够实现环境和经济体系的协调发展，提出了可持续发展的战略目标，与环境保护有着密切联系的相关法律规章也在不断的出台。在环境影响评价之中，环境监测工作作为一个不可或缺的重要环节，要切实有效的实现可持续发展的环境战略目标，就必须要将环境监测工作之中所涉及到的多个方面落到实处，制定完善的评价体系。
参考文献：
[1]彭筱峻，袁文芳，朱艳芳.生态环境监测的现状及发展趋势[J].江西化工，2013，（02）.
环境监测设计方案范文第5篇
关键词：室内环境质量监测；温湿度；光照；ZigBee
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）01-00-03
0 引 言
健康舒适的室内环境对任何一种建筑来说都尤为重要，实验室作为人员密集型建筑，良好的室内环境有助于提高学生的学习效率。如果温度过高或过低，湿度过湿（高于70%）或过燥（低于30%），光照的过明或过暗，都会使学生产生不适感，影响正常排汗和情绪、降低注意力。由此可见，实验室环境的不尽人意，在无形中影响了学生的健康和学习效率。因此，开发了室内环境质量无线监测系统，以便24小时监控实验室的环境质量参数。本无线检测系统的主要特点如下：（1）该系统可以延长实验室里面设备的使用寿命，为设备提供一个安全的使用环境；（2）该系统能够提高管理效率，温湿度数据可以远程传输，管理人员在巡查的时候不必到机房去就可以远程了解实验室的环境问题；（3）本系统可以代替管理人员24小时监控非上班时间实验室存在的安全隐患，达到对实验室远程监控的目的。
1 系统总体设计
在日常生活中，由于存在个体差异，在各种条件下要找到一个单一的指标来准确反映人体对环境的舒适性是很困难的。因此，在环境舒适性的检测过程中，我们往往关注三个比较重要的影响环境舒适性的因素：温度、湿度、照度。所以本系统针对实验室的环境分别采集温度、湿度、照度这三个因素来衡量实验室环境的舒适性。系统的总体设计框图如图1所示。
图1 室内环境无线监测系统的总体设计框图
本文所述的室内环境无线监测系统分为硬件设计方案和软件设计方案两部分。
1.1 硬件设计方案
该系统采用模块化的硬件设计，由STC12系列单片机微控制器、温湿度传感器、光照传感器、CC2530芯片的ZigBee收发模块、液晶显示模块、电源模块等组成。该终端具有室内环境参数的自动采集、计算处理等功能，它可以连续自动地测量温度、湿度、光照这些指标，各种要素经过传感器将模拟量转化成相应数字量，供采集器定时处理后给单片机进行处理，实现数据的采集、显示及无线传输。
1.2 软件设计方案
室内环境无线监测系统的软件设计由主程序、温湿度传感器驱动子程序、光照传感器驱动子程序、LCD12864液晶显示子程序、串口通信子程序等组成。对于硬件方案用到的编程软件其中包括对于微控STC12C5A60S2进行C语言程序编译的Keil软件，将Keil软件生成的.hex头文件烧录至MCU中的下载软件STC-ISP中。
2 室内环境质量无线监测系统的硬件设计
实验室室内环境质量无线采集系统在硬件设计过程中，使用了模块化的设计方法，分别为微处理器电路设计、数据采集模块电路设计、显示模块电路设计、串口通信电路设计、无线收发模块。在本系统中，对实验室室内环境质量参数数据的采集主要依靠各种传感器，如温湿度传感器AM2301、照度传感器模块GY30。这些传感器的工作原理是利用物质各种物理性质随环境变化的规律把温度、湿度、照度等转换为模拟量或数字量进行输出，通过单片机采集这些电量数据并对其进行计算即可确定各环境参数的数值。在室内环境质量无线监测系统的设计中，本文使用了STC12C5A60S2单片机进行设计。具体包括：单片机最小系统，温湿度接口电路，光照接口电路，接口电路，电源电路，串口通信接口电路。
2.1 MCU的选型
本系统设计采用的是STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60S2 在众多的51系列单片机中，算是国内STC 公司的1T增强系列中更具有竞争力的一种，因为他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内具有Flash工艺的大容量程序存储器。如STC12C5A60S2单片机内部就自带高达60 K的 FlashROM，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。而且STC系列单片机支持串口程序烧写。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可进行加密，很好地保护了用户的劳动成果。
2.2 温湿度传感器AM2301
DHT21数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT21传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。
2.3 光照传感器模块GY30
本系统采用新型单片测光芯片GY30模块，该模块的工作电压为3.3 V，内置了BH1750芯片，可以对广泛的亮度进行1勒克斯的高精度测定，实现了照明度（1～65 536勒克斯）数字值的直接输出。主控器通过I2C（Inter-Integrated Circuit） 通讯接口读取GY30采集到的数据，然后按照用户要求的形式通过界面将数据呈现出来。
2.4 ZigBee数据传输模块选型
本系统中所使用的ZigBee模块为某电子公司的无线模块，该无线模块在产品类型中分为三种：ZigBee（Coordinator-协调器）模块、ZigBee Router（路由器）模块、ZigBee End Device（终端设备）模块。 ZigBee能耗无线监测终端的硬件设计中，无线ZigBee模块（Router-路由器）的功能是以无线方式发送数据资料包，并寻找最适合的路由路径，当有其他终端节点加入时，其也可为其他终端节点分配地址。CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，其内部包含一个8051 CPU，且系统内可编程，其支持TI官方指定的IAR编译软件，并具备8 KB RAM，因此，CC2530是一个完整的SoC解决方案。通过其可以建立强大的无线传感器网络。
2.5 ST7920型12864液晶显示模块
为了在节约硬件资源的基础上可以得到更丰富的显示内容，并考虑到低功耗的要求，本系统设计中的显示电路采用ST7920型12864带字库的液晶显示模块。
3 室内环境质量无线监测系统软件设计
本节的主要内容是进行室内环境质量无线监测系统的软件设计，软件设计的核心为底层硬件温湿度传感器AM2301模块、光照传感器GY30模块、LCD12864液晶、串口通信等编写驱动程序，使得监测系统在上电后可以分别正常监测温湿度值、光照值的显示，及进行串口通信。室内环境质量无线监测系统主控程序流程图如图2所示。
图2 室内环境质量无线监测系统主控程序流程图
3.1 温湿度传感器AM2301驱动子程序设计
DATA数据线用于MCU与 AM2301之间的通信。四十比特完整的数据=十六比特的湿度数据值+十六比特的温度数据值+八比特校验和。例如，接收四十比特的数值，温湿度传感器AM2301的数据格式如图3所示。
图3 温湿度传感器AM2301的数据格式
空闲时总线为高电平，通讯开始MCU拉低总线1～10ms，然后释放总线，延时20～40 μs后主机开始检测响应信号。从机AM2301的响应信号是一个80 μs左右的低电平，随后从机在拉高总线80 μs左右代表即将进入数据传送。长的高电平代表的是信号1；短的高电平代表的是信号0。温湿度传感器AM2301数据传输的时序图如图4所示。
图4 温湿度传感器AM2301的数据传输时序图
3.2 光照传感器GY30驱动子程序设计
GY30与主控器之间的通讯使用I2C通讯协议。时钟线为高电平时，数据线由高电平向低电平变化表示开始信号；时钟线为高电平期间，数据线由低向高变化表示结束信号。I2C通讯协议的起始信号与终止信号时序图如图5所示。
图5 I2C通讯协议的起始信号与终止信号时序图
3.3 串口通信子程序设计
上位机对单片机所存储的数据的读取是通过USART实现的。由于单片机内部集成有USART模块，因此MCU只需要连接MAX232芯片，就能和PC通信。首先，单片机要设置异步通信的比特率数据位、停止位、校验方式等，最后才打开中断。在本系统中，异步串口通讯模块比特率设置为9 600，通信模式采用模式l，即每次发送的有效数据为8位，另加一位停止位。串口通信的软件设计流程图如图6所示。
4 结 语
本文针对室内环境质量的关键问题，基于物联网技术，采用无线数据采集与传输等先进信息技术手段，准确采集室内环境质量数据，使实验室室内环境质量在计量、采集、统计方面更加完善，同时确保实验室的正常、高效、健康、稳定地运行。管理人员只需要通过网络就可以了解实验室环境的实际情况，从而极大地减轻对实验室的管理工作，实现实验室的科学管理。
图6 串口通信的软件设计流程图
参考文献
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