水质监测毕业设计范本模板.docx

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水质监测毕业设计范本模板

摘要

水质监测是水资源管理与保护的重要基础，是保护水环境的重要手段。

目前我国的水质监测仍然存在很多问题，一是各级水质监测中心的采样能力不足。

监测频率低．二是机动监测能力不足，移动水质分析监测实验室配备数量太少，现场监测能力低。

三是自动水质监测站数量太少，缺乏自动测报能力，难以获得重点水功能区主要水质监测的实时数据.

针对以上我国水质监测系统的问题，本论文设计了基于GPRS和MCS—51单片机的水质实时监测系统。

首先，论文从用户需求的角度详细阐述了本系统应该具备的功能；其次，根据功能要求进行功能规划，把整个系统分为复位电路、单片机控制单元电路、A／D转换电路、RS232接口电路、RS485接口电路、输入／输出电路、键盘和LED显示电路、电源电路、GPRS模块，最后完成了整个系统的硬件设计。

关键词：

GPRS；MCS—51单片机;实时监测

ABSTRACT

Waterqualitymonitoringsystemisanimportantbaseforwaterresourcemanagerandprotection，andalsoallimportantmeasuretoprotectwaterenvironment．Atpresent，waterqualitymonitoringalsohavemanyproblemsinourcountry，First，samplingabilityisinsufficientandsamplingfrequencyislowatalllevelswaterqualitymonitoringstation。

Second，mobilemonitoringabilityisinsufficientandmobilewaterqualitymonitoringlabistoofew，fieldmonitoringabilityislow．Third,toofewofautomaticwaterquailtymonitoringstation，shortageofautomaticmonitoringandreportability，itisdifficulttogetrealtimedataofwaterqualitymonitoringatmainwaterafea．

Tothequestionsofwaterqualitymonitoringsysteminourcountry,thispaperdesignedaautomaticwaterqualitymonitoringsystembasedonGPRSandMCS—51microchip．First，thispapergoesintoparticularsthesystem’sfunctionsofuser’sneeds．Second，tothesystem’sfunction，thispaperdesignedresetcircuit,microchipcontrolcircuit，A/Dconvertercircuit、RS—232interfacecircuit,RS-485interfacecircuit，inputandoutputcircuit，keyboardcirciut，LEDdisplaydrivecircuitandGPRSmodule。

Finally,thispaperrealizedwholesystem’shardwaredesign．

KEYWORDS：

GPRS;MCS—51microchip;realtimemonitoringsystem

1引言

1．1我国水环境的现状

目前,我国年均水资源总量为28124亿m，居世界第6位，但由于人口众多，地域辽阔，人均水量仅为2400m，仅相当于世界人均的25％，低于人均3000m的轻度缺水标准，是世界上缺水的国家之一,且我国水资源在时空上分布不均.目前，我国有400多个城市缺水,其中有100多个城市严重缺水.正常年份城市缺水60亿m，日缺水量达1600万m。

地下水多年超采，储量不足.预计2010年后，我国将进入严重缺水期。

作为世界上第一人口大国和最大的发展中国家，我们在水资源使用和管理上，面临着水资源短缺与水浪费并存、洪涝灾害与生态失衡并存、水环境污染与水管理不善并存的突出矛盾．我国七大江河水系普遍受到不同程度的污染，其中尤以海河和辽河流域污染为重。

据有关资料显示:

2002年，七大水系741个重点监测断面中,29．1%的断面满足Ⅰ—Ⅲ类水质要求，30％的断面属Ⅳ、Ⅴ类水质，40．9％的断面属劣Ⅴ类水质。

2002年,全国工业和城镇生活废水排放总量为439．5亿m，比上年增加1．5％，其中工业废水排放量207．2亿m，比上年增加2．3％，城镇生活污水排放量232．3亿m，比上年增加0．9%．由于80％以上的污水未经处理就直接排入水域，已造成90%以上的城市水域严重污染，近50%的重点城镇水源不符合饮用水标准，就连城市地下水都有50％受到严重污染。

水中有毒有害的有机物问题已经越来越突出，如致癌物的水污染问题，一些城市饮用水中已有20多种致癌物。

水资源不合理的开发利用,尤其是水污染的不断加重，引起了政府的高度重视.

近几年来,国家逐步加大环境监测网络建设以提高环境监测能力，改善生态环境。

主要措施包括：

加强污染物排放总量的监测，加快空气质量监测网络建设，完善主要流域水质自动监测系统，加强近岸海域监测网能力、生态监测能力、监测信息传输能力等方面的建设，环境自动监测能力有了很大的提高。

从全国的环境监测数据来看，我国的环境污染恶化的趋势已得到基本控制，环境质量有所改善，但是污染仍处于相当高的水平。

因此迫切需要大量的现代化的环境监测仪器,特别需要优质的自动监测系统和污染源在线连续监测系统。

1．2环境监测仪器的现状与问题

1．2．1环境监测仪器主要包括以下几个方面

（1）通用的实验室分析仪器:

包括光学类仪器，如可见紫外分光光度计、荧光光度计、原子吸收光度计、等离子体光谱仪、X-射线荧光光谱仪和红外光谱仪;电化学类仪器,如PH计、电导仪、库仑计、电位滴定仪、离子活度计和各种极谱仪；色谱类的仪器，如离子色谱仪、气相色谱仪、高压液相色谱仪、色谱，质谱联机和液谱／质谱联机等。

凡分析实验室应有的仪器环境科学与监测实验室均需要.

（2）专用监测仪器:

空气-TSP、PMl0、MP25采样器及其监测仪器（β-射线吸收，晶体震荡天平）；气体自动采样器：

S02、N02，NO、NOX、03和CO监测仪；水质监测方面：

测汞仪、测油仪、CODcr测定仪、DO仪、污水流量计和比例自动采样器等。

（3）自动监测系统：

空气地面自动监测系统；环境水质自动监测系统；工业污染源在线连续自动监测系统;道路交通噪声自动监测系统等。

1．2．2国产环境科学监测仪器存在的主要问题

国产专用监测仪、采样器数量上占有优势,基本可用,但附加值低，且监测数据多为有线传输，对于监测点地理位置比较分散、偏僻、自然条件较差地方，采用有线传输需要架设专线,成本太高。

高质量的分析仪、专用监测仪器和自动监测系统多是国外引进的,因此国产仪器占的份额很小.究其原因：

一是大型国营企业运行机制问题,未发挥好骨干作用；二是小企业蜂拥而上,缺乏技术缺乏资金,低水平重复的较多,仪器的质量和性能均不能与国外进口仪器抗衡;三是研究院校与企业缺乏紧密合作机制，有技术创新的、有资金脱节的，不能快速实现产业化；四是政府对开发研制环境科学仪器的投资和风险投资不足。

1．3环境监测仪器的未来市场需求

（1）环境质量监测：

全国环保系统及各部门、行业、企业已建监测站4000多个，从业人员6万多人，还有几万个环境科研院所。

近几年正是环境科学和监测分析仪器、装备更新换代和提高水平时期，中央、地方政府和企业每年投资购买仪器装备约两亿人民币。

国家环保局计划要装备400多个国家网络监测站，350多个环境信息中心，100个城市空气地面自动监测系统。

项目包括：

FMl0、S02、N02、O3、CO、风向、风速、温度、湿度，约100个国控水质监测断面自动监测系统。

项目包括：

PH、温度、电导、浊度、溶解氧、氨氮、总氮、总磷、CODcr、高锰酸盐指数,初步计划投资15亿人民币，其中国家投资三分之二,地方投资三分之一.这不包括行业、地方和企业的监测站能力建设的投资,各部门、各地方根据环境保护任务的需要另有自己的投资计划。

（2）污染源监测：

国家要对全国1．8万个重点污染企业实施主要污染物排放总量控制和消减.以改善环境质量,因此要求1。

8万个污染大户要逐步安装在线连续自动监测系统.

污水监测主要包括；污水流量计、自动比例采样器、P11、CODcr、矿物油、氰化物和氨氮等项目的自动监测系统，并实现计算机联网管理。

废气监测主要包括：

工业粉尘、烟尘、烟气S02、N02、CO和烟气流速在线连续监测系统，实现计算机联网管理,加强实时监控，这些都是较新的。

成熟的国产仪器系统很少，而需求量比环境质量监测要大得多，主要由污染企业购买。

行业主要是电力、石油化工、建材、冶金、造纸、食品和城市污水处理厂等，潜在的市场有数十亿至数百亿元.

（3）遥感遥测仪器仪表：

国家提出环境污染防治与生态环境保护并重的方针，要加强生态环境保护,必须对我国生态环境进行监测.包括对荒漠、草原、森林、海洋、农业生态环境进行监测，也需要对大气污染、水域污染（如海洋赤潮、溢油污染）及污染源进行遥感遥测,还要建立卫星地面接受系统及卫星图片解析系统，对环境生态质量现状及变化趋势进行分析，为国家环境生态保护与建设提供决策的科学依据。

1．4GPRS通信

1．4．1GPRS技术特点

GPRS是通用分组无线业务（GeneralPacketRadioService）的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务,目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。

GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构。

这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似，因此现有的基站子系统（BSS）从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。

GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源.从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。

特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。

（一）在现有的GSM系统上实现GPRS需要增加的功能模块

GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的．在900／1800MHzGSM数字蜂窝移动通信系统中完成GPRS业务的网络设备及其相应的连接,网络设备主要包括：

（1）GPRS交换设备如GPRS网关支持节点GGSN（GateGPRSSupportingNode）和GPRS业务支持节点（ServingGPRSSupportNode）,以及其他一些功能实体（域名服务器DNS、计费网关CG和边界网关BG）.

（2）GPRS基站子系统附加设备主要包括引入GPRS业务后，在基站子系统BSS或基站收发信机BTS中新增加的硬件单元（PCU）。

（3）其它设备如本地位置寄存器HLR、访问位置寄存器VLR、移动交换中心MSC、SMS—GMSC和SMS—IWMSC等GSM系统原有设备被升级以支持相应的与GPRS有关的功能。

（4）要实现GPRS网络,移动台也必须是GPRS移动台或GPRS／GSM双模移动台。

（二）GPRS网络数据包的发送与接收

笔记本电脑通过串行或无线