具有无线传输功能的环境检测仪.pdf

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1、 摘要 环境检测广泛应用于适用于化工、石油、汽车、机械制造等工业场所和家庭、 温室、水站、机房等社会角落。如何快速、准确地对气体浓度，温度，压力、湿度 等环境因素做出检测预报成为这个领域需要解决的重要问题。在某些情况下，地理 位置，周边情况复杂，架设线路会很不容易，这样会给环境检测造成很大的不便， 也会使隐患增加。该装置是一个用单片机A T 8 9 S 5 2 作为核心并且有无线信号传输功 能的环境检测仪器，它可以采集处理各种环境信息，并利用无线通信解决了布线难 的问题。 该设计采用传感器采集处理各种环境信息，选用了温度和气体浓度传感器，A D 模数转换器，将物理信号转换成了电信号；传感器对环

2、境温度比较敏感，该设计采 用D S l 8 8 2 0 ，对所采集转换的数据进行温度补偿，用于降低误差，从而提高检测的 准确性；该设计采用N R F 9 0 5 ，它是一个且有无线数据收发的芯片；该设计还具有显 示报警功能，当所测得环境数据超出所设定安全范围时，将报警，并于此时，将报 警信息通过G S M 平台，发送到手机上。 该装置是一个具有无线信号传输功能的高精度环境检测仪，它提高了环境检测 中对温度、湿度、压力、气体浓度等因素测量的精度和可靠性，并且适用于环境恶 劣的情况中。它还有显示报警功能并可以把信息发送到手机用户。 关键词检测：单片机：A D ；G S M ； A b s t r

3、a c t E n v i r o n m e n td e t e c t i o ni nt h e c o m m u n i t yh a sb e e nw i d e l yu s e df o rp e t r o l e u m ， c h e m i c a l ，m a c h i n e r ym a n u f a c t u r i n g ，m e t a l l u r g i c a l ，a n do t h e ri n d u s t r i a ls i t e ，s h o p p i n g m a l l s ，g a ss t a t i o n

4、 sa n do t h e rp l a c e s Q u i c k l ya n da c c u r a t e l yt ot h eE n v i r o n m e n tf a c t o rt h a t t e m p e r a t u r ep r e s s u r eh u m i d i t ya n dg a sc o n c e n t r a t i o nh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tp r o b l e m d e m a n d i n gp r o m p ts o l u t i o n H o w e

5、 v e r , d u et ot h el a y i n gO ft h em o r ed if f i c u l tl i n e so n s o m eo c c a s i o n s ，e s p e c i a l l yi n m a n yc o m p l e xi n d u s t r i a la p p l i c a t i o n s ，t ot h ee n o r m o u s d i f f i c u l t i e si nt h ed e t e c t i o no fE n v i r o n m e n tf a c t o r ,

6、t h e r e b yi n c r e a s i n gt h ep o t e n t i a lc a u s e s o fa c c i d e n t s T h ea r t i c l ei n t r o d u c e d as y s t e mt h a t d e s i g n e db a s e do nA T 8 9 S 5 2 m i c r o c o n t r o l l e rw i t hw i r e l e s st r a n s c e i v e rc a p a b i l i t i e so ft h eE n v i r o

7、 n m e n tf a c t o rd e t e c t i o n d e v i c e ，ag o o ds o l u t i o nt ot h i sp r o b l e m T h es y s t e ma n a l y z e st h eb a s i cp r i n c i p l e so fs i g n a l sc o l l e c t e db ys e n s o r s ，w i t ht h e s e r i a lA Dc o n v e r t e rT L C 2 5 4 3 ，t oa c h i e v et h eE n v

8、i r o n m e n t f a c t o rs i g n a la c q u i s i t i o n ：d u e t oe n v i r o n m e n t a lt e m p e r a t u r e s e n s o r , i no r d e rt or e d u c et h ee r r o r , t h eD S18 8 2 0 雒 a u x i l i a r yd e v i c e s ，t e m p e r a t u r ec o m p e n s a t i o no fm e a S u r e dd a t a , t o

9、 i m p r o v et h e m e a s u r e m e n ta c c u r a c y ；w i r e l e s st r a n s c e i v e rc h i p n R F 9 0 5 ，o p e nt oa c h i e v et h ed a t a t r a n s m i s s i o nc a nr e a c ha b o u t2 0 0 mw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s ；I na d d i t i o n ，t h ec i r c u i ta l s o d e s

10、i g n e dt h ed i s p l a ym o d u l eo nt h em e a s u r e m e n tv a l u e ss h o wt h a tw h e nt h eE n v i r o n m e n t f a c t o rc o n c e n t r a t i o ne x c e e d e d ，a na l a r ms i g n a l ；t h es a m et i m e ，t h eu s eo fw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o nm o d u l eT C 35 i ，

11、t h eG S Mn e t w o r ka sa p l a t f o r mt os e n da l a r mi n f o r m a t i o n t ot h eu s e rp h o n e D e s i g n e da n dd e v e l o p e daw i r e l e s st r a n s c e i v e rf u n c t i o no fc o m b u s t i b l eE n v i r o n m e n t f a c t o rc o n c e n t r a t i o nd e t e c t i o nd e

12、 v i c e ，t h ed e v i c ei m p r o v e st h ea c c u r a c yo fE n v i r o n m e n t f a c t o rc o n c e n t r a t i o nm e a s u r e m e n t , h i g hr e l i a b i l i t y , s u i t a b l ef o ri n s t a l l a t i o no fc o m p l e x a p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t s T h ep r o b l e m

13、 sc a nn o t i f yt h ea l a r mi n f o r m a t i o nt ot h eu s e r K e yw o r d sD e t e c t i o n ；M C U ；A D ；G S M 目录 l _ 鼍- - _ _ l 昌昌- _ 童_ 宣皇- _ _ 鼍_ _ 墨- 蕾_ _ 鼍昌皇-：昌_ _ - _ _ 昌冒皇昌_ _ _ _ _ 昌I 皇E 暑_ t 置l _ _ _ 昌j 目录 摘要I A b s t r a c t 。I I 第l 章绪论1 1 1 设计背景1 1 2 环境检测现有技术的发展情况1 1 3 通信技术短距离无线传

14、输的现阶段技术4 1 4 本设计的研究内容及意义6 第2 章系统功能与设计方案8 2 1 功能介绍8 2 2 系统设计方案一8 2 3 本章小结9 第3 章系统硬件电路的设计1 0 3 1核心控制电路1 0 3 2 采集信号所用电路1 2 3 2 1 采集环境信息的传感器1 2 3 2 2 信号的采集与整理一1 5 3 3A D 信号转换器1 6 3 3 1T L C 2 5 4 3 1 6 3 3 2A D 信号转换器电路设计1 9 3 4 温度补偿电路的设计1 9 3 5 无线传输电路的设计2 l 3 5 1N P F 9 0 5 ”2 2 3 5 2 N R F 9 0 5 接收器的接口

15、电路2 5 3 6 G S M 短消息平台2 5 3 6 1 T C 3 5 I ”2 6 3 6 2S I M 卡电路2 7 3 6 3电源电路2 7 3 6 4 接口电路2 8 3 7 显示电路2 9 3 8 报警电路2 9 I I I 河北科技大学硕士学位论文 3 9 本章小结3 0 第4 章软件设计31 4 1采集模块软件设计3l 4 2 温度补偿模块软件设计3 2 4 2 1温度采集3 2 4 2 2温度补偿3 4 4 3 无线收发模块的软件设计3 4 4 3 1 无线发送3 5 4 3 2 接收流程3 6 4 4 G S M 部分的软件设计3 7 4 5本章小结4 0 第5 章设计

16、测试4 l 5 1系统测试4 l 5 2误差分析4 2 5 3 改进方法4 2 结论4 3 参考文献4 4 攻读硕士学位期间所发表的论文4 7 致谢4 8 个人简历4 9 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 设计背景 环境因素检测仪广泛应用于化工、石油、汽车、机械制造等工业场所和家庭、 温室、水站、机房等社会角落，环境因素主要包括温度、湿度、压力、气体浓度等。 温度的变化，湿度的大小，压力的强弱以及有毒有害气体的浓度都有可能对周围的 仪器，人群等造成一定的影响，所以，有时，有必要快速、准确地对这些环境因素 进行检测。如何快速，准确的对温度、湿度、压力、气体浓度等因素进行监测预报 和控制就成为当

17、今社会需要解决的重要问题。 在有些环境中，情况有可能会相当恶劣，这就对无线通信技术的引入有了较高 的利用空间，在环境检测领域引入无线通信技术，可以很好的解决了在高温、低温、 空气稀薄、不易于人工作的恶劣环境中做到远程监控和无法布线环境下，对环境因 素进行检测，这样还可以解决利用有线通信传输的布线困难等缺点，大大提高了该 设计的检测能力和适用空间。 1 2 环境检测现有技术的发展情况 环境检测现有技术的发展情况和现阶段各种传感器发展技术的水平有关，当前应 用于环境检测的传感器主要针对的所测量的环境因素，一般可以分为这样几种：温 度传感器、湿度传感器、压力传感器、气体浓度传感器等。在各种传感器中，

18、又有 对不同场合使用不同的传感器的情况，也就是根据不同的要求可以选择当前现有的 传感器。虽然传感器的选择多种多样，但具体到某一确定的传感器采集确定的环境 信息后，处理各种环境信息的过程基本上一致，除各别情况下需要修正等。由于温 度、湿度、压力等环境因素检测相对简单，该设计则主要以温度和气体浓度作为检 测的信号，再扩展到其它湿度、压力等环境因素。下面，以气体浓度为主，介绍当 前检测技术的发展情况。 现在常见的气体浓度检测技术主要有：超声波技术、气相色谱法、气体浓度衰减 法、光干涉技术、用气敏元件采集检测等。 ( 1 ) 超声波技术使用超声波来检测的原理是：在不同的气体中，超声波的传播速 度是不一

19、样的，所以利用超声波可以检测气体的浓度。通过超声波在待测气体中传 播的速度来确定该气体的混合状态，从而得到该气体浓度，但是使用超声波测量时， 会容易受到外界的干扰，若对浓度的检测准确值要求高时，还要利用实验得到数据 列表，对比后对所测浓度推算，但这样结果将不易精确。 超声波的速度与待测气体的浓度在不同的温度中是非线性的二元函数关系。如 河北科技大学硕士学位论文 昌= = = 薯= 皇= 鲁累昌= = = 霉昌= = = = = = 高= 昌= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 盏= 皇= = = = = = = 高皇= = 高= = = = 篁

20、昌毒= 畜= = = = 穹号；= = = = 昌= 皇= 果用这种方法对待测气体浓度和超声波的传播速度进行精确测量，然后对它进行最 小二乘拟合后，可以对应得到超声波传播速度和待测气体浓度的拟合多项式的回归 方程：s ( T ， ，) = A ( 丁) + A l ( 丁) 1 ，+ A 2 ( 丁) v 2 使用这种方法对待测气体浓度进行检测在实际应用中很难确定误差的范围和位 置，所以要对检测结果做相应的校正。这种方法主要是用于检测微量的气体，这是 因为在实验室中得到的对比数据比较准确。 ( 2 ) 气相色谱法利用气相色谱法来检测气体的浓度是由于在通过色谱柱时， 不同的气体通过的速度是不一样

21、的。组分会在载气体把汽化后的试样带进色谱柱是 运行的过程中，会在这里面的两相之间反复进行多次分配，因为各组分被固定的溶 解能力或吸附能力不一样，所以它们在色谱柱中运行时运行的速度是不一样的，当 经过一定柱长以后，它们就会相互分开，按照一定的顺序离开，然后进入到检测器 中，这样，产生的离子流的信号被放大以后，就会在记录仪上绘出有各组分的色谱 峰。 这种方法在检测混合气体的浓度时，要首先对要检测的气体混合，然后要多次 重复的采集待检测的样本：然后再将多次采集的样本注入色谱仪中，当色谱仪需要 显示的色谱峰在全部出现后，这样对显示的待测气体的色谱分析就可得到待测气体 中各种混合气体所占的比重，从而可推

22、出待测气体的浓度和组成。 这种方法的优点是可以检测微量的气体，并且检测结果的准确性高，测量的结 果有较宽的反演性，这种方法还有可重现检测过程且检测过程快捷方便等优点。但 用这种方法在检测气体浓度时，要选取相关测量的参数，如果选取的参数不太恰当， 则会使测量的结果误差较大。要想获得比较理想的参数，要多次的重复实验，才能 得到相关参数。 ( 3 )气体浓度衰减法气体浓度衰减法检测法是气体在流动的时候是向同一 方向并均匀的扩散，利用这样的特点来对气体进行检测。实际操作是将一定数量的 气体注入到要测空间里，在气体的浓度到达平衡时通风。这样就可以估计所注入的 气体的空气时间，这样就可以估计气体的浓度。

23、通过这种测量气体的空气的释放时间有三种常见的方法：下降法即衰减法、上 升法、脉冲法，由于下降法操作简单，还有很好的实验精度，所以一般情况是采用 下降法来测量空气时间。 气体浓度衰减法通过适用于的待测气体应要有以下的特点：待测气体应要有便 于检测的特点，这样就可以使仪器随时测量待测气体的浓度，这样利用对比计算其 它有关的气体浓度；待测气体要拥有惰性的特点，这样它稳定不能与待测气体中或 空气中所含有的物质发生一些化学反应来改变测试的结果；待测气体不能有毒有害， 以免通风时待测气体泄漏会危害到测试员。实际应用中气体衰减法只适用于通风的 2 第1 章绪论 情况，这样它就对可燃气体浓度测试的情况不适用。

24、 ( 4 ) 光干涉技术这种气体浓度检测方法是依据光所特有的干涉现象，它的原 理主要是：当一个光源向外发出可见光波时，可以利用平面镜将它分成两条性质相 同的可见光。另因为光有波粒二象性，所以当这两条光经过不同的介质，因为性质 相同，所以当它们重新汇合成一条光束时，就会出现明暗条纹相间的光干涉现象， 用激光干涉仪器可以测量这种情况。 一般情况下是用迈克尔逊干涉仪产生激光束进行激光干涉，这样可以利用干涉 条纹的长度来估计待测气体的浓度，这样在对微量气体的浓度进行检测时就可以用 光干涉的原理，而且没必要再配上复杂的设备，所以这种技术广泛应用在矿井、煤 窑这些有易发生爆炸的场合的气体浓度。对待测气体浓

25、度进行测量如果用光干涉法， 则要考虑环境所处的压力、周围的温度，湿度、还有在待测气体中光的反射率，及 环境对实验结果的影响等，所以，这种方式去测量气体的浓度，相对复杂。 ( 5 )用气敏元件采集检测用气敏元件采集检测待测气体的浓度是利用气敏元 件的电阻率会随气体浓度变化，它的原理是这样的： 气敏元件预热后会达到正常的工作温度，这时候气敏元件的电阻阻值就会与被 检测的可燃性气体浓度存在着一定的对应，且这种对应是明确的。这样，测量对应 可燃性气体的气敏元件的电阻值，把它转换成可以处理的电信号，经过相应的处理 与计算，就可以根据气敏元件当前的电阻的大小来推算现在气敏元件所在的可燃性 气体的浓度，这种

26、方法是现在对待测气体浓度进行检测的方法中最常见最常用的一 种检测方法。 通过气敏元件的电阻值来检测待测的可燃气体的浓度，这种方法方式灵活，原 理简单。但是，有些情况下通过气敏元件的电阻值来检测待测的可燃气体的浓度同 样也有它的不足，也可能会严重影响检测结果： 1 ) 这种方法需要在测量的过程里把气敏元件的电阻值转化成可以处理的电信 号，这样转换的电路是非线性的，这可以直接影响测量的结果以及检测的精度，所 以在应用时要有补偿电路来改善转换电路； 2 ) 因为电压的高低和采样电路的分辨率会影响转换电路所测量的结果的精度， 所以在高精度要求的时候，这种方法有可能达不到要求； 3 ) 环境中的温度、湿

27、度、压力等因素都可能影响气敏元件的电阻值，所以在使 用这种方法时就要考虑多方面因素。 气敏元件的电阻值来检测待测的可燃气体的浓度的方法方式灵活，原理简单。 但是，有些情况下通过气敏元件的电阻值来检测待测的可燃气体的浓度同样也有它 的问题，会严重影响检测结果，所以在使用这种方法时，要根据气敏元件它所特有 的参数与和它相对应的经验公式，对测量结果进行来回测量并校正待测气体的浓度 河北科技大学硕十学位论文 和电阻之间的关系，通过这些结果制出表格用来计算待测气体的浓度，因为气敏元 件的电阻它的变化稳定还能预知，所以校正以后，会获得准确度较高的结果，因为 这种方法操作起来简单，而且可以获得精度较高的结果

28、，另外性价比也较高，所以 这种方法的应用非常广泛。该设计就是以T G S 8 1 3 气敏元件为传感器设计的气体浓 度检测部分。 1 3 通信技术短距离无线传输的现阶段技术 通信技术中的短距离无线通信传输指的是在较近的地域中( 几百米范围) 提供 无线通信。现阶段通信技术中广泛应用于短距离的技术主要有蓝牙技术、Z i g B e e 技 术、I r D A 技术、H o m e R F 技术、I E E E 8 0 2 1 l 技术、U W B 技术和微功率短距离无线 通信技术等。 无线通信中的短距离通信是在较近的地域中( 几百米范围) 提供无线通信。现 阶段无线通信中的短距离通信以经相当广泛

29、，它的主要技术与规模庞大的无线通信 中的长距离通信网络相比，例如人们熟知的移动通信网，无线通信中的短距离通信 系统在应用层次，服务范围，基本结构和通信业务( 数据和话音) 上，都有着很大的不 一样。 ( 1 )蓝牙( B l u e t o o t h ) 技术 1 9 9 8 年，东芝公司、诺基亚公司、I B M 公司、 英特尔公司和爱立信公司五家厂商提出了蓝牙。蓝牙技术是通信技术中短距离无线 通信的一种开放性的技术标准，主要在小范围连接移动设备中使用，所以它在本质 上是一种技术用来代替线缆。蓝牙技术使用的是2 4 G 频段，它进行通信时采用的是 快跳频的技术，所以它有很好的安全性能和抗干扰

30、能力。蓝牙还支持语音和数据的 传输，它的最高速率是1 M b p s ，它由微波发射的功率来定能够作用的范围：当0 d b m 的功率时作用距离为1 0 米，2 0 d b m 的功率时作用距离为1 0 0 米。蓝牙还支持这样一 个非常灵活的方式进行组网，也就是利用无线的方式使一些蓝牙所用的设备组建成 一个p i c o - - n e t ，即微微网。各个微微网之间可以互相连成S c a t t e r - - n e t ，即分散网。 并且，蓝牙技术还是现在唯一一个能够把通信技术中的短距离全向射频技术嵌入在 手机中。 ( 2 ) I r D A 技术I r D A ( I n f r a

31、r e dD a t aA s s o c i a t i o n ) 技术是通信技术中的一种无线 通信协议，它是由红外数据协会提出的，它是一种通过红外光脉冲与数据的电脉冲 之间相互转换从而实现了无线数据收发并且利用红外线进行的点对点无线通信的技 术。 I r D A 设备传输信号使用的是波长为8 7 51 1 1 1 1 士3 0 n m 的发光二极管，现在新制 定的超级红外技术( V F 取) 的标准传输速率是1 6M b s ，这个是4M b s 的传统版的 4 倍，接收角度也成了1 2 0 度，这个也是原来的3 0 度的4 倍。 4 第1 章绪论 I r D A 是一种通信成本很低的红

32、外通信，这是因为它不需要申请频率的使用权， 并且它连接起来方便，功耗低，体积小，简单易用等优点，因为数据传输时传输率 偏高，所以它可以用于传输多媒体或是大容量的数据，另外，它的红外线发射角度 偏小，这样在传输上可以提高一定的安全性。 因为I r D A 是一种视距传输，在传输数据时，要2 个设备之间须要对准才能通 信，且它们中间不能有其它的东西拦挡，这样I r D A 的缺点是只能在2 台设备中通信。 ( 3 )I E E E 8 0 2 1 1 技术I E E E 8 0 2 1 l 是无线局域网的一种标准，它是由I E E E ( I n s t i t u t ef o rE l e c

33、 t r i c a la n dE l e c t r o n i c E n g i n e e r s ) 即电气和电子工程师协会制 定的，当办公室和校园网中的局域网用户与用户终端进行无线数据传输时，由它来 解决这种无线数据业务的接入。现在最常见的无线局域网是8 0 2 1 l b 无线局域网，它 的开放性微波频段是2 4 G H Z ，它的最快速率是lI M b p s ；它还可以当户外的条件非 常恶劣时，能够切换到一种较低速率的状态下进行通信来保证通信正常。这个技术 在办公时的范围为1 0 0 米，在户外它能够达到3 0 0 米。还有一种8 0 2 1 l a 无线局域网 的频段为5

34、 G ，它的速率最快为5 4 M b p s 。 ( 4 ) U W B 技术U W B ( U l t r aW i d e b a n d ) 技术是一种超宽带技术，它是一种 通信技术中的无线载波技术，它采用的是纳秒级的非正弦信号窄脉冲来传送数据， 而不是采用正弦信号载波，所以它可以占很宽的频谱范围。U W B 传送数据时可以在 非常宽的带宽上，F C C 规定U W B 为：在3 1 1 0 6 G H z 频段中占用5 0 0 M H z 以上的 带宽，U W B 技术广泛应用于高速信号收发机中，这是因为U W B 在高速信号传送时 的功耗很低，复杂度也很低，所以它的发展速度很快。它可

35、以充分利用频谱资源在 非常宽的范围里传输信号时采用功耗很低的脉冲传输，这样就可以避免一般窄带无 线通信中的干扰。 U W B 技术的优点是它的定位精度高，不易被截获，并且受信道衰落的影响小， 而且它的复杂度相对较低，有着较低的发射信号功率谱刻度，所以它在室内多行径， 高密度场所里进行高速无线通信时应用广泛。U W B 技术可以应用在穿透墙壁、地面 和人体的高分辨率，小范围的图象和雷达系统中，U W B 技术还可以应用在高效的无 线个域网或无线局域网中，它还可以应用于大于l O O M b s 对速率要求很高的P A N s 或 L A N s 。 ( 5 ) 微功率短足巨离无线通信技术微功率短

36、距离无线通信技术采用的是单片机 做为收发核心，再配上少许外围设备和微控制器组成通用或是专用的无线通信模块， 一般情况它的射频电路用的是F S K 调整方式，它在I S M 频段工作，由于有些需要的 外围设备都已经集成在了芯片之中，而且还提供了非常简单透明的协议或使用更加 简单的加密协议用来完成数据的传送，所以使用者不需再去了解无线通信的原理和 工作机制，使用者只要根据芯片提供的接口进行简单的操作就可以实现数据的无线 河北科技大学硕士学位论文 # 目= 2 = = = = = = = 2 2 2 = = ；= 2 = ；= = 5 ；b = = ；= = = = = = = = = = = =

37、= = ；= = = = = = = # = = ；= = = = = = = = ：= E = l ； 传送功能。另外，因为它开发简单，价格较低，功率较小，所以它广泛应用于在民 用、工业领域。 该设计采用的是n R F 9 0 5 ，它是由N o r d i c 公司推出的单片无线收发器，它的工作 电压是1 9 3 6 V ，采用的是3 2 引脚封装，工作在4 3 3 8 6 8 9 1 5 M H z 3 个I S M 频道。 1 4 本设计的研究内容及意义 环境因素检测仪广泛应用于化工、石油、汽车、机械制造等工业场所和家庭、 温室、水站、机房等社会角落，环境因素主要包括温度、湿度、压力、

38、气体浓度等。 温度的变化，湿度的大小，压力的强弱以及有毒有害气体的浓度都有可能对周围的 仪器，人群等造成一定的影响，所以，有时，有必要快速、准确地对这些环境因素 进行检测。如何快速，准确的对温度、湿度、压力、气体浓度等因素进行监测预报 和控制就成为当今社会需要解决的重要问题。 在有些环境中，情况有可能会相当恶劣，这就对无线通信技术的引入有了较高 的利用空间，在环境检测领域引入无线通信技术，可以很好的解决了在高温、低温、 空气稀薄、不易于人工作的恶劣环境中做到远程监控和无法布线环境下，对环境因 素进行检测，这样还可以解决利用有线通信传输的布线困难等缺点，大大提高了该 设计的检测能力和适用空间。

39、该设计通过对国内外环境检测技术研究现状的分析，了解到现在的环境检测仪 器已经相当成熟，应用也是相当广泛，但是大部分现有产品都多少有着一些不足 如体积较大，灵敏度不高，操作复杂，功能单一，对工作环境要求较高等缺点，并 且，在当前的发展情况下，这种设备，应用范围越来越大，所处的工作环境也越来 越难，这样把通信技术中的无线通信引入环境检测中，这样可以解决较差环境下， 如高温、高压等进行远程监控，从而解决在恶劣条件下无法布线等困难，这样还可 以解决有线传输数据的局限性，出现故障检查难等不足，从而提高了系统的适应能 力。 该设计是应用了温度补偿电路，从而提高了它的检测精度，是一个功能齐全( 可 测温度、

40、湿度、压力、待测气体浓度等) ，操作容易，成本较低，体积小，灵敏度较 高并带有无线收发功能的环境检测装置。 第l 章介绍了环境检测领域现有的检测技术和无线通信技术，从而得出了该设 计的研究目的、意义及主要工作 第2 章介绍了该设计的系统功能与设计方案。 第3 章介绍了系统硬件电路的设计，包括各传感器的选择，主要芯片的选择， 以及各部分的硬件设计。 第4 章介绍该设计的软件部分对各模块进行详细的论述。 6 。二塞兰塞L 量兰二一。一 第5 章介绍设计测试，包括系统测试，误差分析，与改进方法。 结论部分对本文设计做出了总结， 7 河北科技大学硕士学位论文 第2 章系统功能与设计方案 2 1 功能介

41、绍 环境因素检测仪广泛应用于化工、石油、汽车、机械制造等工业场所和家庭、 温室、水站、机房等社会角落，环境因素主要包括温度、湿度、压力、气体浓度等。 温度的变化，湿度的大小，压力的强弱以及有毒有害气体的浓度都有可能对周围的 仪器，人群等造成一定的影响，所以，有时，有必要快速、准确地对这些环境因素 进行检测。在有些环境中，情况有可能会相当恶劣，这就对无线通信技术的引入有 了较高的利用空间，在环境检测领域引入无线通信技术，可以很好的解决了在高温、 低温、空气稀薄、不易于人工作的恶劣环境中做到远程监控和无法布线环境下，对 环境因素进行检测。 该设计是一个拥有高精度、高稳定性，能够实现无线数据传输可测

42、量多种物理量 的环境检测仪。它的主要功能是： 1 ) 从机可以实时采集要测量的物理量，如温度、湿度、压力、气体浓度等，要 有较高的灵敏度和精度： 2 ) 实现无线通信，数据无线传送到主机： 3 ) 对待测的环境因素进行实时显示； 4 ) 当所测量的信号超出设定范围，发出报警信号； 5 ) 把报警信息通过G S M 平台及时发送到用户手机； 2 2 系统设计方案 环境检测广泛应用于社会各个角落，环境因素主要包括温度、湿度、压力、气 体浓度等，它拥有高精度、高稳定性，能够实现无线数据传输可测量多种物理量， 还要实现无线通信，对待测的环境因素进行实时显示，发出报警信号，给使用者发 信息等。 该检测装

43、置分为主机和从机。从机由现场传感器、信号整理部分、模数转换器、 微处理器、温度补偿电路、无线收发单元组成；主机由无线收发单元、微处理器、 显示报警单元、G S b l 短消息单元组成。其结构如图2 1 所示。 8 第2 章系统功能与设计方案 匕= 爿 显示、报警单元 r I 无线收发单元p 微处理器 ( 主机) e 刊G s M 短消息单元 图2 一l 系统整体结构 从机的功能是采集现场所测量的环境因素数据并完成无线发送。 1 ) 现场传感器，完成各种待测信号( 温度、压力、湿度、气体浓度等) 的采集： 2 ) 信号整理电路对由传感器产生的微弱的信号进行滤波、放大、稳压处理，用 来A D 转换

44、； 3 ) 模数转换器将经过滤波、放大、稳压处理后的模拟信号转换成数字信号，传 送到单片机中处理： 4 ) 温度补偿电路的设计用减小温度对部分测量结果( 除温度外) 的影响，进一 步提高测量的精度： 5 ) 微处理器( 从机) 通过软件将采集的所测信号、温度信号进行处理，实现温 度补偿； 6 ) 无线收发单元将处理后的数据发送到主机。 主机部分的功能是完成接收数据、显示和报警的功能。 1 ) 无线收发单元接收从机发出来的数据； 2 ) 微处理器( 主机) 处理接收过来的数据； 3 ) 显示报警单元通过显示电路显示所测信号数据，当待测信号出现异常时驱动 报警电路发出报警信号； 4 ) 通过G S M 平台把报警信息发送到用户手机。 2 3 本章小结 本章主要概括性介绍该设计的系统功能与设计方案，论述了该设计的工作过程， 给出了该设计的工作原理和总体结构，并分析了该设计的需求。 9 河北科技大学硕士学位论文 ；= = 昌= 罱皇= = = = = = 罱皇= = 昌= = 昌墨；墨= = = = = 墨畜昌；= 号 篁；昌= 篁=；= = = = ；= = 昌：= 昌= 置罩昌昌：昌葛：= ：= ：墨= 高：霉昌冒 第3 章系统硬件电路的设