基于PC机的环境监控系统研究任务+开题+综述+设计.docx

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基于PC机的环境监控系统研究任务+开题+综述+设计

任务书

电子信息工程

基于PC机的环境监控系统研究

一、主要内容和基本要求

本课题是要开发一个基于PC机的环境监控系统，能够实现多路信号采集和环境监控。

本系统总体指标及功能要求如下：

（1）采用单片机作为主控芯片；

（2）实现多路信号采集，温度湿度等测量；

（3）通过串口实现数据的传输；

（4）PC机通过VB来进行软件编程；

（5）原理图的绘制和PCB的制作。

本设计要求完成系统的软硬件部分并且能够进行实物作品演示。

二、进度安排

毕业设计期限：

自2010年10月8日至2011年4月22日。

第一阶段（4周）：

分析任务，搜集资料，系统总体方案设计，完成开题报告、文献综述、外文翻译。

第二阶段（6周）：

设计与写论文，硬件电路与软件程序设计，撰写设计报告与论文。

第三阶段（2周）：

设计作品完善，论文修改。

三、推荐文献资料

[1]诸刚;杨学坤等.基于单片机技术的温室环境智能监控系统的实现[J].北京农业职业学院机电工程学院.2010.3（23）:

150-152.

[2]吴金洪,丁飞,邓志辉.基于CC2420的温室无线数据采集系统的设计与实现[J].仪表技术与传感器.2006.12:

42-51.

[3]赵文博，刘文涛.单片机语言C51程序设计[M].人民邮电出版社.2005年10月.

[4]高鹏等.电路设计与制版Protel99入门与提高[M].人民邮电出版社.2001年6月.

[5]郭庆,冀捐灶,王学德.基于RS485总线的环境监控系统设计与实现[J].国外电子测量技术.2006，7（25）:

14-16.

[6]秦娟.多路温度检测自动控制系统的设计实现[J].天津理工大学学报.2007,23

（2）:

51

53.

[7]SominEuniceLee†,GangLoganLiug.RemoteOpticalSwitchforLocalizedandSelectiveControlofGeneInterference[J].NanoLett.,2009,9

（2）,pp562–570

开题报告

电子信息工程

基于PC机的环境监控系统研究

一、课题研究意义及现状

“环境监测”这一概念最初是随着核工业的发展而产生的。

由于放射性物质对人及周围环境的威胁，迫使人们对核设施进行监测，测量其强度，并可随时警报。

随着工业的发展，环境污染问题的频频出现，监测的含义扩大了。

逐步由工业污染源监测发展到大环境的监测，即监测的对象不仅仅污染物、污染因子，还伸延到环境行为。

如环境生物、生态监测等。

在室内可以通过PC机显示当前环境温度，湿度等情况。

并且可以通过连续几天的现实数据读出当前或最近的温度等的变换趋势，并能进行相应的操作。

在国内外市场上，主要推出的是数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。

前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端而迅速崛起，但仍需进一步完善和发展。

目前，视频监控系统正处在数控模拟系统与数字系统混合应用并将逐渐向数字系统过渡的阶段。

二、课题研究的主要内容和预期目标

本课题是要开发一个基于PC机的环境监控系统，能够实现多路信号采集和环境监控。

本系统总体指标及功能要求如下：

（1）采用单片机作为主控芯片；

（2）实现多路信号采集，温度湿度等测量；

（3）通过串口实现数据的传输；

（4）PC机通过VB来进行软件编程；

（5）原理图的绘制和PCB的制作。

本设计要求完成系统的软硬件部分并且能够进行实物作品演示。

三、课题研究的方法及措施

本专业为工科类专业，实践与理论结合，通过实验的方式研究是此课题的主要方法。

利用单片机、传感器等设计并调试，测试硬件电路实际效果，以及软件硬件的综合调试效果。

研究措施主要是模型设计和设计报告。

设计中涉及到两个方面：

硬件和软件。

在硬件方面主要是电路的布局及布线以及外部框架结构与内部硬件的兼容，想要获得性能优良的硬件必须要兼顾各个方面。

电路设计电路原理图设计方面采用Protel软件进行电路设计。

硬件方面需要根据硬件电路图进行连接。

本设计主要是用到了51单片机。

在软件方面，主要是通过keilC软件对程序进行编写。

程序通过VB语言进行调试，按照先分后总的方式在调节单功能程序成功后，再实现整体化程序综合处理。

设计报告是对设计的一个介绍和总结。

各种文献为我们的设计提供理论上的技术支持，硬件方面通过Protel软件设计电路，keilC软件编程，最后以实物模型进行展示。

四、课题研究进度计划

毕业设计期限：

自2010年10月8日至2011年4月22日。

第一阶段（5周）：

分析任务，搜集资料，系统总体方案设计，完成开题报告、文献综述、外文翻译。

第1周：

分析任务，搜集资料。

第2，3周：

完成对系统整体结构的设计及各模块的区分。

第4,5周：

完成开题报告、文献综述、外文翻译。

第二阶段（5周）：

设计与写论文，硬件电路与软件程序设计，撰写设计报告与论文。

第1周：

完成智能照明电路构思和设计。

第2，3周：

实现硬件电路的设计制作。

第4周：

完成软件部分的设计制作。

第5周：

将软件与硬件相结合，实现联合调试。

第三阶段（2周）：

设计作品完善，论文修改。

第1，2周：

完成外壳设计，完善论文。

五、参考文献

[1]诸刚,杨学坤等.基于单片机技术的温室环境智能监控系统的实现[J].北京农业职业学院机电工程学院.2010.3（23）:

150-152.

[2]吴金洪,丁飞,邓志辉.基于CC2420的温室无线数据采集系统的设计与实现[J].仪表技术与传感器.2006.12:

42-51.

[3]赵文博，刘文涛.单片机语言C51程序设计[M].人民邮电出版社.2005年10月.

[4]高鹏等.电路设计与制版Protel99入门与提高[M].人民邮电出版社.2001年6月.

[5]郭庆,冀捐灶,王学德.基于RS485总线的环境监控系统设计与实现[J].国外电子测量技术.2006，7（25）:

14-16.

[6]秦娟.多路温度检测自动控制系统的设计实现[J].天津理工大学学报.2007,23

（2）:

51

53.

[7]SominEuniceLee†,GangLoganLiug.RemoteOpticalSwitchforLocalizedandSelectiveControlofGeneInterference[J].NanoLett.,2009,9

（2）,pp562–570

[8]黄承安，张跃等.基于GPRS的远程仪表监控系统[J].清华大学自动化系，嵌入式系统实验室。

2003.8（452）:

42-45.

[9]唐慧明，张健.变电站远程图像监控系统设计[J].浙江大学信电系.2001.4（7）56-57.

[10]刘富强，卢赤班.数字视频监控系统及其应用[J].同济大学电子与信息工程学院.2003.6（3）:

31-33.

毕业论文文献综述

电子信息工程

基于PC机的环境监控系统研究

摘要：

随着时代的发展，人们对于生活向着更舒适，更简单的方面发展了。

相应的对于周边环境的观察也越来越细微，为了更直观的检测到周边环境的变化，就需要使用PC机的相应操作，通过PC机可以更直观的显示周边环境，如温度变化等。

伴随着这些，单片机与传感器的要求也需要相应改进。

关键词：

PC机；环境监控

1引言

在国内外市场上，主要推出的是数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。

前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端而迅速崛起，但仍需进一步完善和发展。

目前，视频监控系统正处在数控模拟系统与数字系统混合应用并将逐渐向数字系统过渡的阶段。

2.数据采集系统与PC机通信的硬件电路

为了简化系统的硬件设计，数据采集系统的微转换器选用AD公司的全集成芯片ADuC812，该芯片包含有12位高性能的自校准8通道ADC，两个12位的DAC，与8051兼容的内核使用户无须学习新的指令系统。

片内8K闪速/电摖除程序存储器使数据采集系统具有在线下载编程能力，利用AD公司提供的免费SERIALWINDOWDOWNLOAD就可以将HEX文件下载到ADuC812内，对于不同的应用场所可以方便的修改系统的参数，既不需要昂贵的编程器，也不需打开机壳插拨芯片,只需将一条电缆连接到计算机的COM1或COM2即可。

另外该转换器还支持看门狗定时器、电源监视器及ADC的DMA等功能，可编程的I/O口具有三种类型的串口UART、SPI、I2C，价格也比较便宜，是一种理想的转换。

系统的硬件组成如下图

（1）所示。

图1ADUC812与PC机串口通信的硬件电路图

其中ADM202及P3.0\P3.1构成了与计算机通信的RS232接口，它有两个功能，一是实现计算机与数据采集系统的数据通信。

另一功能是与JP1配合使用，完成将程序从计算机下载到ADuC812片内的闪速/电摖除程序存储器中。

当下载程序时，需将单片机系统的电源关掉，用屏蔽帽屏蔽JP1，单片机系统再上电，ADuC812进入程序下载状态，运行SERIALWINDOWDOWNLOAD可以将HEX文件下载到芯片内。

ADM812组成了系统的复位电路[11]。

3.控制系统原理与结构设计L1

本系统原理结构框图如图1所示，它是一个小型的分布式.数据采集与控制系统，是由数据采集工作站（下位机）和中心计算机（上位机）组成的控制系统其中数据采集工作站又由相应的传感器（如温度传感器、湿度传感器、CO浓度传感器、光照度传感器等）、模拟量输入输出通道、开关量输出通道所组成。

工作站既可以独立完成各种信息的采集、预处理及存储任务，又可接受从中心计算机送来的控制参数设置，启动增温降温、加湿除湿、遮阳补光等调控设备，从而按不同要求调控温室的微气候环境。

上位机系统机将工作站送来的数据，及时在线地用动态数据、曲线的方式显示起来，并储存在相应的数据库中，一般可以保存一个生长季节的数据，对存储起来的数据，按研究需要，进行分析、统计，可显示、打印成表格或曲线或直方图，同时系统机也向下级机传递控制[12]。

图2温室测控系统结构图

4单片机部分

随着半导体技术的飞速发展，单片机本身的设计中不断采用了一些新的抗干扰技术，

使单片机的可靠性在不断提高。

除选择抗干扰能力强的单片机外，单片机系统中其它辅助元

器件的可靠性也致关重要、一些抑制干扰的元器件的使用有助于提高系统的可靠性。

此外，

单片机系统的电路设计、印刷线路板的设计、布线与制造工艺，系统安装时有无良好的接地

等，都直接影响应用系统的可靠性。

为提高单片机本身的可靠性。

近年来单片机的制造商在单片机设计上采取了一系列措

施以期提高可靠性。

这些技术主要体现在以下几方面。

4.1降低外时钟频率

外时钟是高频的噪声源，除能引起对本应用系统的干扰之外，还可能产生对外界的干扰，使电磁兼容检测不能达标。

在对系统可靠性要求很高的应用系统中，选用频率低的单片机是降低系统噪声的原则之一。

以8051单片机为例，对最短指令周期1uS的外时钟是12MHz。

而同样速度的Motorola单片机系统时钟只需4HHz，更适合用于工控系统。

近年来，一些生产8051兼容单片机的厂商也采用了一些新技术，在不牺牲运算速度的前提下将对外时钟的需求降至原来的1/3。

而Motorola单片机在新推出的68HC08系列以及其16位/32位单片机中普遍采用了内部锁相环技术，将外部时钟频率降至32KHz，而内部总线速度却提高到8MHz乃至更高。

4.2低噪声系列单片机

传统的集成电路设计中，在电源、地的引出上通常将其安排在对称的两边。

如左下角是地，右下角是电源。

这使得电源噪声穿过整个硅片。

改进的技术将电源、地安排在两个相邻的引脚上，这样一方面降低了穿过整个硅片的电流，一方面使外部去耦电容在PCB设计上更容易安排，以降低系统噪声。

另一个在集成电路设计上降低噪声的例子是驱动电路的设计。

一些单片机提供若干个大电流的输出引脚，从几十毫安到数百毫安。

这些大功率的驱动电路集成到单片机内部无疑增加了噪声源。

而跳变沿的软化技术可消除这方面的影响，办法是将一个大功率管做成若干个小管子的并联，再为每个管子输出端串上不同等效阻值的电阻。

以降低di/dt。

5传感器

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。

因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。

现代科学技术的发展，进入了许多新领域：

例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。

此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。

显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。

许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。

一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。

传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。

可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。

由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。

世界各国都十分重视这一领域的发展。

相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平

6总结

通过以上描述，我们可以看出监控系统在各个领域的应用。

随着时代的进步，人们的生活以及周边环境更加离不开监控系统。

同时伴随着监控系统的发展，作为主芯的单片机以及传感器也相应的提高各自的质量以及相关的可靠性。

相信不久的将来，环境监控系统将得到更广泛的应用。

参考文献

[1]诸刚，杨学坤等.基于单片机技术的温室环境智能监控系统的实现[J].北京农业职业学院机电工程学院.2010.3（23）:

150-152.

[2]吴金洪,丁飞,邓志辉.基于CC2420的温室无线数据采集系统的设计与实现[J].仪表技术与传感器.2006.12:

42-51.

[3]赵文博，刘文涛.单片机语言C51程序设计[M].人民邮电出版社.2005年10月.

[4]高鹏等.电路设计与制版Protel99入门与提高[M].人民邮电出版社.2001年6月.

[5]郭庆,冀捐灶,王学德.基于RS485总线的环境监控系统设计与实现[J].国外电子测量技术.2006，7（25）:

14-16.

[6]秦娟.多路温度检测自动控制系统的设计实现[J].天津理工大学学报.2007,23

（2）:

51-53.

[7]SominEuniceLee†,GangLoganLiug.RemoteOpticalSwitchforLocalizedandSelectiveControlofGeneInterference[J].NanoLett.,2009,9

（2）,pp562–570

[8]黄承安，张跃等.基于GPRS的远程仪表监控系统[J].清华大学自动化系，嵌入式系统实验室。

2003.8（452）:

42-45.

[9]唐慧明，张健.变电站远程图像监控系统设计[J].浙江大学信电系.2001.4（7）56-57.

[10]刘富强，卢赤班.数字视频监控系统及其应用[J].同济大学电子与信息工程学院.2003.6（3）:

31-33.

[11]赵云鹏.MATLAB串口通信在数据采集中的应用[EB/OL].海军工程大学节能技术研究中心.

[12]李宝杰，王永田等.基于单片机的温室自动控制系统设计[J].河南农业大学机电工程学院.2007.1

（1）:

73-75.

本科毕业设计

（20届）

基于PC机的环境监控系统研究

摘要

随着社会的发展，人们对于环境质量的要求越来越高。

因而人们设计了一些环境监控系统，对生活有很大的影响和帮助。

本系统设计一个基于PC机的环境监控系统。

通过采集周边环境的温度、光照强度、声音以及湿度等一些环境因素，并且进行信号转换，通过单片机的简单处理和与PC机的串口通信，从而在PC机显示器上直观的显示环境参数和一些统计分析。

本系统采用STC12C5410AD单片机作为核心芯片，通过不同的传感器结合硬件电路来实现温度、湿度、噪声、光照强度等环境参数的检测。

整个系统通过串口通信来实现单片机与PC机的通信。

在PC机中利用VB软件编写串口通信程序和显示界面，从而实现PC机对一些环境因素的处理和显示。

通过该研究设计的环境监控系统，人们能对周边生活环境进行实时的监控。

并且本设计研究的环境监控系统具有成本低，实用性高的特点。

关键词：

环境监控；信号转换；PC机显示处理

Abstract

Withthedevelopmentofsociety,peopleforenvironmentalqualitydemandmoreandmore.Sopeopledesignsomeoftheenvironmentalmonitoringsystemforlife,havegreatinfluenceandhelp.

ThissystemdesignaPCenvironmentmonitoringsystem.Throughcollectingthetemperatureofthesurroundingenvironment,lightintensity,soundsandhumidity,andsomeenvironmentalfactorsbyMCU,signalconversionsimpleprocessingandwithaPC,thusofserialcommunicationinPCdisplayintuitivedisplayparameter-settingandsomestatisticalanalysis.ThesystemUSEStheSTC12C5410ADmicrocontrollerasthecorechip,throughdifferentsensorscombinedwithhardwarecircuittoachievethetemperature,humidity,noise,lightintensityandotherenvironmentalparameterstesting.ThewholesystemisrealizedthroughserialcommunicationmicrocontrollerandPCcommunications.InPCusingVBwritingsoftwareserialcommunicationproceduresanddisplayinterface,soastorealizethePCforsomeenvironmentalfactorshandlinganddisplay.

Throughthestudyofenvironmentalmonitoringsystemdesign,canpeoplelivingenvironmentforperipheralreal-timemonitoring.Andthisdesignresearchenvironmentmonitoringsystemhaslowcost,practicalhighcharacteristic.

KeyWords:

Environmentmonitoring;Signalconversion;PCdisplaymanagement

1　引言

在人类社会经济快速发展的同时,我们的生存环境却由于遭受过度地破坏而日益恶化,保护环境已成为人类共同关心的话题。

近年来,随着计算机技术、Internet通信网络的发展,基于网络的环境监控系统开始在环境保护中被广泛应用。

可靠的环境污染源监控系统是政府部门从源头遏止污染的有效手段,是生态环境可持续发展的可靠保障。

环境监控系统的监控目标具有多样性。

伴随着社会经济以及科技的发展，人们对于自身的健康问题越来越注重了，现在就具有了城市人口往乡镇转向的现况。

由于城市工业的发展，特别是重工业，同时导致了环境污染的严重性，以至于人们长期处于污染严重的环境下会引发各类疾病，对人体的健康构成了严重的威胁。

环境监控系统的研究设计对于现今社会的发展是不可缺少的，而且必须进行，而随着社会的不断发展，不断进步，人们就更不可缺少关于环境监控方面的设备及理论知识的应用。

本文提出了一种多路环境检测系统的设计方法，通过单片机结合PC机来实现多路信号的采集、处理和显示。

通过对设计的实践制作调试和验证，效果良好，具有一定的实用性，并且有广泛的应用前景。

2　总体设计

系统包括STC12C5410AD单片机，声音采集模块，温度采集模块，光照采集模块，电压采集模块，PC机等，如图2-1所示。

该系统主要实现将环境温度、声音、光照等因素通过单片机的处理在PC机上显示出数字信息，从而判断环境的变化。

其中单片机主要实现的功能是将由采集模块采集到的模拟信号进行转换，使之转换成数字信号，并且通过串口通信和PC机实现数据交换，以便于在PC机显示面上可以直观的显示测量数据。

图2-1总体设计图

3　硬件设计

本系统硬件主要有五大模块组成：

主控部分、数据采集部分、串口通信部分、按键控制部分和电源部分。

3.1单片机主控电路设计

本系统主要是采用单片机作为主控芯片，结合外部硬件电路来实现总体的功能。

市面上微处理器种类很多，常用单片机有PIC单片机、AVR单片机、51单片机、MPS430单片机还有很多台系的单片机等；还有FPGA、DSP、ARM处理器等。

在本设计中，我们采用单片机足以满足控制要求。

首先AVR单片机功能比较多，具体为：

具备1MIPS/MHz的高速运行处理能力；具有32个通用工作寄存器，克服了如8051MCU采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象；快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适用于使用高级语言进行开发；作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA（单一输出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10mA-20mA灌电流的能力；片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠[1]。

其次PIC单片机抗干扰性能比较好。

PIC的特点