无线环境监测自动监测与报告毕业论文设计(3)

贵州大学本科毕业论文（设计） 第6页

20B20B20B20B20B20B20B20B

（四）无线环境监测模拟装置监测终端

无线环境监测模拟装置监测终端主要完成数据的显示处理和各个探测节点的通信，

协调整个系统的运行。在监测终端即由微控制器、显示器和无线通信模块组成，系统框图如图2.4.1所示。微控制器由STC89C52单片机及其外围电路构成，显示器采用LCD12864液晶显示技术，无线通信传输部分主要通过Nordic公司生产的单片无线收/发芯片nRF24L01实现数据的无线传送和接收，编写通信协议实现数据的安全传输。

图2.4.1 监测终端系统框图

— 6 —

贵州大学本科毕业论文（设计） 第7页

6B6B6B6B6B6B6B6第三章 系统原理及硬件分析

21B21B21B21B21B21B21B21B

（一）探测节点设计

1．ADC0809工作原理

它是一个三态输出锁存器、一个八位A/D转换器、一个地址锁存译码器和一个8路

32B32B32B32B32B32B32B32B

模拟开关组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D进行转换。三态输出锁存器用于锁存A/D转换完的数字量，当使能端OE为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据[6]。 2．温度传感器模块

温度是国际单位制（SI）七个基本物理量之一，在物理学单位中占有重要的地位。而且许多物质的特征参数与温度有密切关系，因而温度测量在生活和工业现场控制具有至关重要的作用。通常，热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参量进行监测的装置[7]。在这些情况下，多采用有线连接方式采集和传输，为了满足无线测温的要求，我们要求温度传感器在满足测量精度的前提下，测温过程温度信号处理较简单的实现。现在常用的传感器有模拟温度传感器和数字传感器。但是模拟温度传感器随着环境的变化线性性能不是很好，为了在满足数据精度和无线传输的方便，可采用数字式传感器DS18B20。

数字化采用单总线协议的温度传感器DS18B20，使微机接口仅用一个I/O口，不需要其他外部元件，直接将温度转化成数字信号，以9位二进制数字码串行输出，因而简化了微处理器与传感器的接口。它具有低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器、微型化等优点，能将温度直接转化为串行的数字信号给未处理器[8]。它具有12、11、10、9位的采集精度，在没有编程时的默认精度是12位，一般测量精度为0.5°C，通过软件的处理后能达到0.1°C，温度的输出以16位符号扩展的二进制数形式提供，低位在先，以0.0625°C/LSB形式表达[9]。其中高五位为扩展符号位。转换周期与转换精度有关，9位转换精度时，最大转换时间为93.7 ms，12位转换精度时，最大转换时间为750ms。

— 7 —

33B33B33B33B33B33B33B33B

贵州大学本科毕业论文（设计） 第8页

正对DS18B20扁平面，从左到右依次是1（GND）、2（输入/输出）、3（VDD）。图3.1.1中的R5为上拉电阻，阻值选4.7K左右。

图3.1.1 DS18B20温度传感器测量电路

34B34B34B34B34B34B34B34B

3．空气质量传感器 3．1 气敏传感器选择

随着现代科学技术发展和工业发展，环境污染事故频发，生产产生的有毒有害气体

对大气造成的污染也越来越严重，因而人们对空气质量的要求越来越高，它关系到生活的质量、身体的健康等。工业生产的产生的废气和污染物，如：一氧化碳、硫化物、氨气、苯系等，对人体的伤害根据浓度不同各有不同，因此对于生活环境中空气中污染物浓度的检测不仅可以避免伤害，还可以做到有效预防，尽量减少污染保护环境。环境监测是环境保护的基础、环境管理的重要手段和环境决策的重要的技术依据[10]。许多有毒有害物质，其浓度虽然很低，但对人体的危害极大。我国的环境监测项目上，监测有机污染物为重点，我国有毒有害有机污染物的污染已经非常严重，适时、全面、系统的开展有机污染物的监测刻不容缓[11]。

3．2 MQ-135原理结构介绍

检测空气污染物浓度的传感器种类很多，根据对污染物成分的敏感度有：危险可燃气体检测、酒精浓度、空气质量检测等。根据需要本次设计中选择MQ-135型号的空气质量传感器。MQ-135气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）当传感器所处环境中存在污染气体时，MQ-135的 电导率随空气中污染气体的浓度的增加而增大。利用这一电磁特性，加上合适的外围电路，即可将传感器中的电导率变化转换为与该气体浓度相对应的信号输出。MQ-135传感器对硫化物、氨气、

— 8 —

贵州大学本科毕业论文（设计） 第9页

苯系蒸汽的灵敏度高，对烟雾及其他有害气体的也有较高的灵敏度，可检测多种有害气体。它在较宽的浓度范围内对有害气体有良好的灵敏度，寿命长，成本低性能稳定，广泛应用于家庭空气污染报警器、工业空气污染控制器和便携式空气污染检测器等。MQ-135结构如图3.1.2所示，由微型Al2O3陶瓷管、二氧化锡（SnO2）敏感层、测量电极和加热器构成的塑料或不锈钢腔体内，加热器为敏感元件提供必要的工作环境。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流[12]。测量电路如图3.1.2。

图3.1.2 MQ-135结构和外形图

1-气体敏感层；2-电极；3-测量电极引线；4-加热器；5-陶瓷管；6-防爆网；7-卡环；8-基座；9-针状管脚。在工作前要加热进行预热，加热功率小于850mW。

图3.1.3 MQ-135测量电路

图3.1.3中是传感器的基本测试电路，该传感器需要施加2个电压：加热电压（VH）和测试电压（VC）。其中VH用于为传感器提供特定的工作温度，VC则是用于测定传感

— 9 —

贵州大学本科毕业论文（设计） 第10页

器串联负载（RL）上的电压（VRL）。这种传感器具有轻微的极性，VC需用直流电源。通常在满足传感器电性能要求的前提下，VC和VH可以共用一个电源电路；为了更好利用传感器的性能，需要选择适当的RL值，通常选择RL=4k7。

敏感体的功耗（Ps）计算：Ps=VC2×RS/(RS+RL)2

传感器电阻（RS），计算可用该式计算：RS =（VC/ RL-1）×RL[13] 3．3 MQ-135灵敏度特性曲线

图3.1.4是传感器典型的灵敏度特性曲线，充分显示了MQ-135对污染气体的高灵敏特性。其中，纵坐标为传感器的电阻比（Rs/Ro），横坐标为气体浓度。Rs表示传感器在不同浓度气体中的电阻值，Ro表示传感器在洁净空气中的电阻值。灵敏度特性曲线在温度20°C，相对湿度65%，氧气浓度21%，RL=20k的条件下测得。

图3.1.4 MQ-135灵敏度特性曲线

MQ-135型气敏传感器的温湿度特性如图3.1.5所示，它所表示的是MQ-135气敏传感器在特定浓度的气体中其特性随温度和湿度变化的变化情况。其中Ro是20°C，33%RH条件下，100ppm氨气中元件的电阻；Rs是在不同温度、湿度条件下，100ppm氨气中元件的电阻。

MQ-135型气敏器件对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值，在使用时要进行灵敏度的调整，通常使用100ppm氨气或50ppm酒精蒸汽校准传感器。

— 10 —

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库无线环境监测自动监测与报告毕业论文设计(3)在线全文阅读。