劉艷芳

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們對環(huán)境問題及健康問題日益重視，而在所有污染物中，SO2和NO2是導致空氣和人民生活質(zhì)量下降的原因之一，所以通過對這些模擬量的測量來實現(xiàn)空氣質(zhì)量的遠程監(jiān)測是非常必要的。文章詳細的介紹了以AT89S51單片機為控制核心，RS-485串口通信，ADC0809轉(zhuǎn)換，LCD1602液晶顯示等外圍模塊實現(xiàn)對SO2和NO2實時采集處理、顯示、報警等功能。此設計系統(tǒng)達到了測量SO2和NO2的目的，測量結果由液晶屏顯示出來，通過串口線可以和上位機進行通信，上位機也可以通過串口線對下位機進行控制，系統(tǒng)具有抗干擾性能和自我恢復能力。

關鍵詞：空氣污染；SO2和NO2；濃度；監(jiān)測

1 引言

1.1 研究的背景及意義

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展 ，工業(yè)化和城市化突飛猛進，環(huán)境問題日益嚴重。人類正面臨溫室效應、酸雨和臭氧層遭到破壞三個方面大氣污染問題。這些問題表現(xiàn)在二氧化硫、二氧化氮以及總懸浮顆粒物濃度在大氣環(huán)境中嚴重超標；還有機動車尾氣污染物中的氮氧化物污染排放總量迅速增加；這些情況都導致一些重工業(yè)城市PM值達到2.5，人們的身體健康受到嚴重威脅嚴重的污染都對居住在城市里面的居民的健康造成了很大的傷害。而這樣污染日益嚴重的生活環(huán)境讓人們的生活越來越緊張。但是我們要明白，雖然我們都是大氣污染的受害者，但是大氣污染的制造者也是我們，所以環(huán)境治理和保護依然是我們當今任務中的重中之重。

1.2 空氣質(zhì)量監(jiān)測儀器的現(xiàn)狀

從九十年代起，全國各大城市注重環(huán)境監(jiān)測，建立空氣自動監(jiān)測站，并逐步實現(xiàn)網(wǎng)絡化運營管理。雖然傳統(tǒng)的質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)還普遍存在于我國各地區(qū)，但是隨著國內(nèi)環(huán)境的復雜變化，但隨著監(jiān)測范圍的擴大，數(shù)據(jù)采集量的增多，有些地區(qū)會出現(xiàn)各種問題。絕大多數(shù)的子監(jiān)測站點只能進行簡單的數(shù)據(jù)的定時采集，而且遠距離存在時間誤差，測量不準確，無法實現(xiàn)真正的實時在線監(jiān)測和遠程控制；還有監(jiān)測系統(tǒng)兼容性差，集成度低；數(shù)據(jù)格式多種多樣，多個數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)并存，統(tǒng)一管理困難；采集到的數(shù)據(jù)缺乏準確性和可靠性，不具有說服力。故從準確度及可靠性上講，整個空氣自動監(jiān)測網(wǎng)的質(zhì)量控制實際上是沒有達到要求的。

2 監(jiān)測系統(tǒng)的設計

2.1 監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計方案

采用遠程診斷的空氣監(jiān)測系統(tǒng)可以隨時和定期監(jiān)測空氣中污染氣體濃度在單機中系統(tǒng)中采用了大量的傳感元件并經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，對輸入微處理器的數(shù)字信號進行智能處理，提高了抗干擾能力和精度，并且上下位機不受距離的限制。通過單片機和個功能模塊的協(xié)調(diào)配合，完成各項任務指標。系統(tǒng)還專門采用RS-485接口，這樣我們就可以在中心室與現(xiàn)場一樣了解單機的工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的響應速度。

單片機是系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的核心，利用其高效的其高效的運算能力實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化。電源電路為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作電壓，以保證系統(tǒng)各個部分能處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。體傳感器電路分為NO2氣體檢測和SO2氣體檢測，分別測量大氣中NO2和SO2氣體含量的濃度。A/D轉(zhuǎn)換電路用于把傳感器檢測到的模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機能接受的數(shù)字信號。顯示電路用于顯示監(jiān)測到的數(shù)據(jù)。用戶可以設定時間通過定時和隨機的的方式選擇對參數(shù)的查看。氣按鍵電路是簡單的人機接口。RS-485串口經(jīng)過串口線用于單片機上位機進行通訊。電路還有濃度報警裝置，上位機也可以通過串口來設定報警值。在進行設計和制作的過程中，以各模塊為單位，來進行電路設計，將各個模塊有機的連接在一起，在與上位機連接，形成一個監(jiān)測系統(tǒng)。

2.2 功能設定

（1）用氣體傳感器來采集模擬信號。

（2）用A/D轉(zhuǎn)換器將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。

（3）當監(jiān)測到測到污染氣體超標時，蜂鳴器報警，發(fā)光二極管閃亮。

（4）在LCD顯示屏上顯示污染氣體濃度值監(jiān)測值以及是否超標。

（5）按鍵操作可進行測量值范圍的調(diào)整，及手動和自動測量的轉(zhuǎn)換。

2.3 各模塊設計方案

2.3.1數(shù)據(jù)采集電路

大氣中SO2的測量選用型號為SO2/C-100二氧化硫傳感器和NE-NO2傳感器進行數(shù)據(jù)采集的工作。兩者都是采電化學傳感器，相對于其他傳感器，它們具有更好的穩(wěn)定性，重復再現(xiàn)性，耐用性和可靠性，快速反應和高靈敏度良好選擇性，線性輸出和良好的穩(wěn)定性。最重要一點是性價比合理，適用于廣泛應用。

數(shù)據(jù)采集電路方案具有很大優(yōu)勢，電路簡單，成本低，能夠滿足環(huán)境監(jiān)測的要求，

2.3.2串口通信設計

該模塊實現(xiàn)傳輸信號，將采集的信號送到CPU進行相應處理。

采用RS-485通信標準；根據(jù)設計要求，數(shù)據(jù)傳輸應不受距離限制，RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率高，最大傳輸距離遠，抗共模干能力增強，可實現(xiàn)遠距離自動控制。采用RS-485通信標準傳輸，可以滿足要求。

2.3.3顯示模塊

該模塊用于顯示接收到的氣體濃度值和讀取單片機內(nèi)部的時間數(shù)據(jù)。

采用LCD液晶顯示。點陣字符型LCD可顯示字母、數(shù)字、符號，其驅(qū)動電壓低、功耗小，畫面效果好，抗干擾強、可靠性高、顯示信息量大且生產(chǎn)過程自動化、成本低廉、可以制成各種規(guī)格和類型的液晶顯示器，便于攜帶等。

3 結論

在查閱了有關文獻，調(diào)查空氣污染現(xiàn)狀，然后了解單片機，傳感器，A＼D轉(zhuǎn)換器的基本知識等等。設計了以單片機為核心電化學傳感器測量二氧化硫濃度的系統(tǒng)方案，其功能包括二氧化硫和二氧化氮濃度的測量，模數(shù)轉(zhuǎn)換，報警，串口通信，LCD顯示。本設計中幾個有特色的地方：

（1）采用單片機。在當今社會中，單片機使用的非常廣泛，它有著別的無法取代的優(yōu)點，運算速度快，體積小，性價比高，保護性強，而且編程比較簡單，比較適合人們在日常生活中的使用。

（2）采用RS-485通信。RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率高，最大傳輸距離遠，抗共模干能力增強，即可以實現(xiàn)近距離傳輸，也可進行遠距離傳輸，可實現(xiàn)遠距離自動控制。

這次設計不僅要了解該設計的工作原理、功能以及模塊作用等，還要根據(jù)各種因素選擇各模塊方案，進行系統(tǒng)設計，實現(xiàn)各項功能。 在設計方案的同時，也時刻提醒人們，喚起人們的危機意識，呼喚人們行動起來，共同保護我們的家園，從這個角度來說，只有真正讓廣大群眾行動起來，才能使環(huán)境徹底的改變，光靠政府的政策是遠遠不夠的，這次研究的有著重大的意義。

參考文獻

[1]李秀芬，高俊杰. 單片機布線系統(tǒng)的研制.2000：161～227

[2]徐惠民，安德寧.單片微型計算機原理接口及應用[M].北京郵電大學出版社

[3]李剛.生物電子學[M].北京：中國電力出版社，2009：120～150

[4]楊旭.環(huán)境監(jiān)測儀器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].中國計量，2011，23（3）：29～31