单片机的无线环境监测装置设计(附件)【字数：20133】
摘 要摘 要 随着科技、经济的发展与进步，现代的环境监测设备日趋数字化和智能化。这些年来，工业界以及学术界对无线传感器网络技术的研究渐渐地越来越热门，因为将它应用在军事和人民生活的范围内的话，有十分广阔的未来。而且伴随着微电子技术、传感器技术、无线通讯技术和嵌入式计算机技术等的发展与进步，无线传感器网络技术也得到了疾速的成长。这些都为环境监测供给了更为有用和高效的途径与方式。在现实的工程开发和运用中，通常有必要在不同地方实施对多种参量（如温度、湿度、光照强度、气体浓度等）的监测。使用无线环境监测装置，就能够对所需要的环境参量进行越发高效及时的采集、传递和显示。为了完成对环境参量发展过程的同步监测，本课题设计了一款基于AT89C51单片机的无线环境监测装置。此装置由一个监测终端和一个监测节点构成。监测终端是以AT89C51单片机为中央监控系统的，并配合无线接收和发送模块以及液晶显示模块等，可实现无线接收监测节点传送过来的数据并显示出来的功能。监测节点由AT89C51单片机、无线发送和接受模块、光照强度及温湿度传感器数据采集模块等构成，可实现对周边温湿度和光照信息的探测。本课题设计的无线环境监测装置可以在现实的应用中对环境参量实施确切的探测和高效的传输，展现了该装置无线化、数字化和智能化的优势。关键词无线环境监测；51单片机；传感器；数据采集
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 环境监测及报警技术在设施农业上的应用 3
1.3 国内外研究现状 4
1.3.1 国外研究现状 4
1.3.2 国内研究现状 5
1.4 研究的内容及意义 6
1.5 本章小结 7
第二章 系统总体分析与设计 8
2.1 温室环境因子的选择 8
2.1.1 温度对作物生长的影响 8
2.1.2 湿度对作物生长的影响 9
2.1.3 光照强度对作物生长的影响 9
2.2 系统结构及工作原理 10
2.3 系统软件的设计方案分析 11
2.3.1 系统采集端 11
2.3.2 系统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
接收端 12
2.4 本章小结 12
第三章 系统硬件设计 13
3.1 系统监测终端的设计 13
3.1.1 单片机的设计 14
3.1.2 液晶显示模块的设计 15
3.1.3 晶振电路的设计 16
3.1.4 复位电路的设计 17 3.2 系统监测节点的设计 18
3.2.1 温湿度检测模块的设计 19
3.2.2 光强度检测模块的设计 20
3.3 无线收发模块的设计 20
3.4 本章小结 21
第四章 系统软件设计 22
4.1 开发语言与开发环境 22
4.2 系统监测终端软件设计 22
4.3 系统监测节点软件设计 24
4.3.1 温湿度检测模块软件设计 25
4.3.2 光强度检测模块软件设计 26
4.4 无线收发模块软件设计 27
4.5 本章小结 29
第五章 系统调试测试与分析 30
5.1 系统调试 30
5.2 系统测试与数据分析 32
5.3 可靠性与有效性分析 33
5.4 本章小结 33
结论 34
致谢 35
参考文献 36
附录 37 第一章 绪论
1.1 研究背景
环境监测（Environment Monitoring）的步骤首先是测量并确定与环境质量成分相关的典型因素，分析得出环境的质量有多好（或污染的程度有多坏）然后找到这种程度的变化趋向。环境监测检验并测试对人和环境有影响的各类物质所包含的量和排放出来的量，追踪环境质量的变换趋势，明确肯定环境质量的好坏程度，为环境管束、污染整改等工作奠定基础和担保。笼统地说，对环境水平进行最基本的认知然后再进行环境的监督和检测，提供了展开所有环境工作的重要条件。环境监测常常可以包含对地理环境条件的调查、监测环境所用方案的敲定、监测环境时采集点的改进、在实践场地对所测样本的搜集、对样本的输送、对样本的测验、测验后数据的采集、分析并归纳结论等过程，总而言之，就是规划采样剖析归纳的获得信息的过程[1]。环境监测的首要方法有物理方法（关于声和光的监督和检测）、化学方法（包含质量法、分光广度法等）、生物方法（监督环境变更对生物以及生物种群的作用）。环境监测的意义在于确切、实时、周详地展现环境质量的近况及进展趋向，为污染源管制、环境治理、环境谋划等环境工作供上科学凭据。
环境监测系统（Environment Monitoring System）尽量足够地使用自然环境资材，在监督并检测环境参量如温度、湿度、气体浓度、光强度等的同时来获取环境监测所依据的各种数值，进而实现认知环境状况、拟定对应的应付对策的目的。环境监测系统是一种繁复的系统，它必需对种种繁杂的环境参量实施自动监督检测、信息处置办理、在线改良改进和实时操控限制。环境监测系统集通信网络、传感器技术和计算机应用为一体，综合分析和处理数据[2]。这个世界里的事物总是发展得那么快，最近这几年里电子信息技术、自动控制技术和大规模集成电路技术等一系列的技术像雨后春笋般地卯足了劲一直不断地完善和创新，这就给那些想发明出高科技环境监测方法和环境监测设备的好多的西方发达国家以“可乘之机”，它们不断地利用这些技术去实现自己的想法和创造。和这些国家的环境监测体系的实力相比较，现在我国的环境监测体系的实力还不能望其项背，但我们也不是因此泄气而停滞不前的，改革开放以来我国的经济与科技实力都处于不断上升的阶段，借此机会我们就可以给环境监测系统的研究与开发添柴加薪。我国的研究人员自行设计出了几套环境监测项目，可总体来说，这些设备的技术水平仍有待提高。此外，原来的监测方法和处理方式浪费时间也吃力不讨好，已经附和不了每天都在增加的需求。如今中国供人们平时生活时使用的环境监测系统基本上没有，而且环境监测点往往地点分布得比较杂、地理条件多而乱、没有固定的人看守，所以人为地去查看并记录各监测点显示的数据的话非常麻烦，单位时间内去执行并完成的任务数也比较少。并且用有线的方式搜集各监测点的数据放进去的成本大、放置缆线的时候很费事、传送数据的路程还有限制，并不能弄出一个完美的监控网。为此，有必要设计一种新的方案，以便可以将测量得到的参量无线地发送给主机来进一步处置。
近年来微电子技术、射频技术和集成电路技术突飞猛进，无线通讯技术也得到了飞快的成长。实行无线通讯越来越简单，无线通讯传送数据的速度越来越快，可靠程度也越来越高，这样一来无线通讯有望在将来的某一天超过有线网络成为主宰。无线传感器监测系统在国际上备受瞩目，它集中了很多知识、涵盖了很多学科，并且将传感器技术、嵌入式计算机技术、网络技术、现代无线通信技术、分布式信息处理技术等结合在了一块儿，在各种集成化的微型传感器的共同作用下，可以及时地监测和征集不一样的环境参量或着被监测对象的消息[3]。这些消息通过无线传送的方法被发送出去，然后以自组多跳的办法被传递转达到人机界面的那一端，从而连接了计算机世界、物理世界以及人类社会这三者。有着这么大的跨度和广度，传感器网络的应用前景自然也就不在话下，囊括了包含都市管理、医疗环境、工农业、军事国防、抢险救灾、危险区远距离操控等在内的众多的热门范畴，这样炙手可热的程度让各国的学术界和工业界都自发地关注着它的发展，那些专家学者们一致认为传感器网络技术是21世纪拥有伟大影响的技术之一[4]。从21世纪开始，美国和欧洲的一些国度就一个接着一个地开启了很多有关无线传感器网络的探究，还得到了好多令人咋舌的成绩。最近的这几年我国也在大力支持对无线传感器网络的探究，可让人无法欣喜的是，国内关于传感器网络的探究还是处于一个刚开始的级别，基本上在研讨基础概念和尾随国际发展方向的状态上停滞不前，这就引起了现实情况应用典范的缺失和产业竞争优势的缺乏。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 环境监测及报警技术在设施农业上的应用 3
1.3 国内外研究现状 4
1.3.1 国外研究现状 4
1.3.2 国内研究现状 5
1.4 研究的内容及意义 6
1.5 本章小结 7
第二章 系统总体分析与设计 8
2.1 温室环境因子的选择 8
2.1.1 温度对作物生长的影响 8
2.1.2 湿度对作物生长的影响 9
2.1.3 光照强度对作物生长的影响 9
2.2 系统结构及工作原理 10
2.3 系统软件的设计方案分析 11
2.3.1 系统采集端 11
2.3.2 系统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
接收端 12
2.4 本章小结 12
第三章 系统硬件设计 13
3.1 系统监测终端的设计 13
3.1.1 单片机的设计 14
3.1.2 液晶显示模块的设计 15
3.1.3 晶振电路的设计 16
3.1.4 复位电路的设计 17 3.2 系统监测节点的设计 18
3.2.1 温湿度检测模块的设计 19
3.2.2 光强度检测模块的设计 20
3.3 无线收发模块的设计 20
3.4 本章小结 21
第四章 系统软件设计 22
4.1 开发语言与开发环境 22
4.2 系统监测终端软件设计 22
4.3 系统监测节点软件设计 24
4.3.1 温湿度检测模块软件设计 25
4.3.2 光强度检测模块软件设计 26
4.4 无线收发模块软件设计 27
4.5 本章小结 29
第五章 系统调试测试与分析 30
5.1 系统调试 30
5.2 系统测试与数据分析 32
5.3 可靠性与有效性分析 33
5.4 本章小结 33
结论 34
致谢 35
参考文献 36
附录 37 第一章 绪论
1.1 研究背景
环境监测（Environment Monitoring）的步骤首先是测量并确定与环境质量成分相关的典型因素，分析得出环境的质量有多好（或污染的程度有多坏）然后找到这种程度的变化趋向。环境监测检验并测试对人和环境有影响的各类物质所包含的量和排放出来的量，追踪环境质量的变换趋势，明确肯定环境质量的好坏程度，为环境管束、污染整改等工作奠定基础和担保。笼统地说，对环境水平进行最基本的认知然后再进行环境的监督和检测，提供了展开所有环境工作的重要条件。环境监测常常可以包含对地理环境条件的调查、监测环境所用方案的敲定、监测环境时采集点的改进、在实践场地对所测样本的搜集、对样本的输送、对样本的测验、测验后数据的采集、分析并归纳结论等过程，总而言之，就是规划采样剖析归纳的获得信息的过程[1]。环境监测的首要方法有物理方法（关于声和光的监督和检测）、化学方法（包含质量法、分光广度法等）、生物方法（监督环境变更对生物以及生物种群的作用）。环境监测的意义在于确切、实时、周详地展现环境质量的近况及进展趋向，为污染源管制、环境治理、环境谋划等环境工作供上科学凭据。
环境监测系统（Environment Monitoring System）尽量足够地使用自然环境资材，在监督并检测环境参量如温度、湿度、气体浓度、光强度等的同时来获取环境监测所依据的各种数值，进而实现认知环境状况、拟定对应的应付对策的目的。环境监测系统是一种繁复的系统，它必需对种种繁杂的环境参量实施自动监督检测、信息处置办理、在线改良改进和实时操控限制。环境监测系统集通信网络、传感器技术和计算机应用为一体，综合分析和处理数据[2]。这个世界里的事物总是发展得那么快，最近这几年里电子信息技术、自动控制技术和大规模集成电路技术等一系列的技术像雨后春笋般地卯足了劲一直不断地完善和创新，这就给那些想发明出高科技环境监测方法和环境监测设备的好多的西方发达国家以“可乘之机”，它们不断地利用这些技术去实现自己的想法和创造。和这些国家的环境监测体系的实力相比较，现在我国的环境监测体系的实力还不能望其项背，但我们也不是因此泄气而停滞不前的，改革开放以来我国的经济与科技实力都处于不断上升的阶段，借此机会我们就可以给环境监测系统的研究与开发添柴加薪。我国的研究人员自行设计出了几套环境监测项目，可总体来说，这些设备的技术水平仍有待提高。此外，原来的监测方法和处理方式浪费时间也吃力不讨好，已经附和不了每天都在增加的需求。如今中国供人们平时生活时使用的环境监测系统基本上没有，而且环境监测点往往地点分布得比较杂、地理条件多而乱、没有固定的人看守，所以人为地去查看并记录各监测点显示的数据的话非常麻烦，单位时间内去执行并完成的任务数也比较少。并且用有线的方式搜集各监测点的数据放进去的成本大、放置缆线的时候很费事、传送数据的路程还有限制，并不能弄出一个完美的监控网。为此，有必要设计一种新的方案，以便可以将测量得到的参量无线地发送给主机来进一步处置。
近年来微电子技术、射频技术和集成电路技术突飞猛进，无线通讯技术也得到了飞快的成长。实行无线通讯越来越简单，无线通讯传送数据的速度越来越快，可靠程度也越来越高，这样一来无线通讯有望在将来的某一天超过有线网络成为主宰。无线传感器监测系统在国际上备受瞩目，它集中了很多知识、涵盖了很多学科，并且将传感器技术、嵌入式计算机技术、网络技术、现代无线通信技术、分布式信息处理技术等结合在了一块儿，在各种集成化的微型传感器的共同作用下，可以及时地监测和征集不一样的环境参量或着被监测对象的消息[3]。这些消息通过无线传送的方法被发送出去，然后以自组多跳的办法被传递转达到人机界面的那一端，从而连接了计算机世界、物理世界以及人类社会这三者。有着这么大的跨度和广度，传感器网络的应用前景自然也就不在话下，囊括了包含都市管理、医疗环境、工农业、军事国防、抢险救灾、危险区远距离操控等在内的众多的热门范畴，这样炙手可热的程度让各国的学术界和工业界都自发地关注着它的发展，那些专家学者们一致认为传感器网络技术是21世纪拥有伟大影响的技术之一[4]。从21世纪开始，美国和欧洲的一些国度就一个接着一个地开启了很多有关无线传感器网络的探究，还得到了好多令人咋舌的成绩。最近的这几年我国也在大力支持对无线传感器网络的探究，可让人无法欣喜的是，国内关于传感器网络的探究还是处于一个刚开始的级别，基本上在研讨基础概念和尾随国际发展方向的状态上停滞不前，这就引起了现实情况应用典范的缺失和产业竞争优势的缺乏。
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