1、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
2、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 SERIAL WINDOW DOWNL
3、OAD 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 1 ADUC812 与 PC 机串口通信的硬件电路图 其中 ADM202 及 P3.0P3.1 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
4、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 SERIAL WINDOW DOWNLOAD 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 (
5、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
6、，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
7、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、
8、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
9、，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
10、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
11、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
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