无线环境监测模拟装置无线环境监测模拟装置
全国一等奖全国一等奖 电子科技大学电子科技大学 王康王康王康 胡航宇胡航宇
耿东晛耿东晛
摘要摘要 本作品以MSP430单片机为核心，
利用数字温度传感器以及光敏电阻采集温度和光照信息；通过ASK 调制和调谐式解调（Tone Decoder）进行数据通讯，并采用CSMA 方式解决了多个节点公用同一信道的问题；采用存储转发机制以及对被转发的数据包赋予生命周期的方法，实现了自动转发功能以及对新节点加入和离开的自动识别。探测节点全部采用通用器件，以60mW 左右的平均功耗实现了节点间0.7m 以及转发方式下1.4m 的通讯距离，在达到指标要求的前提下降低了功耗和成本。
关键词：ASK 调制，Tone Decoder， CSMA，存储转发；
一、 方案论证与比较
1.1调制方案选择调制方案选择：：
方案1：采用FSK 调制，优点是具有较强的抗干扰能力。缺点是解调部分的硬
件较为复杂。
方案2：采用ASK 调制，优点是调制和解调的电路都相对简单，缺点是抗干扰
能力较差。通过在干扰较小的频段选择合适的载频，并通过窄带滤波能够消除大部分干扰，所以本作品选择了ASK 调制方式。
1.2解调方案选择解调方案选择：：
方案1：对ASK 信号放大与窄带滤波后，进行包络检波，再通过门限判决的方
法解调。该方案的成本低，缺点是抗干扰能力很差，窄带滤波器容易偏频，难以调试。
方案2：对ASK 信号放大后，采用调谐式解调器（Tone-Decoder）进行解调，
解调器本身是个窄带锁相环，能够省去窄带滤波器，且本身抗干扰能力较强；本作品中采用该方案。
1.3多点通讯方案选择多点通讯方案选择：：
多个节点间共用了同一个通信信道，因此在主机以及多节点之间涉及到信道复用问题。我们对比了以下方案：
方案1：采用时间分隔机制的信道复用，如主-从式的轮询点名或令牌环网络。
考虑到数据转发功能的实现必然要有多台主机，主-从式网络只允许一台主机显然不合适，而令牌环网络在节点随机离开后也会出现令牌无法传递的问题。并且，当节点编号未知时，依次搜索255个节点耗时很长。
方案2：基于碰撞侦测机制的信道复用，如A LOH A 、CSMA 等方式。优点是网络
中每个节点都可以作为主机，随时可以主动发送数据到任何其他节点。缺点是数据包可能因随机碰撞而丢失，且通讯延迟不可预计。但题目中要求5秒较为宽裕，而被传输的信息都是缓变量，允许进行多次重发。其中CSMA 方式在发送前进行载波侦听，不会出现A LOH A 在信道拥挤时将信道完全阻塞的现象，所以选择了CSMA 方式进行信道复用。 系统整体框图如图1，每个节点都采用低功耗的MSP430单片机对环境参数
进行采集和换算。用单片机内部的分频器对时钟分频产生载波，将串口数据流作为基带信号，用门电路进行调制，再通过丙类放大器谐振放大后发射。线圈接收的信号通过两级三极管放大器进行60d B 放大后，送入调谐式解调器进行解调，还原为基带信号，送至单片机串口；完成数据收发。
图1 系统整体框图
二、理论分析与参数计算、电路设计
2.1 2.1 收发电路分析收发电路分析收发电路分析 1）载波频率的选择载波频率的选择。。 电磁波能量分为磁场分量与电场分量两部分，线圈（环形天线）对其中的磁场分量敏感而对电场分量不敏感。虽然在理论上振荡频率越高电磁波越容易被发射，但考虑到实际的测试环境中存在各种磁场干扰，例如中波电台500kHz -1.6M Hz ，短波电台1.8M Hz -29.7M Hz ，占据了题目所限定频率范围的高端，因此我们选择500kHz 以下的频率。又考虑到工频设备100Hz 磁场以及开关电源的磁场干扰大约数十kHz 至100kHz ，我们取250kHz 的频率作为载波，避开了环境中可能的大部分干扰源。 2）发射电路分析发射电路分析。。 该系统中，信息通过磁场耦合，而线圈发射的磁场强度正
比于线圈中的电流。线圈内阻很小，如果直接给线圈施加大电流激励，系统功耗很大且能量几乎全部浪费在限流电阻上。为了以较小的功耗来获得较大的线圈电流，采用谐振式（丙类）放大器。经测量，直径3.5cm，5匝空心线圈的电感量L 0为1.87uH ，当谐振频率f 0=250kHz 时，与之并联的谐振电容C 0的容量为：
F 21.0L )f 2/(1C 0200μπ==
3）接收电路分析接收电路分析。。 对于接收放大器来说，线圈是一个低阻抗的信号源，不要求放大器具有高输入阻抗。ASK 解调对信号失真度要求也不严格，为了降低成本可采用三极管放大器，通过两级放大达到60d B 左右。放大后的信号通过解调后还原成基带信号（数据流）送至单片机串口。 2.2 2.2 通讯协议分析通讯协议分析
1） 通讯速率选择。 因为250kHz 载波频率较低，所以限制了通讯速率。考虑到
调谐解调器L MC567至少要20~100个载波周期才能实现可靠的检测，又考虑到串口采用每个比特中间时刻判决，需要留2倍裕量，最后以载波频率
的1/200，即1200bps 的速率进行通讯。
2） 信道复用分析。多点通信采用CSMA（载波侦听多路复用）方式，载波侦听
可以通过数据接收来实现。通过查询单片机RX D 引脚在一个字符时间内是否发生变化，来判定附近是否有其他节点正在发送数据。为了减小碰撞的概率，协议上尽可能采用短帧。每个节点采用随机时间作为发送间隔，若在发送前侦测到信道已被占用，则放弃本次发射，等待下一次发射窗口。发射间隔在0.25~1秒内随机变化，采用8字节数据帧，以1200bps 发送一帧需要60m s ，在2个节点情况下，每个节点碰撞发生的概率约为60m s/[(1000+250)/2]=1/10；而5秒内平均有8次发射窗口，数据连续5秒被阻塞的概率仅有1×10-8。当节点数量增加时，平均传输延迟变长，但每个节点一定能遇到发射窗口。
3） 转发协议分析。为了实现自动转发功能，每个节点内部都保留一定的存储空
间，用于存储它所收到的所有其他节点的数据。在连续运行一段时间后，每个节点内都存储有该节点所在连通域内的所有节点的数据。监控终端只要访问任一节点，即可获得该连通域内的所有节点数据。为了判别节点的离开，每一个数据都附加有生命周期，当生命周期结束后，该数据会被删除。协议数据帧格式如图2，每个节点发送自身的物理地址（拨码开关编号）、环境参数，并且附带转发它所接收到的其他节点数据；帧尾添加C R C 校验。
0=已失效1=有效00=无01=弱10=中0=已失效1=有效11=强
00=无01=弱10=中11=强
图2 通信协议帧格式
2.3 2.3 无线收发电路设计无线收发电路设计无线收发电路设计
无线收发电路如图3，主要分为发射和接收两部分。利用MSP430F1232单片机的时钟分频输出功能，将晶振（2M Hz ）8分频后输出250kHz 载波。串口发送数据通过与非门进行250kHz 调制，再驱动Q 5和L 1、C1构成的谐振放大器，通过线圈L 1发送出去。当数据停止发射时，Q 5截止，发射部分自动断开，不影响接收部分的工作。
A1=40dB A2=20dB
ASK 解调
线圈
图3 无线收发电路
接收部分首先将线圈上感应出的电压放大。经实测，为了达到>25cm 的通讯距离至少需
要60d B 的增益。为降低功耗和成本，采用三极管放大器。为了达到所需的增益采用两级放大，其中第一级放大40d B 左右，第二级放大20d B 左右，级间通过射随器（Q 2、Q 4）进行阻抗匹配。放大后的信号通过L MC567进行解调。调节R 10使L MC567的本振频率为载波频率的2倍（500kHz ）。解调出的基带信号就是接收到的数据流，直接送入单片机串口。 2.4 2.4 传感器电路设计传感器电路设计
温度测量选用数字温度传感器DS18B 20，在0~100℃内，误差最大1℃，符合题目精度要求且无需校准。采用CdS 光敏电阻作为光强检测元件，与固定电阻分压后被单片机ADC 采样，扩展出了亮度等级显示功能。
图4 传感器电路
2.5 2.5 软件设计软件设计
检测节点的软件包含通信模块和环境参数测量模块；监控终端软件包含通信模块和显示模块。包括监控终端在内的三个节点在网络中是完全等价的，因此三者的通信模块程序相同，如图5所示。
a)随机时间间隔定时中断 b）串口接收中断 c)系统定时节拍中断
图5 通信软件模块流程图
通信模块的软件由3个中断服务程序构成。用MSP430单片机定时器产生一个随机间隔的中断作为CSMA 的随机数据发送间隔，在每次发送前侦听2m s （约等于2个字节的发送时间），若能收到数据则说明有其他节点占用了信道，放弃本次发射窗口，并产生一个随机数作为下次唤醒的时间间隔；若侦听发现信道空闲，则测量环境参数并与本节点已备份的其他节点数据一并发出。若串口接收到数据帧，则说明附近存在其他的节点，解析该数据帧，并将其他节点的数据保存在一个列表中，同时赋予生命周期值64。在系统1/32秒定时中断内对生命周期递减，若超过2秒未收到该节点的数据，则生命周期会递减至0，被删除。
采用该方法实现多节点自组织通信的优点是每个节点内都备份与之连通的所有节点数据，且实现方法简单。缺点是如果节点数增加，内存开销和通讯帧长度将增加。在本题中只有3个节点，效率较高，且单片机大部分时间处于休眠状态，功耗低。
三、系统测试与数据分析
测试仪器： 1. 2米卷尺
2. AC 97型3位半数字万用表
3. 手电筒、遮光罩、电吹风
4. 秒表
测试方法与测试结果： 1.
1.单机通单机通单机通讯距离测试讯距离测试讯距离测试。。
测试方法：如图6，固定监测终端，移动单只检测节点找到两机能够正常直接通
信的最远距离，记录从开启节点电源至监测终端接收到数据的延时，并记录两线圈实际距离。 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 距离（cm） 1 5 10 20 40 60 70 75 时延（s ） 0.45 0.40 0.54 0.39 0.51 0.40 0.51 掉线 测试结果：根据数据最远通讯距离为70cm。 2.2.多机网络测试多机网络测试多机网络测试。。
测试方法：如图7，固定监测终端，将两个检测节点同时接入网络，不采用中继转发功能，将各个节点移动到能够通信的最远处，同时开启两个节点电源，记录从机均正常收到数据的延时，并记录此时节点与监控终端的距离。 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 距离（cm） 1 5 10 20 40 60 70 75 时延（s ） 1.49 1.58 1.73 1.38 1.19 1.20 1.29 掉线 测试结果：根据数据最远距离为70cm
3.3.自动转发测试自动转发测试自动转发测试。。
测试方法：如图7，固定监测终端，移动第一块检测节点到与监测终端能够正常通信的最远处，此时将第二块检测节点从远离监测终端方向接入网络，移动该节点到此机信息能够显示在监测终端上的最远处，打开远离监测终端节点的电源使其处于连续发射状态，此时开启中继节点，记录监测终端均收到2节点信息的延时，并记录此时较远节线圈与终端线圈距离。
测试结果：最远转发距离140cm 4.4.系统功耗测试系统功耗测试系统功耗测试。。
如图9，在监控终端和检测节点稳定工作下，距离D+D1=50cm 时，用3位半万用表测量测试节点的电流，观察30s 并记录期间的最大值。
次数 1 2 3 4 5 6 7 8 D （cm） 1 5 10 20 40 60 70 75 D1 （cm） 1 5 10 20 40 60 70 75 时延（s ） 1.10 1.16 2.80 1.57 1.07 2.67 2.37 掉线 图9：节点电流节点电流测试电路测试电路
图7多机多机与自动转发测试与自动转发测试与自动转发测试
试
四、总结
本作品达到了题目所有的功能和指标，并且扩展了光强指示功能。在超过题目要求通信距离2倍的前提下，通过间歇工作实现了低功耗；通过采用分立器件作为放大电路，降低了成本。节点间通讯采用CSMA方式共享信道，以C R C校验作为检错机制，采取存储转发机制实现自动转发。经测试通信稳定可靠。该作品的不足之处是通信载波频率较低，限制了通讯速率，加之CSMA方式对信道采取随机抢占手段，当节点数目增加时，网络拥塞和延迟会比较严重。
唐山师范学院本科毕业论文 题目无线环境监测系统的设计 学生 22222 指导教师姜丽飞讲师 年级 2008级 专业电子信息科学与技术 系别物理系 唐山师范学院物理系 2012年5月
郑重声明 本人的毕业论文（设计）是在指导教师姜丽飞的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。 毕业论文（设计）作者（签名）： 年月日
目录 标题 (1) 中文摘要 (1) 1 引言 (1) 2 系统硬件设计 (1) 2.1 设计目标 (1) 2.2 方案选择 (1) 2.3 系统结构 (2) 2.4 电路设计 (3) 3 系统软件设计 (6) 3.1 通信协议 (6) 3.2 系统软件 (7) 4 系统性能测试方法及测试结果 (7) 4.1 温度测量 (7) 4.2 光照测试...................................... (7) 4.3 主机与各从机通信距离及响应时间测试 (8) 5 结束语........................................... . (8) 参考文献................................. . (9) 致谢....................................... ...... .. (10) 附录.................................................................................................... (11) 外文页........................................... .. (12)
一、选择题（单选，四选一） 1．污染物浓度测量值的极限值判定，采用 A 比较法。 (A)全数值(B)修约值(C)平均值(D)比较值 2．《公共场所空气中甲醛测定方法-酚试剂分光光度法》GB/T 18204.26-2000中用来标定硫代硫酸钠标准浓度所使用的碘酸钾试剂为 C 试剂。 (A) 化学纯(B)分析纯(C) 优级纯(D)色谱纯 3．《公共场所空气中甲醛测定方法-酚试剂分光光度法》GB/T 18204.26-2000中所使用的分光光度计应在波长为谱 A nm处测定吸光度。 (A) 630 (B)697.5 (C) 660 (D)690 4在《化学试剂标准滴定溶液的制备》GB/T601-2002中规定，在标定和使用标准滴定溶液时，滴定速度应保持在 C 。 A 4～6ml/min B 3～6ml/min C 6～8ml/min D 5～8ml/min 5酚试剂法测定甲醛含量，分光光度计应选择 C ： A 697.5nm B 530 nm C 630 nm D 425 nm 6乙醇（95%）是指_____B__ A 乙醇的质量分数为95% B 乙醇的体积分数为95% C 乙醇的质量百分浓度为95% D 乙醇的质量分数为5% 7GB 50325中室内污染物浓度测量至的极限值判定应依据 B 标准采用全数值比较法。 A、GB/T1250-2008 B、GB/T 8170-2008 C、GB/T15481-2008 D、GB/T6682-2008 8测定氨时，GB/T 18204.25-2000规定分光光度计的狭缝 D 。 A、小于5nm B、小于10nm C、小于15nm D、小于20nm 9民用建筑工程验收时， A 不列入抽检房间范围。 A、底层停车场 B、卫生间 C、卧室 D、厨房 10民用建筑工程室内空气中苯的检测时，吸附管活化温度为 D ℃ A、250-300 B、250-325 C、300-325 D、300-350 11、民用建筑工程室内空气中苯的检测时，吸附管热解吸温度为D ℃。 A、250 B、300 C、325 D、350 12、色谱法作为分析方法的最大特点是 D 。 A、进行定性分析 B、进行定量分析 C、分离混合物 D、分离混合物并分析测定含量 13、下面描述的测量空气中氡浓度的方法中____D___氡浓度的探测下限最小：
南京航空航天大学 硕士学位论文 基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现 姓名：耿长剑 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：王成华 20090101
南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种集成了计算机技术、通信技术、传感器技术的新型智能监控网络，已成为当前无线通信领域研究的热点。 随着生活水平的提高，环境问题开始得到人们的重视。传统的环境监测系统由于传感器成本高，部署比较困难，并且维护成本高，因此很难应用。本文以环境温度和湿度监控为应用背景，实现了一种基于无线传感器网络的监测系统。 本系统将传感器节点部署在监测区域内，通过自组网的方式构成传感器网络，每个节点采集的数据经过多跳的方式路由到汇聚节点，汇聚节点将数据经过初步处理后存储到数据中心，远程用户可以通过网络访问采集的数据。基于CC2430无线单片机设计了无线传感器网络传感器节点，主要完成了温湿度传感器SHT10的软硬件设计和部分无线通讯程序的设计。以PXA270为处理器的汇聚节点，完成了嵌入式Linux系统的构建，将Linux2.6内核剪裁移植到平台上，并且实现了JFFS2根文件系统。为了方便调试和数据的传输，还开发了网络设备驱动程序。 测试表明，各个节点能够正确的采集温度和湿度信息，并且通信良好，信号稳定。本系统易于部署，降低了开发和维护成本，并且可以通过无线通信方式获取数据或进行远程控制，使用和维护方便。 关键词：无线传感器网络，环境监测，温湿度传感器，嵌入式Linux，设备驱动
Abstract Wireless Sensor Network, a new intelligent control and monitoring network combining sensor technology with computer and communication technology, has become a hot spot in the field of wireless communication. With the improvement of living standards, people pay more attention to environmental issues. Because of the high maintenance cost and complexity of dispose, traditional environmental monitoring system is restricted in several applications. In order to surveil the temperature and humidity of the environment, a new surveillance system based on WSN is implemented in this thesis. Sensor nodes are placed in the surveillance area casually and they construct ad hoc network automatieally. Sensor nodes send the collection data to the sink node via multi-hop routing, which is determined by a specific routing protocol. Then sink node reveives data and sends it to the remoted database server, remote users can access data through Internet. The wireless sensor network node is designed based on a wireless mcu CC2430, in which we mainly design the temperature and humidity sensors’ hardware and software as well as part of the wireless communications program. Sink node's processors is PXA270, in which we construct the sink node embedded Linux System. Port the Linux2.6 core to the platform, then implement the JFFS2 root file system. In order to facilitate debugging and data transmission, the thesis also develops the network device driver. Testing showed that each node can collect the right temperature and humidity information, and the communication is stable and good. The system is easy to deploy so the development and maintenance costs is reduced, it can be obtained data through wireless communication. It's easy to use and maintain. Key Words: Wireless Sensor Network, Environment Monitoring, Temperature and Humidity Sensor, Embedded Linux, Device Drivers
环境监测技术理论考试试卷（模拟卷）及答案 一、填空题（20个空格×0.5分=10分） 1.在环境空气采样期间，应记录流量、时间、气样温度和压力等参数。 2.钼酸铵分光光度法测定水中总磷时，如显色时室温低于13o C，可在20o C-30o C水浴中显色 15 min. 3.应用分光光度法进行试样测定时，选择最适宜的测定浓度可减少测定误差。一般来说，吸光度值在 0.1-0.7 范围，测定误差相对较小。理论上，吸光度值是0.434时，浓度测量的相对标准偏差最小。 4.在气相色谱中，保留值实际上反映的是组分和固定相分子间的相互作用力。 5.在地表水采样断面同一条垂线上，水深5m-10m时，设2个采样点，即水面下0.5 m处和河底上0.5m 处；若水深≤5m时，采样点在水面下0.5m处。 6.环境空气手工监测时，采样仪器临界限流孔流量每月校准1次，流量误差应小于5%。 7.空气动力学当量直径≤100μm 的颗粒物，称为总悬浮颗粒物，简称 TSP ；空气动力学当量直径≤ 10μm 的颗粒物，称为可吸入颗粒物，简称 PM10。 8.大气污染物无组织排放监测，一般在排放源上风向设1个参照点，在下风向最多设4个监控点。 9.GC-MS的进样口对真空要求最高。 10.土壤混合样的采集方法主要有四种，即对角线法、棋盘式法、梅花点法和蛇形法。 11.测量噪声时，要求的气象条件为无雨雪、无雷电天气，风速5m/s。 12.一般情况下，工业企业厂界噪声监测点位应选在法定厂界外1m，高度1.2m以上。监测时，如是稳态噪声， 则采取1min的等效声级。 13.等离子体发射光谱通常由化学火焰、电火花、电弧、激光和各种等离子体光源激发而获得。 14.采集用于监测细菌学指标水样的玻璃瓶，在洗涤干燥后，要在160o C-170o C干热灭菌2h或高压蒸汽121 o C灭菌20min。不能使用加热灭菌的塑料采样瓶应浸泡在0.5%的过氧乙酸中10分钟进行低温灭菌。15.实验室质量体系的内部审核一般每年不少于1次；管理评审每年至少组织1次。
环境监测模拟试题一 一、名词解释（本题共10分，共5小题，每题各2分） 1、环境监测 2、硫酸盐化速率 3、环境标准样品 4、生态监测 5、可吸入颗粒物或飘尘（IP） 二、填空题（本题共20分，共20空，每空各1分） 1、环境监测按监测目的分类可分为、、。 2、大气污染监测布点方法有、、、。 3、工业废水监测，监测类污染物应在车间或车间处理设施的废水排放口设置采样点，监测类污染物应在工厂废水总排放口布设监测点。 4、生活引用水监测的常规检验项目包括、、等。（请写出三个） 5、土壤的基本性质有、和。 6、生活垃圾的处理方法大致有、和。 7、根据生态监测的对象及其涉及的空间尺度，可分为和。 三、简答题（本题共24分，共4小题，每题各6分） 1、环境污染生物监测的方法主要有哪些？ 2、试说明环境监测的目的？ 3、危险废物特性包括哪些？ 4、什么是等效连续声级？ 四、问答题（本题共30分，共3小题，每题各10分）
1、水质监测分析方法有很多种方法，我国国家环境保护总局将现行方法分为三类，分别是哪三类？并说明其适用范围。其中哪两类可在环境监测与执法中使用？ 2、突发性环境污染事故的应急监测的原则有哪些？ 3、一种废物是否对人类环境造成危害可以用哪四点来定义鉴别？ 五、分析题（本题共16分，共1小题） 地面水水质监测过程中在设置监测断面后，应根据水面的宽度确定断面上的采样垂线，再根据采样垂线处水深确定采样点的数目和位置。请在下面图形中根据河流的宽度和深度及 水流特点分别标出采样垂线，在垂线上标明采样点及深度。并说明依据。 环境监测模拟试题二 一、名词解释（本题共10分，共5小题，每题各2分） 1、环境监测 2、采样效率 3、污泥指数（SVI） 4、第一类污染物 5、灰尘自然沉降量（降尘）
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智能家居环境监测系统设计与实现 智能家居是指在智能化、自动化、信息化的基础上利用传感器网络等进行数据传输，实现家居电器的智能控制，随着4G网络的快速发展，智能家居的及时出现为人们享受生活提供了一个更好的选择。 一、智能家居环境监测系统总体设计 基于ZigBee无线通信技术构建的室内环境监测系统主要实现室内温度、氧气、一氧化碳、二氧化硫、湿度、甲烷和二氧化碳含量等家居环境的检测，其次是监测生活用水、用电和用气的安全性和用量，三是监测室内各种生活家电的状态等。系统设计中，基于ZigBee的传感器节点将室内环境信息发送到无线传感器网络的汇聚节点，通过ARM微处理器实现嵌入式编程，然手通过ARM微处理器和ZigBee汇聚节点实现有效的网络串行通信。通过该系统，采集室内环境信息、输入操作命令、输出操作结果、集中控制室内环境、远程控制家用电器、联动控制室内安防系统等功能。 二、智能家居环境监测系统详细设计 2.1室内环境信息采集功能 通过部署在室内的传感器节点，实现无线传感器网络的室内环境信息采集，以便能够将室内温度、湿度、氧气、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、甲烷及生活用水和生活电气等相关信息传递到系统中。信息采集和感知是室内环境系统最基本的功能，需要将传感器节点进行良好的部署和优化，以便在最小能量耗费下实现节点的全方位覆盖。 2.2 室内环境信息传输功能 传感器节点采集相关的网络信息后，通过4G网络传输到ZigBee汇聚节点，汇聚节点将多个传感器节点信息传输到室内监测系统的服务器，以便服务器进行处理。信息传输过程中，为了实现高效数据传输和分发，需要将数据进行压缩和存储，实现传感器网络的聚簇作用，同时为了降低传感器网络的通信开销、平衡节点间负载，需要对传感器网络节点和传输节点进行设计。 2.3 室内环境信息处理功能 数据传输到服务器后，环境监测装置负责处理采集到的数据信息，发现相关的信息超过用户设置的预警值，则传感器检测装置通过4G通信网络以短信或数据通信的方式通知用户，同时将收集的信息存储到服务器数据库中。逻辑业务处理将数据统计分析和预测结果发送到相关界面，以便用户查看和分析。 三、Zigbee无线传感网络系统硬件设计
智能环境监测系统的设计 Design on the intelligent system of monitoring environment
摘要 系统主要由数据采集端和移动监控终端两部分组成。采用16位单片机SPCE061A为处理核心，在数据采集端，利用两片CD4067BE分别挂接16只DHT11温湿度传感器和16只光照强度传感器；采用10位ADC实现对环境声音的实时录制，加入OV7670摄像头进行实时拍照监控，最后把所采集到的数据帧通过NRF905无线传输模块传送到移动监控终端。在移动监控终端，通过NRF905接收数据，将处理后的环境参数数据进行显示，接收到的语音压缩编码通过10位DAC进行解码播放，通过按键切换进入全屏环境参数显示模式或全屏监控照片显示模式，并将接受到的环境参数、声音、照片存储到SD卡中。本文以SPCE061A超低功耗单片机为核心，设计了通用智能终端和智能温湿度传感器，重点介绍了该终端和传感器的任务、硬件、软件以及控制算法的设计与实现。硬件方面，介绍了系统各个部分的设计思想、原理电路以及，并给出了系统总硬件原理图；另外，为了实现系统的低成本和低功耗，在满足设计要求的前提下，尽可能选用了价格低廉和低功耗的元器件。软件方面，采用了时间触发的混合调度器模式设计，对系统各个任务进行了设计，并给出了系统软件低功耗设计方法。 关键词：SPCE061A；多节点；无线传输；HMI Abstract The system is designed for two parts of data acquisition terminal and mobile monitoring terminal. Its processing core is SPCE061A which is a 16 bits mcu. In the data acquisition terminal, 16 DHT11 of single bus temperature, humidity sensor and 16 light intensity sensor are hung on two CD4067BE. The environmental sound is recorded to coding and compression with 10 bits ADC which is built in the mcu at any time. Add OV7670 which is a camera module to monitor at anytime. ALL collected data is transmitted to the mobile monitoring terminal through NRF905 of wireless transmission module. In the mobile monitoring terminal, the data is received through NRF905.The environmental parameter data is displayed after dealing with and the compression coding of speech is decoded to play with 10 bits DAC.We can switch to full-screen environment parameter display mode or full-screen picture display mode with the keys. At last, the environmental parameter, sound and photos are stored to the SD card.Based on the SPCE061A ultra low power microcontroller as the core, a general intelligent terminal and intelligent temperature and
环境监测考试题库 一、判断题（共50题） 1、环境监测人员合格证考核由基本理论、基本操作技能和实际样品分析三部分组成。（√） 2、空白试验是指除用纯水代替样品外，其它所加试剂和操作步骤，均与样品测定完全相同的操作过程，空白试验应与样品测定分开进行。（×） 3、配制溶液时为了安全，水要缓慢地加入浓酸或浓碱中，并不断搅拌，待溶液温度冷却到室温后，才能稀释到规定的体积。（×） 4、工业废水样品应在企业的车间排放口采样。（×） 5、测定PH值的样品可放置数天后进行测定，对其测定值无任何影响。（×） 6、甲醛法测定大气中SO2时，当显色温度在20℃±2℃，比色皿为lcm时，要求试剂空白 液不应超过0.03吸光度。( × ) 7、二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法测砷时，所用锌粒的规格不需严格控制。（×） 8、对含悬浮物的水样应分别单独定容采样，并全部用于测定。（√） 9、风罩用于减少风致噪声的影响和保护传声器，故户外测量时传声器应加戴风罩。（√） 10、在K2Cr2O7法测定COD的回流过程中，若溶液颜色变绿，说明水样的COD适中，可继续进行实验。（×） 11、水样采集后，立即经0.45μm滤膜过滤,其滤液消解供可溶性正磷酸盐的测定。（√） 12、在冬天气温较低，一般采集的较清洁地面水的溶解氧，往往是过饱和的，这时无须处理就可立即进行BOD5测定。
（×） 13、如果水样中不存在干扰物时，测定挥发性酚的预蒸馏操作可以省略。(× ) 14、测定挥发酚的NH3-NH4Cl缓冲液的pH值不在10.0±0.2范围内，可用HCl或NaOH调节。(× ) 15、测定溶解氧的水样，应带回实验室再固定。（×） 16、一类污染物应在企业的车间排放口采样。(√ ) 17、pH标准溶液在冷暗处可长期保存。(× ) 18、总不可过滤固体物质通常在100℃度下烘干。两次称重相差不超过0.005g。(× ) 19、测定水中悬浮物，通常采用滤膜的孔径为0.45μm。(√ ) 20、水样为淡粉色时，可使用铂钴比色法测定色度。(× ) 21、测定水样浊度超过100度时，可酌情少取，用水稀释到50.0ml，用分光光度法测定。(√ ) 22、硫酸肼有毒、致癌!使用时应注意。(√ ) 23、测定水中砷时，在加酸消解破坏有机物的过程中，溶液如变黑产生正干扰。(× ) 24、二乙氨基二硫代甲酸银分光光度法测定水中砷时，锌粒的规格对测定无影响。(× ) 25、六价铬与二苯碳酰二肼反应时，硫酸浓度一般控制在0.05～0.3mol/L(1/2H2S04)，酸度高时，显色快，但不稳定。(√ ) 26、测汞水样既可在酸性介质中进行，也可在碱性介质中进行。( × ) 27、EDTA具有广泛的络合性能，几乎能与所有的金属离子形成络合物，其组成比几乎均为l:1的螯合物。(√ ) 28、在pHl0的溶液中，铬黑T长期置入其内，可被徐徐氧化，所以在加入铬黑T后要立即进行滴定。(√ )
环境监测试题库 一、名词解释 1、优先污染物：经过优先选择的污染物称为环境优先污染物，简称为优先污染物。 2、背景断面：反映进入本地区河流水质的初始情况。 3、净化断面（削减断面）：当工业废水或生活污水在水体内流经一定距离而达到最大限度混合时，其污染状况明显减缓的断面。 4、控制断面：为了确定特定污染源对水体的影响，评价污染状况，以控制污染物排放而设置的采样断面。 5、酸度：指水中所含能与强碱发生中和作用的物质的总量。 6、碱度：指水中所含能与强酸发生中和作用的物质的总量。 7、化学需氧量（COD）：在一定条件下，用一定的强氧化剂处理水样所消耗的氧化剂的量，以氧的质量浓度mg/L表示，它是水体被还原性物质污染的主要指标。 8、生化需氧量（BOD）：是指由于水中的好氧微生物的繁殖或呼吸作用，水中所含的有机物被微生物生化降解时所消耗的溶解氧的量。 9、总有机碳（TOC）：是以碳的含量表示水中有机物的总量，结果以碳的质量浓度（mg/L）表示。 10、总需氧量（TOD）：指水中的还原物质，主要是有机物在燃烧中变成稳定的氧化物所需要的氧量，结果以O2的含量（mg/L）计。 11、大气污染：是指人类活动排出的污染物扩散到某个地区的室外空间，污染物质的性质、浓度和持续时间等因素综合影响而引起某个地区居民中大多数人的不适感，并使健康和福利受到恶劣影响。 12、硫酸盐化速率：指大气中含硫污染物（主要是二氧二碳）转化为硫酸盐微粒的速度。 13、降尘：是指大气中自然沉降于地面上的灰尘，又称自然降尘。 14、总悬浮颗粒物（TSP）：指悬浮在空气中，空气动力学当量直径<=100微米的颗粒物。 15、声功率：是单位时间内，声波通过垂直于传播方向某指定面积的声能量。在噪声监测中，声功率是指声源总声功率，单位为W。 16、声强：声强是指单位时间内，声波通过垂直于声波传播方向单位面积的声能量，单位为W/m2
环境保护信息系统总体设计方案 环境监测信息系统 总体设计方案 - 1 -
目录 环境监测信息系统总体设计方案 -------------------------------------- 错误!未定义书签。 1 引言------------------------------------------------------------------------------------------------ - 5 - 1.1设计思想 -------------------------------------------------------------------------------------5- 1.2设计背景 -------------------------------------------------------------------------------------5- 1.3参考文献 -------------------------------------------------------------------------------------6- 2 系统概述 ----------------------------------------------------------------------------------------- - 6 - 2.1系统设计原则 -------------------------------------------------------------------------------6- 2.2系统目标与运行环境 ---------------------------------------------------------------------7- 2.3需求分析 -------------------------------------------------------------------------------------8- 3 系统总体设计---------------------------------------------------------------------------------- - 10 - 3.1 系统物理结构 ------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 3.1.1 系统流程图 -------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 3.1.2 技术要求 ---------------------------------------------------------------------------- - 13 - 3.1.3 系统体系结构---------------------------------------------------------------------- - 14 - 3.2子系统功能描述及实现---------------------------------------------------------------- -14- 3.2.1 系统总体结构---------------------------------------------------------------------- - 14 - 3.2.2 子系统结构 ------------------------------------------------------------------------- - 14 - 3.3各子系统功能模块的实现 ------------------------------------------------------------ -21- 3.3.1信息输入模块 ---------------------------------------------------------------------- - 21 - 3.3.2 信息修改模块---------------------------------------------------------------------- - 21 - 3.3.3 信息查询功能---------------------------------------------------------------------- - 21 - 3.3.4 信息分析功能---------------------------------------------------------------------- - 22 - 3.3.5 信息输出功能---------------------------------------------------------------------- - 22 - 3.3.6 其它功能 ---------------------------------------------------------------------------- - 22 - 3.4软件结构图 ----------------------------------------------------------------------------------- - 24 - 3.4.1应用软件的设计思想 -------------------------------------------------------------- - 24 - 3.4.2软件系统总体架构 ---------------------------------------------------------------- - 25 - 4 开发过程--------------------------------------------------------------------------------------- - 26 - 4.1系统开发环境----------------------------------------------------------------------------- -26- 4.2总体进度计划 ----------------------------------------------------------------------------- -26- 4.3经费预算 ----------------------------------------------------------------------------------- -27- 5 软件设计标准 -------------------------------------------------------------------------------- - 27 - 5.1 用户界面-------------------------------------------------------------------------------------- - 27 - 5.2 硬件接口-------------------------------------------------------------------------------------- - 28 -
环境监测理论考试试卷及答案1（检测公司） 姓名：得分：阅卷签名： 一、填空题（每空分，共20分） 1．水系的背景断面须能反映水系未受污染时的背景值，原则上应设在或。答案：水系源头处未受污染的上游河段 2．在采样(水)断面同一条垂线上，水深5-10m时，设2个采样点，即 m处和 m 处；若水深≤5m时，采样点在水面 m处。 答案：水面下0．5 河底上0．5 下0．5 3．测、和等项目时，采样时水样必须注满容器，上部不留空间，并有水封口。 答案：溶解氧生化需氧量有机污染物 4．地下水采样前，除、和监测项目外，应先用被采样水荡洗采样器和水样容器2～3次后再采集水样。 答案：五日生化需氧量有机物细菌类 5．采集地下水水样时，样品唯一性标识中应包括、采样日期、编号、序号和监测项目等信息。 答案：样品类别监测井样品 6．工业废水的分析应特别重视水中对测定的影响，并保证分取测定水样的性和性。 答案：干扰物质均匀代表 7．水质采样时，通常分析有机物的样品使用简易 (材质)采样瓶，分析无机物的样品使用 (材质)采样瓶(桶)。自动采样容器应满足相应的污水采样器技术要求。 答案：玻璃聚乙烯塑料 8．往水样中投加一些化学试剂(保护剂)可固定水样中某些待测组分，经常使用的水样保护剂有各种、和，加入量因需要而异。 答案：酸碱生物抑制剂 9．文字描述法适用于天然水、水、水和水中臭的检验。②答案：饮用生活污工业废 10．水温测定时，当气温与水温相差较大时，尤应注意立即，避免受影响。 答案：读数气温 11．透明度是指水样的澄清程度，洁净水是透明的，水中存在和时，透明度便降低。④⑤答案：悬浮物胶体 12．浊度是由于水中含有泥沙、黏土、有机物、无机物、浮游生物和微生物等悬浮物质所造成的，可使光被散射或吸收。①② 13．测量水的pH值时，应适当进行搅拌，以使溶液均匀并达到电化学平衡，而在读数时，则应，，以使读数稳定。④ 答案：停止搅动静置片刻 14．当水深大于 cm、流速不小于 m／s时，可用流速计测量流速。常用的流速计有旋杯式和桨式两种。 答案：10 15．根据天平的感量(分度值)，通常把天平分为三类：感量在 g范围的天平称为普通天平；感量在 g以上的天平称为分析天平；感量在 mg以上的天平称为微量天平。 答案：0．1～0．001 0．0001 0．01 16．沉淀按其物理性质的不同，可粗略地分为沉淀和沉淀，介于两者之间的是凝乳状沉淀。 答案：晶形无定形 二、判断题（每题分，共15分） 1．为评价某一完整水系的污染程度，未受人类生活和生产活动影响、能够提供水环境背景值的断面，称为对照断面。( ) 答案：错误
目录 摘要...................................................................... 错误！未定义书签。Abstract .................................................................... 错误！未定义书签。1方案设计.. (1) 1.1理论分析 (2) 1.2设计方案论证与选择 (2) 1.2.1探测点和控制终端处理器的选择 (2) 1.2.2无线收发芯片的选择 (2) 1.2.3温度传感的选择 (3) 1.2.4光电传感的选择 (3) 1.2.5 显示器件的选择 (3) 1.3整体系统设计框图 (4) 2各模块的硬件设计与核心电路 (5) 2.1自制无线收发电路 (5) 2.1.1无线发射电路 (5) 2.1.2 无线接收电路 (5) 2.2传感模块 (7) 3 DS18B20无线收发模块程序流程图 (8) 参考文献： (10) 附录1 完整电路图 (11) 附录2实物图照片 (12) 附录3 软件程序源代码 (14)
2009年全国大学生电子设计竞赛试题 无线环境监测装置 摘要：本系统是由单片机AT89C52作为主控芯片，选用DS18B20作为 环境的温度采集芯片，以及用光电传感器对周围环境的光照进行探测。把DS18B20采集回的当前环境下的温度数据和光电传感器采集回来的光照情况的数据传送给探测点的AT89C52,进行相关的数据处理。然后把信息通过无线发射模块传送给控制终端的无线接收模块。在控制终端把接收回来的数据经过主控芯片AT89C52进行处理。然后传送给LCD12864，对探测点的温度和光照情况进行实时显示。经过测试，自制的无线收发模块，其无线传输载波频率为27MHZ 完全符合要求，探测时延在2s以内，天线与探测点的距离在50厘米以上，有比较好的数据传输功能。温度数据经过编码后通过无线传输的精度控制在1摄氏度以内。整个系统基本上达到了设计要求。 关键字：单片机AT89C51,无线发射，无线接收，DS18B20，LCD12864。 Abstact:This system uses the AT89C52 microcontroller as the master chip, chosing DS18B20 as the environmental temperature collecting chips and using the photoelectric sensors to detect the ambient light. The temperature data from DS18B20 and the data from the optical sensors, about the current environment, are transmitted to the AT89C52.Then the associated data is processed. And the processed data is transmited to the control terminal of the wireless receiver module through the wireless transmitter module.In the control terminal, the received data is processed by the master chip AT89C52 and then send it to LCD12864. Lastly the detection point temperature and light conditions in is real-time displayed.Test proves that the self-produce wireless transceiver module is accurate, the wireless carrier frequency of 27MHZ fully comply with the requirement and the detect delay is 2 s or less. The distance between the antenna and the detection point is 50 cm or more.This proves that transmission capability is fine. The precision of temperature data encoded through wireless transmission is 1 degrees. All prove that the system meets the design requirements fully. Keywords: SCM AT89C51, wireless transmitters, wireless receivers, DS18B20, LCD12864.