环境参数监测（精选11篇）
环境参数监测 篇1
随着我国经济的飞速发展, 人们对各种蔬菜的需求也在不断提高。在冬季利用大棚反季节生产蔬菜, 已成为农民增收的主要途径之一。农民从事大棚生产的主要困难之一, 就是如何获得适宜农作物生长所需要的温度和湿度等环境方面的参数。就此, 国内已开展了许多研究, 并取得了显著成绩。但是, 由于部分技术所需成本较高, 农民投入较大, 因而不利于大规模推广。而无线技术和嵌入式技术的飞速发展, 低成本的大棚环境参数监测开发的条件已成熟。基于此, 笔者结合孟津县农业生产的实际状况, 会同有关单位专家设计了高精度、低成本的大棚环境参数微型无线监测仪, 以期为农业生产提供服务。
一、监测仪的基本组成
本蔬菜大棚环境参数微型无线监测仪由温度采集模块、湿度采集模块、无线模块1、无线模块2和微型液晶显示模块等5部分组成, 无线通信协议采用Simplici TI网络协议支持的串状网络结构。监测仪的基本工作过程是:大棚内的温度、湿度传感器将信号发送至无线模块1后, 该模块将这些信号处理变换为数字信号, 再通过微型天线发送给无线模块2;无线模块2对接收到的数字信号进行处理后, 传送到微型液晶显示器显示, 使人们可以及时掌握大棚的环境参数信息。该系统的无线传输距离可达000米, 非常适合大面积大棚的环境参数监测。
二、监测仪的硬件选择
基于高精度、低成本的原则, 我们对本大棚环境参数监测仪的主要硬件做了如下选择。
1. 无线收发模块。
系统所选无线收发模块的核心是CC1110无线单片机, 该芯片是一种真正的无线Soc, 特别适合低功耗无线应用设计。它包含了一个标准的增强型8051内核微处理器, 一个无线收发芯片CC1110被封装在一个6mm×6mm的芯片中, 芯片内自带32KB Flash和4KB RAM。无线通信主要工作在315/433/868/915MHz的ISM (工业、科学和医学) 频率波段, 在ISM频段可自由地设置为300~348MHz、391~464MHz和728~928MHz。该芯片的RF射频收发器集成了一个高度可配置的调制解调器, 可支持不同的调制格式, 其数据传输率可达500kbps。通过开启集成在调制解调器上的前向误差校正选项, 可使性能达到最佳状态。该芯片的主要特点如下:无线接收灵敏度高、抗干扰特性强;高达500KBaud的可编程数据传输速率;待机模式电流低于0.3μA时, 可从外部中断唤醒;电压范围较宽, 约为2.0~3.6V; (5) 内置12位高精度积分型A/D转换器, 并可配置为8路输入。
2. 温度传感器。
所选温度传感器为DS18B20, 具有微型化 (功耗仅相当于普通小功率三极管) 、低功耗、高精度和抗干扰能力强等优点, 可直接将温度转化成串行数字信号给单片机处理, 而无需传统的放大、A/D转换等外设电路, 节省了硬件资源。测量温度范围为-55℃~+125℃, 在-10℃~+85℃范围内, 精度为±0.5℃, 特别适合用于恶劣环境的现场温度测量。并且, 温度传感器在与单片机交换数据的单总线上, 可以挂接多个DS18B20, 因而能够实现多点温度的监控。单片机可以通过读取该温度传感器内部的64位光刻序列号, 识别出各个测温点的DS18B20, 实现对多点温度进行监控。
3. 湿度传感器。
所选湿度传感器为KSC-6V集成相对湿度传感器, 其基本原理是将湿敏电容置于RC振荡电路中, 直接将湿敏元件的电容信号转换成电压信号。设定在0%RH时, 湿敏支路产生一脉冲宽度的方波, 调整多圈电位器使其方波与湿敏支路脉冲宽度相同, 则两信号差为0。湿度变化引起脉冲宽度变化, 两信号差通过RC滤波后, 经标准化处理得到电压输出, 输出电压随相对湿度而增加, 其相对湿度0%~100%RH对应的输出为0~100m V。
4. 微型液晶显示器。
所选显示器件为微型液晶显示器1602LCD, 其性能特点是功耗非常低 (工作电流只有2.0m A) 、工作可靠、体积小 (可显示16×2个字符) 。其字符显示功能由内部专用的驱动芯片HD44780实现, 该芯片的应用非常简单, 只需将待显字符的标准ASCII码放入其内部集成的数据显示存储器 (DDRAM) 中, 内部控制线路就会自动将字符传送到显示器上。
三、硬件的接口电路
大棚内的数字温度信号被DS18B20采集后, 由其引脚2输出至无线单片机CC1110的第14引脚 (P2.0) 。湿度信号被集成湿度传感器KSC-6V采集后, 由其引脚2输出0~100m V的模拟电压信号, 再经集成运放相同比例放大后, 得到的模拟电压信号, 并输入到单片机CC1110的引脚P0.0 (该引脚可被设为能进行A/D采集的第二功能) 。CC1110芯片将对接收到的温度、湿度信号进行调制处理, 并由其天线E1发射出去, 供接收模块接收。
监测数据 (温度、湿度信号) 被天线E2接收后, 由CC1110芯片解调、数字化处理后, 得到的8位二进制数据可由P0.0~P0.7输送到LCD的DB0.0~DB0.7引脚进行显示。1602LCD的第一行显示为温度信息, 第二行显示为湿度信息。
四、监测仪的主要软件设计
监测仪的软件部分由无线发送和无线接收2个模块组成。为提高数据存取效率, 使用了CC1110内存与外设之间的DMA专门数据通道。该通道在DMA硬件控制器的控制下, 直接进行数据交换而无需通过CPU内核, 无需I/O指令。因此, A/D采集和射频收发器的数据移动到内存时就无需CPU内核干涉, 从而大大提高了无线数据的传输速度。
发送模块主程序:首先运行初始化程序, 然后进入程序循环, 调用radio Send () 函数, 把transmit Data缓冲区的数据发送出去。接收模块主程序:首先运行初始化程序, 然后进入程序循环, 先调用radio Receive () 函数, 接收无线监测数据, 待到确认接收成功后, 再将接收到的数据显示到1602LCD上。
五、监测仪的Proteus软件仿真
为确保测试仪的软硬件设计正确, 缩短开发周期, 本文基于Proteus软件进行了仿真。其基本过程是:首先设计好仿真原理图, 然后将由Keil软件编译过的“*.hex”文件载入单片机, 最后运行仿真, 可看到图1所示的仿真效果。该仿真结果初步表明, 监测仪的软硬件设计正确。
六、结束语
本文设计了高精度、低成本的大棚环境参数微型无线监测仪。系统的基本设计思想是:通过选用高度集成的数字温度传感器、湿度传感器、无线单片机及微型液晶模块, 不仅大大缩小了系统的体积, 简化了硬件的接口设计, 同时, 还可显著提高系统工作的可靠性, 并使整个系统的成本得以大幅度降低;数据采集与无线传输通过CC1110内存与外设间的专门DMA通道进行, 从而显著提高了数据采集和无线传输的速度。
环境参数监测 篇2
摘要：主要介绍一种基于GSM网络的GPRS网络通信技术实现的变压器负荷监测系统，通过GPRS网络实现变压器参数的远程监测。该系统具有建网方便、无需布线和几乎不受区域限制，一次性投资少，日常运行费用低等特点。关键词：GPRS Modem 单片机系统 远程监测 AT命令集
随着无线通信技术的不断提高，利用移动运营商提供的无线网络实现配电网数据采集和监控SCADA，是电力系统现代化的一个重要发展方向。由于GSM网络的通信技术已经成熟，覆盖面又广，利用GSM无线通信方式来实现变压器参数的实时采集，无疑是对现有资源的最大利用。最重要的是GSM网络是由移动运营商投控系统，可以节省数以千亿计的导线材料及人工费用，达到环保、节能、资源最大共享的目的，而且免除了网络的日常修改和维护工作，最大限度地节省了投资。无论何时何地，只要有一部电脑和可以上网的电话线就能实现对各地变压器进行监控；如果配备GPRS（General Packet Radio Service，通用无线分组业务）无线Modem，使能实现，便能实现移动监控。本系统用基于GPRS网络通信技术和网络微处理器技术相结合的方法，解决变压器参数远程传输问题，实现及时报警、实时数据采集和实时负荷监测的功能。其意义在于：通过监视变压器的运行状况，优化配网运行方式；发生故障或异常运行时，迅速报警，及时恢复正常供电，减少停电时间，保证变压器的安全运行；记录电压越限时间，计算电压合格率，从而合理控制电平水平，改善供电质量。
1 系统结构
本系统由现场变压器三相电力参数采集、GPRS通信网络和监测中心上位机软件三大部分构成。变压器三相电力参数采集安装在变压器现场，通过电压互感器（PT）和电流互感器（CT）对变压器二次端的.电气参数进行采集监测；同时，分析、记录采集数据供电位机查询，并在变压器三相电力参数出现异常事件时主动上传告警信息。GPRS通信网络是监测中心与现场变压器之间的数据传输的桥梁，通过GPRS网络使现场变压器的相关参数能够主时传送到监测中心计算机；监测中心软件一方面通过GPRS网络与现场监测器进行双向通信，另一方面为用户提供一个可视化界面，让用户足不出户即可了解远方变压器相对实时的运行状况。与现场GPRS无线Modem相对应，监测中心计算机必须借助GPRS无线Modem拨号进行GPRS网络，方可与现场监测器进行远程通信。系统结构如图1所示。
变压器三相电力参数采集包括两大部分。一是电力参数采集模块，对变压器三相电气参数进行实时采集；同时存储历史数据，以便监测中心要了解变压器的电压、电流、功率等电参数质量时，可以通过预先设定的查询历史数据命令获取，然后通过监测中心软件分析形成曲线报表等。二是智能监测与GPRS通信管理模块。该模块监测与分析采集模块送出的实时参数，如果发现电压电流超限或断电来电，则启动GPRS通信模块的监测中心发送报警信息；当上位机软件发起通信请求时，还要负责握手和建立通信链路。
监测中心软件为用户提供一个可视化的监测界面。该监测界面采用多级电子地图的形式，让用户直观、方便、快捷地了解变压器的运行状态。通过此界面，用户可以及时发现变压器出现的故障。譬如，某变压器A相电压过大，则在电子地图中该变压器处出现闪烁亮点，提示用户该变压器出现警情，并伴有声音报警。用户可以点击变压器图标处查看告警详细内容；同时，用户通过查询历
室内光环境的参数化设计与研究 篇3
关键词：室内光环境；参数化设计；辅助性设计
0 前言
在环境的塑造空间处理中，光是不可或缺的重要因素，我们可以将空间视为建筑光环境的载体。在我国绿色照明理念不断推广的今天，实现自然光与人工光照明的结合运用已经成为我国室内光环境设计的重点与难点所在，传统的经验与计算已经不能较好地满足这类设计的需求，为此我们只有应用照明设计软件实现室内光环境的参数化设计，才能够保证自身设计具备着较强的经济生态和美学综合价值，真正为人们营造良好的人居环境。
1 室内光环境概述
1.1 室内光环境的基本要求
对于室内光来说，其本身可以分为自然光源与人工光源两类，其中自然光源主要指的是昼光，而人工光源则主要由白炽灯、荧光灯、高压放电灯所构成，人类对物体大小、色彩、颜色的认知，都受到了很强的室内光环境影响，甚至有调查表明人类的某些生理反应也与室内光环境有关，这就使得我们在进行室内光环境设计时，必须对光源的选择、配光的方式、构成的要素进行重视。在光源的选择中，白炽灯、荧光灯、卤素灯、LED、光纤系统等是最为常见的光源选项设计人员应结合具体室内环境挑选；而在配光的方式中，直接照明、半直接照明、半间接照明、间接照明与扩散照明是较为常见的几种配光方式；而在构成的要素中，砖石、木材、金属等实体介质材料与玻璃、透光性塑料、液体等虚体介质材料较为常见。[1]
1.2 室内光环境照明方式
在室内的光环境设计中，选择不同的室内光环境照明方式，会产生不同的光通量分布，这对于室内的光均匀度、阴影、炫光以及人的主观感受都会造成一定影响。在具体的室内光环境照明中，整体照明、局部照明与混合照明这三种照明方式最为常见，其中整体照明具备着耗电量大、光线充足的特点；而局部照明能够较好地实现引人注目、安静的、较为忧郁的光环境塑造；而混合照明则多用于工作与学习。[2]
1.3 室内环境照明效果
在室内光环境的设计中，通过照明能够实现较好的艺术效果，决定气氛、加强空间感与立体感、形成艺术与装饰照明的效果、获得艺术效果等各方面，是室内光环境设计能够形成的较为典型照明效果。具体来说，在气氛的决定中，粉红、浅紫色等暖色光能够塑造室内温暖舒适的气氛；而在加强空间感与立体感中，光与影的对比能够较好的增强空间立体感；而在形成艺术与装饰照明的效果中，塑造水面反射光、阳光透过树梢洒下光的艺术效果，就能够较好的提高室内空间的艺术性；而在获得艺术效果中，通过天棚照明布置，就很容易创造出较好的艺术效果。[3]
2 DIALux室内光环境参数化设计应用
想要实现室内光环境的参数化设计，我们就必须应用专业的辅助性照明设计软件，DIALux、AGI32、Relux、Ecotect、ligthscape等都是业界应用较为广泛的辅助性照明设计软件，本文主要对DIALux这一辅助性照明设计软件进行详细论述。DIALux这一辅助性照明设计软件是由德国GbmH公司研发的高性能照明计算软件，其能够为灯光设计师与规划师提供了室内外灯光设计的数字化解决方案，这一功能使得其能够较好的应用于室内光环境的参数化设计，其能够通过建立多个空间或场景，通过不同参数的输入实现室内光光环境的参数化设计，并能够快速地进行不同参数的对比，这样设计人员就能够大幅节省自身设计时间，保证自身室内光环境设计具备较强的针对性与实用性。
作为一款强大的辅助性照明设计软件，DIALux这一辅助性照明设计软件在问題的处理上有着较好的灵活性与有效性，这一软件当下能提供全球161个厂商的50多万个产品的LUMsearch在线搜索服务，这就使得我们进行的室内光环境参数化设计能够真正保证设计效果=实际照明效果。[4]
3 DIALux室内光环境参数化设计应用案例
为了能够更好地对应用DIALux辅助性照明设计软件进行的室内光环境参数化设计进行论述，这里笔者以北京奥运地下车库采光设计为例，对这一软件实现的室内光环境参数化设计进行详细论述。
3.1 工程概述
本工程是位于奥体公园某区域中的地下车库照明设计，该车库高度为5m，土层厚度为2.25m～3m。
3.2 设计流程
结合该工程的情况，我们首先就能够发现这一工程采用传统方式无法实现自然光的引入，这就大大影响了该工程的光环境改善，而为了尽可能解决这一问题，设计人员在这一设计中应用了导光管，导光管的使用使得光传播的距离拉大，而光的扩散面积也得到了相应增大。由于该工程本身的特殊性，设计人员还需要保证导光管与建筑景观的融合，最后设计人员选择了大型导光管系统与人工照明相协调的照明设计，这一设计在尽可能提高地下车库光环境的前提下，实现了电资源消耗的降低。[5]
为了能够较好地完成这一设计构想，设计人员需要应用DIALux辅助性照明设计软件，通过对地下车库光环境的参数化设计，找出最佳的照明控制部分设计策略。在初步的光环境参数化设计中，设计人员首先确定了按照室外自然光的照度进行四种控制方式划分的设计理念，这一设计理念需要借助光电控制器才能够实现。在后续运用DIALux辅助性照明设计软件进行的计算分析中，设计人员最终得出了自然光与人工光结合的最优方式，这一结合能够根据室外照度进行人工照明的开启与关闭，这就在节约电能消耗的同时，最大程度上实现了该车库的自然光的采光系统设计，这种借助导光管机制实现的自然光引入，对于我国室内光环境参数化设计有着较为不俗的借鉴意义。此外，由于该设计实现了电能资源消耗的降低，其本身对我国资源节约型、环境友好型社会的创建同样意义非凡。
4 结语
在我国经验与社会快速发展的今天，我国民众对室内环境的要求也在不断提升，而为了较好地满足我国民众的要求，我们就必须做好室内光环境的设计工作。本文就室内光环境的参数化设计进行了研究，并对应用DIALux辅助性照明设计软件实现的室内光环境参数化设计实例进行了详细论述，结合这一论述内容，我们能够了解到室内光环境参数化设计所具备的优越性，希望这一论述能够为我国室内光环境设计的发展带来一定帮助。
参考文献：
[1]王雅.基于室内自然光环境分析的广州地区中小学教室设计[D].华南理工大学，2014.
[2]俞雪璠.广州地区不同外遮阳形式的教室室内光环境研究[D].华南理工大学，2013.
[3]孙文响.基于用户行为的光环境智能控制系统研究[D].浙江大学，2016.
[4]路博.室内光环境辅助性设计应用与研究[D].太原理工大学，2015.
环境参数监测 篇4
基于PLC的健康奶牛养殖小区环境监制系统的主要功能是在检测温度、湿度和气体浓度的基础上, 实现牛舍内小环境的调节, 使整个系统更加自动化, 从而改善牛舍环境、节省劳力、提高产奶量、降低奶牛的发病率, 对于畜禽的健康生长有着重要的现实意义。
1 方案及控制
本系统研究的总体方案如图1所示。首先集成温湿度及气体浓度变送器, 把环境因子转换成电流信号, 并通过EM231转换成PLC识别的数字量, 并保存在PLC的局部存储器[4]中存储起来, 并传给上位机触摸屏显示当前的奶牛舍环境, 同时我们可以通过摸屏设置目标环境参数传给PLC, 并与当前环境参数比较和计算, 之后PLC数字量输出口接的电动机和电磁阀等相应的执行元件打开或关闭来进行调节。
2 PLC选型及地址分配
本系统采用采用西门子S7-200系列CPU226[5], 扩展模块包括扩展两个模拟量输入模块EM231[6]。CPU226集成24输入, 16输出。EM231为模拟量4输入。表1为系统各控制信号地址分配表。
3 硬件结构
整个硬件结构如图2所示。上位机主要作用是参数设定和实时监控[6], EM231主要对采集到的舍内传感器电流信号处理并传给PLC, PLC通过采集到的信号与设定的信号进行比较, 按照算法来进行设备驱动, 操作执行机构, 达到用户要求的自动控制和环境监控。
4 信息采集及处理
4.1 温湿度传感器模块。
本设计采用DB420F01TS-10系列温湿度变送器, 设置为温湿度一体的测量方式, 采用进口数字温湿度传感器核心元件, 通过变送器内部的中央处理器和数模转换器, 将数字信号转换成4~20m A电流信号输出。主要技术参数如下:
温度量程:-40℃~120℃;
湿度量程:0~100%RH
测量精度:±4.5%RH, ±0.5℃
输出信号:4~20m A
技术指标:供电电源:12VDC~24VDC
接线端子定义:红色:电源 (12~24V)
黑色:地线
黄色:温度输出
蓝色:湿度输出
4.2 气体传感器模块
本系统采用YT-95H-CO2二氧化碳变送器, 固定式二氧化碳检测仪采用进口电化学式二氧化碳传感器, 具有高精度, 高分辨率, 性能稳定等特点。同时, 将气体信号转换成4~20m A电流信号, 主要技术参数如下:
检测气体:空气CO2
量程:0-2000、5000、10000、50000ppm、10%VOL、100%VOL
精度:<±3% (F.S)
最小读数:1ppm、0.1%VOL
响应时间:≤15秒
电源:24VDC±12VDC
检测方式:扩散式
工作方式:长期连续工作
输出信号:4~20m A电流信号输出
本系统将温度的上限设定在1500ppm, 下限设定在1350pp。当检测到畜舍内两个气体传感器的值有一个大于设定上限值时, PLC将驱动气体转换电机工作。当检测到两个传感器的值都小于设定下限时, PLC将驱动气体转换电机停止工作。
5 软件程序设计
程序设计要求能实现系统自动、手动切换控制。手动控制即通过上位机触摸屏的手动按钮通过PLC来驱动电机及电磁阀的开启与关闭。能够直接的控制驱动元件, 使得控制更加简单、可靠和方便。自动控制是完全不需要人工干预, 通过传感器对环境因子进行监测, 按照事先设定的参数, 在程序中用算法去控制, 当检测到某一值不在设定范围时, 便发出信号自动对驱动设备进行开启和关闭, 从而使温室环境因子控制在设定的范围内。其运行成本较低, 可以大大节约劳动力, 降低劳动者的劳动强度。控制流程图如图3所示。
结束语
提供一个良好的生长和繁殖的环境对奶牛至关重要。本课题主要功能是完成奶牛舍温度、湿度和有害气体含量信号的采集与处理, 并直接控制现场环境。PLC主要通过RS-485总线将现场数据传送给上位机触摸屏保存。上位机触摸屏可以设定下位机PLC的工作参数, 完成对历史数据的保存、分析处理, 实时显示畜禽舍现场的环境状况, 从而实现对畜禽舍的监控。
摘要：奶牛养殖过程中, 奶牛的环境控制对畜禽的健康生长、最大程度地发挥其生长性能有着重要意义。因此, 调控好奶牛舍内部温度、湿度和空气等环境因子, 是奶牛饲养管理的最根本问题。本课题为基于PLC的奶牛健康养殖系统环境监测系统的研制, 该系统的主要功能是将传感器采集到的畜禽舍的各环境参数通过EM231传送给S7-200, 由可编程控制器完成数据处理, 执行相关程序, 动作执行机构, 实现奶牛舍内小环境的监测与调节, 同时由触摸屏实现显示当前环境参数和对目标环境参数的设定。
关键词：可编程控制器,环境监测,奶牛牛舍
参考文献
[1]王金合.奶牛养殖小区生态环境建设的定位[J].当代畜禽养殖业, 2010:11.55-56.
[2]王杰, 王德勇.黑龙江省奶牛产业的现状及发展趋势[J].中国集体经济, 2009, 12.
[3]薛新宇.畜禽养殖环境控制技术与发展展望[J].中华卫生杀虫药械, 2008 (6) .
[4]王阿根.西门子S7-200PLC编程实训精解[M].北京:电子工业出版社, 2011.
[5]常辉.西门子S7-200PLC入门与应用实训[M].北京:中国电力出版社, 2010.
[6]刘华波.西门子S7-200PLC编程及应用案例精选[M].北京:机械工业出版社, 2009.
[7]廖常初.PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社, 2002.
环境监测环境监测站实习报告 篇5
环境监测环境监测站实习报告1
20xx年7月11日，开始我为期六周的毕业实习。毕业实习作为高校教学过程的重要环节，是实现高校人才培养目标的有效途径和重要保证，其目的是使我们将所学的知识学以致用，提高学生综合运用专业知识解决工程实际问题的能力。同时通过实地工作以及交流，了解以后的就业方向，为自己将来的定位做好准备。
（一）实习单位简介
福建省湄洲湾环境监测站成立于1994年，为福建省环保厅下属具有环境监测管理职能的社会公益性技术事业单位。主要工作任务是在湄洲湾区域内实施海洋环境保护检测，为上级提供科学信息。现工作任务已从湄洲湾区域范围扩大到全省沿海，主要负责全省近岸海域监测工作，承担全省海外域及湄洲湾、兴化湾每年三次的水质监测任务，以及上级下达的科学研究任务。
（二）实习内容
前两周的工作比较忙碌，来监测站的第一天早上熟悉了监测站的整体布局后，下午便开始了工作。来到实验室参观仪器后，感觉特别亲切，欣慰的是许多仪器以前都有操作过，从第一天开始，我便告诉自己，要认真学习，虚心向指导老师求教。
1、泉三高速公路环保监测数据的整理和校对，虽然只是将原数据抄写一遍，但在这过程中大大培养了我的耐心，使我在对整理数据上更加仔细和认真，其他的工作亦如此。
2、利用碘量法进行BOD5的测定实验，测定BOD5最常用的方法便是碘量法，指导老师让我们重复操作这个实验，使我们越来越熟练整个实验的操作流程，使实验结果的误差降
到最低。因为这个实验，让动手能力不强的我变得更加自信，滴定时也更加从容，操作更加娴熟。
3、第二周开始，便开始了为期一周的大气采样。是中投釜山有限公司100c104t/a燃油添加剂项目环境现状监测，对苏田村、白山村、前黄村三个村进行布点采样，监测项目包括SO2、NO2、PM10、TVOC、非甲烷总烃、三苯。其中苏田村监测全部项目，白山村和前黄村只做特征污染物TVOC、非甲烷总烃、三苯。SO2、NO2、PM10日均值以及SO2、NO2、三苯小时值，每日4小时值。TVOC采日均值，8h/次。非甲烷总烃瞬时值，4次/日。
（1）测量仪器的准备，SO2、NO2标准液的配制。
（2）我们来到了第一个目的地：苏田村老人活动中心。我们在那里安装了三台采样器，是青岛崂应出产的，吸收SO2、NO2、PM10、三苯和TVOC。林科长耐心地指导我们如何制作标签，标签的顺序是站位天数次数，并教会我们对其进行设置，时间设定为1h，流量为0.5L/min，一切准备就绪后，启动采样器，自动开始计时。
图：科长指导我们如何操作
（3）白山村和前黄村只测量三苯和TVOC，操作同上。
4、大气采样中SO2吸光度的测定。
测定环境空气二氧化硫的方法有甲醛缓冲溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法。
（1）原理：二氧化硫被甲醛缓冲溶液吸收后，生成稳定的羟基甲磺酸加成化合物。在样品溶液中加入氢氧化钠使加成化合物分解，释放出的二氧化硫与盐酸副玫瑰苯胺、甲醛作用，生成紫红色化合物，根据颜色深浅，用分光光度计在577nm处进行测定。本方法的主要干扰物为氮氧化物、臭氧及某些重金属元素。加入磺酸钠可消除氮氧化物的干扰；采样后放置一段时间可使臭氧自行分解；加入磷酸及环己二胺四乙酸二钠盐可消除或减少某些金属离子的干扰。在10ml样品中存在50μg钙、镁、铁、镍、锰、铜等离子及5μg二价锰离子时不干扰测定。
（2）仪器
空气采样器、分光光度计、多孔玻板吸收管、恒温水浴器、具塞比色管
（3）试剂
①试验用蒸馏水及其制备：水质应符合实验室用水质量二级水的指标。可用蒸馏、反渗透或离子交换方法制备。
②环己二胺四乙酸二钠溶液
③甲醛缓冲吸收液贮备液甲醛缓冲吸收液氢氧化钠溶液
④0.60%氨磺酸钠溶液碘使用液碘贮备液
⑤0.5%淀粉溶液碘酸钾标准溶液盐酸溶液
⑥硫代硫酸钠贮备液硫代硫酸钠标准溶液
（4）步骤
①标准曲线的绘制
取14支10ml具塞比色管，分A、B两组，每组7支，分别对应编号，A组按表3-1-1配制标准系列。
表3-1-1二氧化硫标准系列
管号二氧化硫标准使用液（ml）甲醛缓冲吸收液（ml）二氧化硫含量（μg）10.0009.500.509.001.008.002.005.005.002.008.000.0010.000010.5021.0032.0045.0058.00610.00
B组各管加入0.05%PRA使用溶液1.00ml，A组各管分别加入0.06%氨磺酸钠溶液0.5ml和1.50mol/L氢氧化钠溶液0.5ml，混匀。再逐管迅速将溶液全部倒入对应编号并装PRA使用溶液的B管中，立即具塞摇匀后放入恒温水浴中显色。显色温度与室温之差应不超过3℃，根据不同季节和环境条件按表3-1-2选择显色温度与显色时间。
3-1-2二氧化硫显色温度与显色时间对照表显色温度（℃）显色时间（min）稳定时间（min）试剂空白吸光度（A0)
0.0300.0350.0400.0500.060352520xx1010401525251530
在波长577nm处，用1cm比色皿，以水为参比，测定吸光度。SO2C(mg/L）0.050.100.205-10.00
用excel做图法计算标准曲线的回归方程式：
y=0.4046x+0.0606
A0.060.080.100.140.0725-20.074
故将SO2样品吸光度平均值0.073代入公式y=0.4046x+0.0606得到其浓度为0.31mg/L。试剂空白吸光度A0在显色条件下波动范围不超过±15%。正确掌握其显色温度、显色时间，特别在2530℃条件下，严格控制反应条件是实验成败的关键。
（三）实习体会
虽然实习时间只有短短的六周，却让我受益匪浅，终身难忘，让我深刻体会到实验操作能力的重要性，使我的动手能力有了质的飞跃。通过向单位同事的虚心求教，不仅获得了课本里所没有的知识，也认识了许多新朋友，学会了怎样为人处事。特别是为期一周的大气采样不仅使我学会了SO2、NO2、PM10、TVOC、非甲烷总烃、三苯的采样方法，还熟悉了东庄镇周边的地形，培养了我们吃苦耐劳、团队合作的精神。在李良德老师的指导下，我还学会了大气监测数据报告书的制作。本次实习使我的综合水平得到了很大提高。当然，我还存在许多的不足，比如做事喜欢走捷径，容易冲动。还有刚来实习单位时不知道经济效益的重要性，导致药品的浪费。我始终相信：“一分耕耘一分收获”。我会在以后的工作和学习中更加努力，力求做得更好，更完美。
（四）展望监测站
监测站属于省环保厅直属的事业单位，虽然规模不是很大，但仪器设备都很齐全。每项工作都安排地仅仅有条，员工之间的关系都很和谐，每个人都能在自己的岗位上做好自己的事。但实验室里的安全措施还不够到位，如果能够配备一些安全防护手套就可以使我们工作地更加放心，提高实验效率。来到福建省湄洲湾环境监测站是我最正确的选择，让我对本专业的工作性质和内容更加了解，让我更加热爱环境工程这个专业，使我对未来的工作充满了憧憬和希望！
环境监测环境监测站实习报告2
一、实习目的:
环境监测作为环境科学和环境工程专业的专业基础课，是一门实践性较强的课程，环境监测实习作为重要的实践教学环节之一，是学生获得实践性知识、强化监测技能的重要途径。
1、通过实习，深入了解环境监测工作的一般程序和实验室工作；
2、了解太原市空气污染自动监测系统的组成和功能，熟悉空气污染自动监测方法及流程；
3、理论联系实际，巩固和深入理解已学的理论知识，增强对环境监测工作的感性认识；培养分析问题和解决问题的能力，为今后从事环境监测工作和科研打下良好基础；
4、通过实习，学习监测人员的工作经验，树立严谨的工作作风和实事求是的科研态度。
二、实习主要内容：
1、实习主要参观太原市环境监测中心站中心分析室、自动监控室、现场监测室、生态物理监测室等，通过实习要求学生了解太原市环境监测站的工作内容，熟悉环境监测的整个过程,了解各种大型仪器在环境监测中的应用，具体内容如下：
（一）中心分析室：中心分析室主要负责完成水和废水（含降水）、环境空气和废气、生物、土壤、煤质、植物、固体废物等样品的实验室分析工作；下设原子吸收室、液相色谱室、气相色谱室、离子色谱室、生物检验室、煤质分析室等。通过参观，了解样品前处理以及分析测定过程，了解监测站主要大型仪器在环境分析中的应用（仪器基本结构、检测项目以及检测范围等）。
（二）自动监控室：自动监控室主要负责空气自动监测系统运行、空气质量日报制作、发布；负责废水、废气在线监控中心的运行、在线监测结果的统计、报送；负责各类自动监测系统的建设、设备维修、调试、校准等工作，确保系统正常运行等。通过参观学习:
1.了解空气污染连续自动监测系统的组成和功能；
2.了解太原市空气质量连续自动监测网点的布设；
3.熟悉空气污染监测流程以及空气质量日报程序；
4.了解空气中各污染因子自动监测方法及系统维护。
(三)现场监测室：主要负责完成水和废水、环境空气和废气、煤质的现场监测工作；负责采集到的水和废水、环境空气和废气、煤质样品的运输，保存和煤质样品的前处理工作，在规定时间内将样品交中心分析室，并填写样品交接记录；负责记录、收集和整理现场检测结果和各类相关信息，及时向项目办公室提供现场监测信息。
通过实习了解水、气等环境样品的现场采样方法和采样器种类，以及样品的运输和保存。
三、实习要求：
1、服从安排，注意安全，在实习单位禁止大声喧哗，不得妨碍实习单位的正常工作，爱护实习单位的仪器设备；
2、实习过程中认真听讲，做好笔记，认真完成实习报告（实习报告参照学校统一格式，要求打印）。
四、实习总结（可另附报告）：
这次实习老师带领我们认识了解监测站各种仪器的使用方法，包括我们在课上学习过的气象色谱仪，液相色谱仪，离子色谱仪，也有我们不太了解的电脑量热仪，红外分光测油仪等。让我们了解了书本上的知识要如何运用，才能出现我们想要的结果。
老师还讲了今年国家进行的对监测点及检测项目的调整，以及以后我们从事环境类工作时应该注意的事项。监测站的试验设备的使用让我对现场操作有了更进一步的认识。以前不知道，以为现场操作就是依靠仪器进行测试，把仪器摆放到位了数据也就自然而然的出现了。其实不然，经过现场学习后，现在的我觉得真正的利用好看起来相对简单的离子色谱仪也不是那么简单，所以这次的.实习让我受益匪浅。
五、实习心得：
这次是一个短暂而又充实的实习，我认为对我走向社会起到了一个桥梁的作用，过渡的作用，是人生的一段重要的经历，也是一个重要步骤，对将来走上工作岗位也有着很大帮助。
向他人虚心求教，遵守组织纪律和单位规章制度，与人文明交往等一些做人处世的基本原则都要在实际生活中认真的贯彻，好的习惯也要在实际生活中不断培养。这一段时间所学到的经验和知识大多来自老师和同学们的教导，这是我一生中的一笔宝贵财富，同时这次实习让我意识到环境监测的重要性。总的来说，通过这次实习，我对环境专业有了一个全面深刻的认识，了解到该专业广阔的就业前景，意识到我们目前所学的课程在将来工作中的重要性。
环境监测环境监测站实习报告3
1、实习目的
人们常说，大学是个象牙塔。确实，学校与职场、学习与工作、学生与员工之间存在着巨大的差异，如何消除或者减少这些差异呢？通过专业实习。专业实习是大学生验证自己的职业抉择、了解目标工作内容、学习工作及企业标准、找到自身职业的差距、有机衔接社会的重要环节。毕竟知识是抽象的，实践才是具体的，实习可以说是将书本上理论的知识具体化。这次实习的主要目的是使我们对与专业密切相关的一些工作行业有所了解，进一步巩固专业知识和熟悉专业技能，并把理论知识应用于生产实践，培养创新能力，进一步健全工程观念。同时，在生产实习中，我们能够学习到专业技术人员和工人的优良品质，提高自身思想素质，为今后事业本职工作打好基础。
2、实习内容
在韶关市环境监测中心站分析实验组，主要是做各重金属离子的检测以确定对环境的影响。每天对环境监测中心站现场组出外从各地所采集回来的水样，主要是地表水和污水，土壤、煤样，空气滤膜等进行样品的前处理。地表水及污水和空气滤膜用的是石墨消解仪进行样品的前处理，水样消解的目的是防止用仪器检测是里面的大颗粒物质或藻类藓类等物质对进样管的堵塞损坏仪器。处理好后用ICP或MS进行检测，得出的数据与国家规定的标准进行比对，确定含量有没超标。
对于土壤及煤样则用压样机进行压片，然后用X射线原子荧光仪进行对土壤等的监测。从中对这部我们没接触过的仪器了解到，X射线荧光（XRF）光谱仪是一种快速、定量多元素技术，可获得相当高的准确性和长期精确性。非破坏性的XRF方法只需要简单甚至不需要样品制备就可进行良好的自动化分析。
除此之外，还对各种需要的试剂进行配液，并且定期对用过的各进样管，比色管，样品消解管，容量瓶等器具的清洗工作。
3、实习效果、实习体会
大学生，我们接受高等教育，在知识方面我们高谈阔论，真知灼见。但对于社会实践活动，我们却了解甚微，但我们能通过专业实习来让所有同学能接触社会，丰富阅历，体验生活。实习是一个综合性的、社会性的活动，是一个和社会接轨的环节，是学校学习向社会工作转型的一大模块。实习不仅能巩固了自身的理论知识，而且能极大的锻炼实践操作能力。如何充分灵活的利用课堂知识结合实际，锻炼自己的实践操作能力，是实习的重要内容。
环境监测环境监测站实习报告4
一、实习时间
20xx年7月25日至20xx年10月25日
二、实习地点
环境保护监测站
三、实习方式
自主实习
四、实习目的
实习是学生大学学习很重要的实践环节，实习是每一个大学毕业生的必修课，它不仅让我们学到了很多在课堂上学不到的知识，还使我们开阔了视野，增长了见识，为我们以后更好地把所学的知识运用到实际工作中打下坚实的基础。通过专业实习使我们更深入接触水样的处理过程，认识从水样的收集，监测，到撰写报告的流程，看起来虽然简单，但是做起来就要非常的严谨，细心，不能有一点的差错。从而强化培养学生的综合职业能力，独立工作能力，专业实践技能和爱岗敬业的职业品质，提高其业务素质，从而达到培养目标和业务规格要求，为学生毕业后承担技术工作，生产工作和管理工作奠定基础。
五、实习计划安排
1，熟悉监测站的工作职责，机构设置等有关监测站的基本资料。
2，熟悉污染物排放总量控制标准，熟悉水样检测方法
3，了解实验室各个仪器的使用，能熟练进行水样监测操作
4，了解水样的采集步骤，运输过程中得储存方法。
六、实习过程：
第一、二周：1，参观监测站各科室，对检测站的机构设置有大致的了解俄
2，整理资料、翻阅资料文件、浏览一些环保网站，看一些环保新闻。
熟悉水样检测的流程
3，了解地表水检测项目
第三、四周：1，量控制指标，了解主要污染物的总量控制指标。2，了解地表水所要监测的项目与检测方法。
3，在指导老师的带领下，对水样中总油的进行测量。
第五、六周：1，与指导老师一起完成地表水中总油的监测。
2，配备总油实验中需要用到的试剂。
3，浏览一些环保网站，看环保方面的报纸。
第七、八周：1，学习水样中氰化物的测定。
2，对工厂废水中氰化物监测。
3，学习写检测报告，整理监测数据。
4，查阅关于环保方面的文件资料。
第九、十周：1，学习水样中阴离子洗涤剂的测定。
2，对工厂废水中阴离子洗涤剂。
3，完成阴离子洗涤剂的标准曲线
第十一、十二周：1，学习总а、β放射性浓度监测方法。
2，对水样进行预处理，并对工厂废水中а、β放射性浓度。
3，整理监测数据，学习写实验报告。
七、实习内容
1，环境保护监测站工作职责
1、落实“环境监测必须为环境管理服务，环境管理必须依靠环境监测”的环境监测工作方针，充分发挥环境监测在环境管理中的技术支持、技术监督和技术服务职能。
2、全面完成各项常规环境质量的监测工作，准确、及时、全面地掌握环境质量动态。
3、加强污染源的监督监测，准确、及时、系统地掌握污染源动态变化，核实排污申报和排污收费的监测数据。
4、负责对建设项目竣工验收和治理设施运行效果监测，负责限期治理设施竣上验收监测。
5、提供建设项目环境影响评价的现状评价资料，负责建设项目现状监测工作。
6、提供环境状况公布和城市环境综合整治定量考核中的有关指标的监测数据。
7、负责提供污染事故和污染纠纷仲裁监测的权威性数据。
8、负责提供环境规划、环保产品、环境标志、商品进出口等有关环境检测业务。
9、为环境管理制定有关政策、法规和监测技术规范提供监测数据。
2，水样的采集与监测
1收集、汇总西江区域的水文有关资料和以往的监测资料。
2调查西江区域内城市发展、工业分布、资源开发和土地利用情况，查清污水灌溉、排污、纳污和地面水污染现状。
3确定主要污染源和污染物，并根据地区特点与地下水的主要类型把地下水分成若干个水文地质单元。
4采样方法
①浅水采样用容器或聚乙烯塑料长把勺直接采样。
②深水采样聚乙烯塑料样品容器固定于负重架沉入一定深度的污水中采样。③自动采样自动采水器或连续自动定时采水器采样。
3水样的运输、保存和预处理
（1）冷藏或冷冻法
（2）加入化学试剂保存法
4水样的预处理
1在测定金属等无机物的指标时，当水样中含有有机物时，需先经消解处理。2水样的富集与分离
八、实习体会此次实习我们在实习指导老师的指导下，顺利完成了教学实习的安排，达到了实习的目地和要求。为我们日后从事相关工作提供了一个难得的锻炼机会。我们不仅巩固了自己的理论知识，而且极大的锻炼了我们的实践操作能力。实习中有许多知识课本上是没有的，我们学到了更加明确可行的操作技术和应用理论。如何充分灵活利用自己课堂知识进行实际操作，锻炼自己的实践操作能力。
这次实习不仅提升了自己的技能。同时也学会了许多做人的道理，学会了如何与人相处之道，使得我们能够走出课堂，在现实生活中寻找环境监测的应用实例。在短短的几个月中，使得同学们在许多方面得到了很大的锻炼和提高：运用所学基本理论知识与应用实践相统一的能力得到了锻炼和提高；自主探究，自行设计，合理实施的能力得到了锻炼和提高。理论的严密性与实际操作的灵活性和科学性意识得到了锻炼和提高；对相关环境监测设备的应用能力得到了锻炼和提高；认知并了解了环境监测站的工作流程。增强了自己动手操作能力，经过多个月的锻炼，对溶剂的配备更熟悉，对一起的操作更熟练，对实验的流程更熟手。尤其是对对水样的数据处理，把几十个数据整合成一份报告，再由报告分析讨论出水质的好坏，当中必须要严谨对待。要认真对待，不能有一些的大意。
同时这次实习让我意识到环境监测的重要性，目前全球面临环境污染日趋严重，环境质量日益下降，环境监测正在为人类的明天把关，水污染、大气污染、躁声污染等等，环境的恶化正在威胁人类的健康，环境质量好坏与人们的日常生活息息相关。
环境监测环境监测站实习报告5
一、实习时间及地点
20XX年7月5日唐山市环境监测中心
二、实习的目的：
1.对检测站的工作有个初步的了解，为以后的工作奠定基础。
2.了解监测站检测工艺流程。
3.了解实验室承担的分析任务、分析项目、分析手段。
三、实习内容
1.监测站简介：
按照国家环境监测技术规范，对本市区域内的水体、大气、土壤、噪声、振动、机动车排放污染物等各种环境要素的质量状况进行监测，定期向同级环境保护主管部门和上级监测站呈报本市环境质量状况，承担本市城市环境综合整治定量考核有关指标的监测。
对全市排污单位的排污状况，实施定期和不定期的监督性监测，为污染源管理和排污收费提供监测数据；参与本市污染事故调查与应急监测，承担环境污染纠纷的仲裁监测。 承担同级部门审批的建设项目竣工验收及治理设施运行效果的监测，完成环保主管部门因环境管理需要进行的其他监测。
开展环境监测科研及技术服务工作，接受社会的监测委托工作。
环境监测程序包括：
（1）现场调查与资料收集。
（2）确定监测项目。
（3）确定监测点布置及采样时间和方式。
（4）选择和确定环境样品的保存方法。
（5）环境样品的分析测试。
（6）数据处理与结果上报。
由于监测误差存在于环境监测的全过程，只有在可靠的采样和分析测试的基础上，运用数理统计的方法处理数据，才可能得到符合客观要求的数据，处理得出的数据应经仔细复核后才能上报。
2、监测工作流程图
3、唐山市环境监测站常用监测方法：
唐山市环境监测站对重金属的测定主要采用原子吸收分光光度法和原子荧光分光光度法测定海水中重金属时常采用极谱法；
测定降水中各种离子时常采用离子色谱法；
4、环境保护监测站工作职责
1、全面完成各项常规环境质量的监测工作，准确、及时、全面地掌握环境质量动态。
2、加强污染源的监督监测，准确、及时、系统地掌握污染源动态变化，核实排污申报和排污收费的监测数据。
3、负责对建设项目竣工验收和治理设施运行效果监测，负责限期治理设施竣上验收监测。
4、提供建设项目环境影响评价的现状评价资料，负责建设项目现状监测工作。
5、提供环境状况公布和城市环境综合整治定量考核中的有关指标的监测数据。
6、负责提供污染事故和污染纠纷仲裁监测的权威性数据。
7、负责提供环境规划、环保产品、环境标志、商品进出口等有关环境检测业务。
8、为环境管理制定有关政策、法规和监测技术规范提供监测数据。
四、实习心得
实习是大学学习很重要的实践环节，它不仅让我们学到了很多在课堂上学不到的知识，还使我们开阔了视野，增长了见识，为我们以后更好地把所学的知识运用到实际工作中打下坚实的基础。
环境监测环境监测站实习报告6
一、实习目的：
进一步了解环境监测的各项工作，通过实习观察进一步深化对各种仪器的认识，大致了解监测站工作的基本分工。提高学生的实践操作能力，达到理论应用于实践的目的。
二、实习时间及地点：
1、实习时间：20xx年1月4日至8日2。实习地点：龙岩市新罗区环境监测站
三、实习单位和部门概况：
新罗区环境监测站，始建于1990年，具有独立法人资格，行政上隶属新罗区环境保护局领导，业务和技术由福建省环境检测中心站、龙岩市环境检查站指导，隶属国家环境监测三级站，是具有技术监督管理职能的社会公益性科技事业单位，是全区环境监测业务的最高技术仲裁单位，为环境决策与管理提供技术支持，为环境执法实施技术监督，为社会经济发展提供技术服务。
新罗区环境监测站的主要职能是对水、废弃、空气（含降水）、废弃、噪声等环境要素进行监测；定期向同级环境保护主管部门和上级监测站呈报本区环境质量现状；为污染源的监督管理与执法提供监测数据；开展社会服务性监测；为辖区内污染事故处理和纠纷仲裁提供监测数据。另外还承担科研课题、治理工程验收、环境影响评价等监测任务。
本站定编11人，现有职工7人，其中高级工程师2人，工程师2人，助理工程师及技术员3人，培养、聚集了一批具有高学历、高技术和高水平的监测骨干队伍。现拥有实验场所800m2，各种先进的仪器装备原值达73万元，十几年的监测科研实践，大大提高了我站的监测技术能力，形成了整套质量控制体系，确保了监测数据的可靠性。20xx年7月通过了省质量技术监督局的首次计量认证，20xx年12月通过了省质量技术监督局的计量认证复评审。
四、实习内容：
1、硫酸亚铁铵溶液的标定：
我们开始了第一天的理论知识指导。由陆老师具体给我指导有关实验的具体知识，讲解有光实验的方案以及实验注意事项。熟悉理论知识之后，在陆老师的指导下我开始了硫酸亚铁铵溶液的标定工作。陆老师给我介绍实验室及硫酸亚铁铵溶液的标定基本概况。洗涤仪器后，用胖肚管准确移取重铬酸钾标液于250ml容量瓶中，加水稀至110ml左右，吸取30ml浓硫酸加入锥形瓶，充分摇匀，冷却室温后，加入3滴试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵滴定至由黄色经蓝色变为红绿色即为终点，记录体积算出硫酸亚铁铵浓度。洗涤仪器完成实验。
硫酸亚铁铵标准溶液的溶度：
C[（NH4）2Fe（SO4）2]=/V
式中：C——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度（mol/L）；
V——硫酸亚铁铵标准滴定溶液的用量（mL）。
的测定：
在老师的指导下，分别准确移取水样于COD加热管中，包括林邦溪和东南小桥水样共12个水样。紧接着准确移取高猛酸钾溶液加入到COD加热管中，各加沸石数粒，分别加入15ml硫酸—硫酸银溶液，摇匀后，连接磨口回流冷凝管，放入COD加热仪加热2h。（注：当加入硫酸—硫酸银溶液时变浑浊时，应加入少量硫酸汞粉末至澄清。）恒温加热结束后，加入3滴试亚铁灵指示剂开始滴定工作，滴定结束后记录滴定体积，处理数据，整理实验室仪器。整理完数据就完成了水样中CODcr的测定。COD的计算公式：
CODCr=（V0—V1）×C×8×1000/V
式中：C——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L；
V——水样体积，mL；
V0——滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量，mL；
V1——滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液的用量，mL；
8——氧（1/2）摩尔质量，g/molァ
五、数据统计处理：
六、心得体会：
时间如流水，岁月如梭，短短一周的实习生涯就这样结束了，真有点不舍。在这短短的一周里，我学到了很多书本上不曾学到的知识。开始第一次用全新的眼光去看待周围的一草一木。忽然发现自己很多理论知识都在实践中得以体现了，一时感到欢喜不知所措。在实习中也发现了很多以前忽略的现象，比如移取标准的试液时应用胖肚管，当管壁残留有试液时应用滤纸擦干，以免影响实验的准确性。
环境参数监测 篇6
关键词：蔬菜大棚；FPGA；GPRS；组态技术
中图分类号：S126 ；TP277.2文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）11-0533-04
收稿日期：2014-11-13
基金项目：国家级大学生创新训练计划（编号：201310467043）；河南省科技攻关计划（编号：132102310030）；河南科技学院高层次人才科研启动项目（编号：209010611001）。
作者简介：刘艳昌（1979—），男，河南鹤壁人，硕士，讲师，主要从事智能控制与信息检测技术研究。E-mail：523401923@qq.com。
通信作者：李国厚，博士，教授，主要从事计算机控制、无损检测、信号处理技术研究。E-mail：liguohou6@163.com在我国各地使用蔬菜大棚种植蔬菜的技术已经普及，尤其在北方地区蔬菜大棚种植已成为农民增加收入的主要途径之一[1-2]。蔬菜大棚环境参数的监测和控制对大棚内作物的长势好坏、产品产量和质量的高低起着关键作用，它主要受外界气候条件和大棚内生活环境影响较大，因此，在生产过程中如何及时将大棚内环境参数控制在适合蔬菜生长的范围内是大棚种植的关键。目前我国蔬菜大棚种植环境参数监控多数情况下仍采用人工值守主观判断和人工控制来调整各参数的机械设备，存在调节滞后、误判率高、生产效率低、占用人力资源多等缺点，且不能满足当前蔬菜大棚种植智能化、信息化的需求，除此之外，目前这类监控系统仍采用专门的通信线路来实现，成本高[3]，不适合广大农民的需求，因此本研究提出了一种基于FPGA的蔬菜大棚环境参数监控系统。该系统不仅可以实时采集与分析大棚环境参数（温度、湿度、二氧化碳浓度和光照度）的测量值，而且还可以根据测量值与设定值的分析结果，将控制指令以无线传输的方式传输给FPGA来控制驱动各机械设备对大棚环境参数迅速作出调整，另外，该系统还可以通过GPRS模块，采用定时发送和手机查询方式将报警信息和大棚环境参数以短信形式发送至农场主手机上，农场主可以在任何时间任何地点及时掌握大棚内农作物的生长环境情况，也可以以短息指令形式对现场设备的启停进行远程操作控制，从而实现大棚种植的智能化、信息化的现场管理，进一步提高生产效率。
1系统总体方案
该蔬菜大棚环境参数监控系统的结构如图1所示，系统硬件主要由上位机、FPGA控制器、传感器、现场控制设备、无线收发模块、GPRS模块等组成。
本系统有手动和自动2种工作模式，在手动工作模式下工作人员可以在现场通过控制面板上的开关按钮强制对各控制设备进行控制，也可以在监控室通过点击上位机组屏幕手动控制画面中的升温设备启/停、加湿系统启/停、循环风机启/停等模拟开关，从而控制现场各执行部件来改变大棚环境参数，达到满足作物适宜生长的条件；在自动模式下将空气温湿度传感器、CO2浓度传感器、光照度传感器采集到的信息传送给FPGA控制器进行数据处理后，通过RS232串口将数据传给无线收发模块，然后无线收发模块通过天线以无线方式将采集到的数据传给上位机，上位机通过Kingview 6.55软件编制的数据处理程序与用户设定的上限下限值进行比较，确定是否启动现场控制设备，若某传感器采集到的实际值在用户设定上下限参数范围之外，则产生对应报警信息指示，同时将相关启停控制设备指令通过天线以无线方式传给现场FPGA控制器来实现这些部件的启停，最终实现蔬菜大棚环境参数的自动控制。
2系统硬件结构
2.1FPGA控制器
为了节省开发时间，保证硬件系统能够稳定、快速采集和控制蔬菜大棚内各环境参数，较好地满足大棚每个监控点的需求，该系统下位机控制器采用KX2C5F+型FPGA开发板作为研发平台，其核心芯片为EP2C5T144。该系统采用FPGA作为主控制芯片，具有内部各功能模块相互独立、引脚丰富、编程灵活等特点，且便于电路的功能扩展。比如某站点原来没有土壤湿度检测模块，设计人员只需将设计好的土壤湿度检测模块添加进来即可，不用考虑该模块对其他检测模块的影响，设计处理十分灵活。
2.2温湿度传感器
系统温湿度传感器采用数字信号输出的温湿度一体式传感器DHT11。它采用1-Wire总线接口，测量温度范围为 0～50 ℃，精度为±2 ℃，测量湿度范围为20%～90%RH，精度为±5%RH，信号传输距离可达20 m以上，能够满足蔬菜大棚的温湿度测量要求。该系统温湿度检测点与FPGA控制器端口PIN_28连接距离小于20 m，则接上5.1 kΩ的上拉电阻即可。温湿度传感器的硬件连接如图2所示。
2.3二氧化碳浓度传感器
系统二氧化碳传感器采用红外CO2浓度传感器 MH-Z14 。它提供UART、模拟电压信号、PWM波形等多种输出方式，具有选择性好、响应时间快、寿命长、功耗低、精度高和抗水汽干扰能力强等特点。其测量范围为 0～5 000 mg/L ，精度为±50 mg/L，工作环境：温度范围为 0～60 ℃ ，湿度范围为0～95%RH，能够满足蔬菜大棚的CO2浓度测量要求。为了使发送和接收采集数据线闲置时其状态为高电频，要求各外接1个5.1 kΩ的上拉电阻，其二氧化碳传感器的硬件连接如图3所示。
nlc202309010054
2.4光照度传感器
系统光照度传感器采用数字信号输出的BH1750FVI型传感器。它采用两线式串行总线接口，可以根据收集的光线强度来进行环境检测，输入光范围为1～65 535 lx，精度为0.96～1.44 times，能够满足大棚的光照度测量要求，并且对光源依赖性弱，对白炽灯、日光灯、荧光灯等灯光均可进行采集。光照度传感器的硬件连接如图4所示。
2.5无线收发模块
无线收发模块采用挪威公司推出的单片无线收发模块NRF905，工作电压为1.9～3.6 V，有3个（433/868/915MHz）可以免费使用的ISM频段[4-5]。芯片工作电压为 1.9～3.6 V ，该无线模块内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置，引脚接法简单，可以直接跟FPGA控制器相连，非常适合于低功耗、低成本的系统设计。该模块配吸盘天线后能够满足监控室到大棚监测点半径为500 m范围的数据传输及控制实现。无线收发模块的硬件连接如图5所示。
3系统软件设计
3.1下位机软件设计
借助Altera 公司的Quartus II 9.0软件，采用verilog HDL编程语言对下位机FPGA控制器进行模块化编程，主要包括各传感器采集模块、现场设备驱动模块、无线收发模块、LCD显示模块、4×4键盘输入驱动模块等。该控制器在系统中主要完成对蔬菜大棚温湿度、二氧化碳浓度含量、光照度进行数据采集、处理后将数据以无线传输方式传给上位机，上位机将接收到的现场采集数据与参数超限范围进行比较后，发出控制指令给下位机来驱动现场各控制设备，从而实现蔬菜大棚环境参数的自动控制。由于FPGA控制器内部没有集成SPI接口，因此，在程序设计时，需要模拟1个SPI口，即通过1个I/O口发出1个合适的波形给NRF905的时钟端，从而实现相应数据的读写操作[6]。图6为蔬菜大棚环境参数采集控制程序流程。
3.2上位机软件设计
上位机采用Kingview 6.55软件实现人机交互，建立蔬菜大棚环境参数监控系统操作画面，该画面能够准确实时再现被控对象的真实状态。管理人员通过监控画面可以实现参数设置、控制模式切换、趋势曲线查询、数据库中的数据全部记录查询、条件查询、保存、打印等操作。手动控制模式下主要是通过鼠标点击启/停按钮实现执行设备的启/停控制，自动控制模式下是把采集上来的现场数据与设定上下限值进行比较后，通过控制指令实现系统的启/停、运行、参数超限报警及数据存取等过程的自动运行及在线监视。同时管理人员还可以根据室内外气候及农作物适宜生长条件调节各参数设定越限范围，并将这些需要控制的各项参数指标以无线传输方式送入各下位机指定地址内，实现新的自动控制。蔬菜大棚环境参数监控系统界面如图7所示。
农场主除在监控室和现场对蔬菜大棚环境参数实时监控外，还可以借助GPRS模块、移动网络和手机终端实现环境参数短信查询和现场设备监控功能。图8为农场主发送“站点一数据查询”指令，收到当前内容为“站点一：温度为23.8，湿度为57.6，CO2浓度为1 193.2，光照度为30 271”的短信。 同时农场主也可以按照短信控制指令格式“站点号+具体指令+启动/停止”发送设备控制指令，如发送控制短信内容为“站点一光照补灯启动”， 则现场光照补充设备工作且监控界面对应设备指示灯变为绿色。
4试验与结果分析
为了验证该系统的可行性、有效性和实用性，本系统以番茄蔬菜大棚结果期时站点一为检测点，对大棚内温度、湿度、CO2浓度和光照度含量进行自动控制测试和数据分析。大棚内环境参数设置范围为：温度13～30 ℃，湿度40%～65%RH，CO2浓度300～1500 mg/L，光照度0～50 000 lx。表1为24 h内蔬菜大棚环境参数变化情况，其中每次采样时间间隔为1 h。
从表1中温度采集数据可知，07：00—19：00棚内的最高温度为29.5 ℃、最低温度为21.1 ℃、平均温度为25.7 ℃，20：00至次日06：00棚内最高温度为17.9 ℃、最低温度为13.5 ℃、平均温度为15.6 ℃，与番茄生长发育最适宜的白天温度 25 ℃ 处和夜间温度15 ℃处相比上下波动较小，有利于番茄于最佳状态生长。从表1中湿度采集数据可知，01：00—24：00棚内的最大湿度为64.8%、最小湿度为45.1%、平均湿度为54%，棚内湿度范围维持在45%～65%之间，有利于番茄植株生长和果实膨大。从表1中 CO2浓度采集数据可知，24 h内平均浓度为920.3 mg/L，且在06：00—18：00之间其平均CO2浓度为1 150.5 mg/L，有利于促进番茄光合作用，提高产量和增加抗病性能。从表1中光照度采集数据可知， 06：00—20：00 棚内的最高光照度为34 894 lx、最低光照度为28 468 lx、平均光照度为31 344.6 lx，21：00至次日05：00棚内光照度为0 lx，保证了每日15 h光照时间，且与番茄生长发育最适宜的白天光照度31 300 lx处相比上下波动较小，光照度比较稳定，有利于番茄处于最佳生长状态。上述试验结果表明，该系统能够稳定及时处理采集到的数据，并实时有效地控制大棚内蔬菜所需最佳的生长温度、湿度、CO2浓度和光照度范围，实现了大棚内环境参数的智能控制。该系统应用于该校番茄种植实验基地，相比以往种植，番茄不仅在口味上得到改善，而且产量提高了20%。
5结论
针对蔬菜大棚种植环境参数较难控制问题，本研究在综合考虑温湿度、光照与CO2气体浓度之间相互影响因素的基础上设计一种以FPGA高端芯片为控制核心的蔬菜大棚环境智能无线监控系统，该系统可以实现对环境参数进行实时监控，对棚内环境参数范围进行预设，对参数超出设定范围状况进行实时处理，还可以通过GPRS模块实现手机、上位机和控制终端的通讯，为农场主及时查询棚内环境参数和控制现场设备打下良好基础。上位机利用Kingview 6.55组态软件为管理人员提供了良好的人机界面，方便管理人员随时查看各种信息，有利于蔬菜大棚生产的集中管理，实现蔬菜大棚的智能化和现代化。同时，上位机数据库记录不同时期、不同阶段、不同农作物的生长特点和规律，有助于农场主来年获得更多收益。现场实测表明，该系统能够为蔬菜提供最佳的生长环境，有利于促进植物生长、提高果实产量和品质，证实了系统的可行性和实用性，避免了人工操作的主观性和随意性。该系统还具有处理数据快、成本低、硬件简单、操作方便、抗干扰能力强等优点，特别适合农户使用，在农牧业及其他领域具有广泛的应用前景和实用价值。
参考文献：
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环境参数监测 篇7
笔者设计了一套低成本的测控系统,该系统采用传感器技术和单片机相结合,由上位机和下位机(都用单片机实现)构成,实现温室大棚温/湿度的密切监测[1]。首先确定了设计的总体结构,即以3处不同地点的温室大棚作为采集对象[2,3],通过传感器采集温度、湿度和光强这些参数;之后由各点的无线系统将所采集到的参数传送到接收端,接收端再将数据送到PC机从而完成监测。
1 总体方案①
计算机控制部分的作用是对温/湿度和光照强度这3个参数进行监测与存储,其中较为重要的是实现对现场温/湿度和光照强度的采集与传输,利用RS232连接线与下位机进行通信。该设计是基于VB的多路采集与处理系统,上位机主要是利用VB进行软件编程,对数据进行跟踪显示,绘制出温/湿度变化曲线,并将数据存储到数据库中的系统软件。利用该软件可以控制下位机的工作,还可以通过输入时间参数对历史温度数据进行查询。
单片机部分是进行数据采集的核心部分,采用STC89C52作为主控单元。首先是3个采集节点的单片机对各自的传感器发送的数据进行处理,然后将处理后的数据通过无线模块发送到连接上位机的单片机中,也就是接收机。最后接收机通过RS232连接线将这3个节点的数据传送至上位机。下位机发送端的结构如图1所示。
综上所述,本系统大致可分为5部分:计算机对数据的显示与存储、单片机控制部分、无线模块部分、传感器部分和1602、12864显示部分(图2)。系统的设计过程主要包括软件设计和硬件设计两部分。
2 系统的硬件组成
2.1 数据采集单元
数据采集单元由DHT11温/湿度传感器和BH1750光照传感器组成,这两种传感器用在发送端上分别采集温/湿度和光强参数,并将参数传送到单片机。DHT11数字温/湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温/湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温/湿度传感技术,确保产品具有高的可靠性和长期稳定性[4]。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能八位单片机相连接。因此该产品具有响应快、抗干扰能力强及性价比高等优点,其电路设计如图3所示。
BH1750环境光传感器内置16位模数转换器,能够直接输出一个数字信号,不需要再做复杂的计算,其电路设计如图4所示。
2.2 数据处理单元
STC89C52单片机是目前最常用的单片机之一,此处用作数据处理和控制单元。
2.3 数据传输单元
数据处理单元由nRF24L01模块组成,用在发送端和接收端,它是一款工作在2.4~2.5GHz范围内,世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片,其电路设计如图5所示[5]。
2.4 数据显示单元
数据显示单元由1602字符型液晶和带中文字库的12864液晶组成。1602字符型液晶用在发送端,显示当前节点的温室参数。12864液晶用在接收端,显示所有节点的温室参数。1602和12864液晶电路连接如图6、7所示。
系统的硬件组成主要包括以上几个方面,由数据采集单元采集到数据以后,经数据处理单元进行数据处理,再通过无线技术将各点所采集的参数传送到接收端,发送端电路如图8所示,接收端再将数据送到PC机从而完成监测,接收端电路如图9所示。
3 系统软件
本设计的整体思路是基于nRF24L01具有同时接收多通道的数据功能来进行设计的。首先本设计要完成发送端传感器对温/湿度和光照的测量;然后通过nRF24L01无线模块将参数发送到终端,在此基础上再加入其他两节点;最后通过RS232连接线将数据传送到上位机并在上位机进行数据的显示与存储,从而实现一个无线局域的网络监测。发送端有3个节点,每个节点除了发送地址和标志位不同,其余都是相同的,因而软件总设计流程的发送端不再一一列出,只以其中一个为例(图10)。
4 开发界面设计
系统软件中共有两个界面,首先进入的是系统登录界面。登录到系统的主界面后,首先要对串口进行设置:上位机与单片机通过RS232总线进行连接,COM口一般选择COM3,这与计算机的设置有关。串口的设置界面如图11所示。将串口参数设置后,开始进行温室参数的监控。温室参数显示界面如图12所示。
5 结束语
笔者在理解温室监测技术的基础上设计了一种基于无线通信技术的温室环境参数监测系统,主要是对温室大棚温/湿度和光照强度参数监测的研究与设计。首先通过温/湿度传感器和光照传感器采集温/湿度和光照参数,再以此为节点通过无线通信方式将各节点温/湿度参数统一进行监测。此系统不但提高了监控系统的实时行和有效性,并减少了人工控制测试的温/湿度误差大、费时费力及效率低等问题。
摘要：运用STC89C52单片机、DHT11温/湿度传感器、BH1750光照传感器、nRF24L01无线模块、LCD1602液晶及12864液晶显示模块等器件,设计了基于无线通信技术的温室环境参数监测系统。该系统可以对温室内的温/湿度和光照参数进行多点采集,并将采集的温室参数通过无线模块送到终端(接收端),最后由终端设备将参数送至PC机。实现了对温室大棚中温度、湿度和光强的监控,解决了温室大棚人工控制测试的温/湿度误差大、费时费力及效率低等问题。
环境参数监测 篇8
核能给人类带来了巨大的经济和社会效益, 但核安全问题不容忽视。在核事故发生时, 为有效保护环境、保护公众安全、减少损失, 须及时做出正确的应急辐射评价和应急决策, 而核事故现场的气象环境是做出应急决策的一项重要依据[1,2]。
针对高危核辐射环境下进行长时间远程监测的问题, 文中设计并实现了气象参数远程实时监测节点, 可在无人值守情况下将现场温度、湿度、风向、风速及GPS定位信息传送到监控处理中心。监控处理中心对远程监测节点传回的数据经综合处理后, 可及时的预报、评估和预测核辐射的现状及发展趋势, 在核事故应急决策中具有非常重要的意义。该远程监测节点采用太阳能供电技术, 可解决野外长时供电问题, 并采用低功耗设计, 可长期工作在无人值守的野外恶劣环境中。
2 系统设计
2.1 系统整体设计
远程监测系统的组成如图1所示, 该系统包括远程监测节点和监控处理中心两个部分, 远程节点采集到的现场数据通过以太网实时传输到监控处理中心, 监控处理中心根据获取到的现场气象信息, 通过综合处理后可及时的采取相应的应急措施。其中远程监测节点是系统设计的重点和难点, 该远程监测节点采用低功耗处理器STM32F407作为主控器, 外部配置了大量的传感器模块, 主要包括温湿度测量模块、GPS模块、风向测量模块以及风速测量模块。实时获取的野外现场气象信息通过以太网接口模块传输到远程监控中心, 考虑到远程节点在野外供电比较困难的问题, 我们采用太阳能供电方式, 可解决野外无人值守环境下的长期供电问题。
2.2 STM32F407嵌入式系统模块
基于处理器STM32F407的监控节点包括STM32F407最小系统和与各个传感器的通信接口。温湿度传感器采用I2C总线接口, 本设计中采用STM32F407的通用IO口模拟I2C总线来进行通信;分别采用两个串行通信接口与GPS模块和风向传感器模块进行通信;风速传感器输出的是脉冲信号, 设计中将风速传感器输出脉冲信号引脚直接与STM32F407的中断口相连, 处理器通过对脉冲频率进行计算后可间接得到风速值。
本设计中的风向传感器采用XFX-WD, 该传感器内部采用精密电位器, 低惯性轻金属风向标响应风向, 动态特性好, 具有量程大、线性好、抗雷击能力强、观测方便、稳定可靠等优点。处理器STM32F407采用串口通信接口与该风向传感器进行通信, 处理器向风向传感器发送相应的指令后可对传感器进行相应的设置, 并读取出实时的风向信息。
2.3 风速传感器模块
本设计中的风速传感器采用XFX-WS, 该传感器采用传统三风杯风速传感器结构, 风杯选用碳纤维材料, 强度高且启动好;杯体内置信号处理单元能根据需求输出相应风速信号。该风速传感器模块以脉冲的形式间接提供风速数据, 处理器根据接收到的脉冲信号频率进行计算后得到实际的风速数据。
2.4 温湿度传感器模块
本设计中的温湿度传感器模块采用SHT15, 该传感器是一种新型传感器, 将传感器、信号放大及调理、A/D转换、I2C总线接口全部集成于一个芯片上, 具有全校准相对湿度及温度值输出, 实现了温湿度传感器的数字式输出, 且免调试、免标定、免外围电路, 极大地方便了在嵌入式测控领域的应用。该传感器湿度值输出分辨率为14位, 温度值输出分辨率为12位 (可编程为12位或8位) , 具备CRC数据传输校验功能。STM32F407采用通用I/O口来模拟I2C总线与温湿度传感器进行通信, 其中DATA数据线需要外接一个上拉电阻。
2.5 GPS模块
目前市场上出售的通用GPS模块较多, 本系统采用GPS模块QE-GPS93, 该模块集成了RF射频芯片、基带芯片和核心CPU, 并加上相关外围电路。GPS模块收到卫星信号后能快速得到定位数据, 定位数据按照规定的数据格式 (包括经度、纬度、高度、速度等) , 通过串口每1秒向外输出一次定位信息。STM32F407无需参与卫星定位的相关处理, 直接通过串行接口即可获取GPS模块输出的定位信息, 硬件电路设计和软件设计都十分简便。
2.6 以太网接口模块
该远程监测节点具备以太网通信功能, 现场获取的气象参数和地理位置信息通过以太网传输出去。本设计中选用DP83848VV作为以太网控制器, 该控制器具备100M的传输能力。为了进行以太网通信, 需要在STM32F407上移植TCP/IP协议栈, 由于远程监测节点是采用的嵌入式系统, 系统资源有限, 所以我们选择了轻量级协议LWIP, 该协议在保持TCP协议主要功能的基础上减少了对RAM的占用, 只需十几KB的RAM和40K左右的ROM就可以运行, 所以L W I P协议栈非常适合在低端的嵌入式系统中使用。本设计在STM32F407上移植了LWIP协议, 通过UDP方式与远程监控中心进行通信。
3 监测节点软件设计
远程监测节点的程序设计框图如图2所示, 主要包括三个部分:主程序、风速测量程序和中断程序。
主程序中流程如图2所示, 上电启动后首先对系统进行初始化, 包括处理器STM32F407的时钟、外设端口、串口、中断等的初始化, 接着对以太网芯片和相关协议参数进行设置, 随后进入主体循环程序:风速测量、风向测量、温湿度测量以及以太网处理程序, 由于GPS模块会每1秒会自动通过RS232接口向处理器发送定位信息, 所以我们采用串口中断的方式对获取的GPS信息进行处理。
4 实验及结论
远程气象监测节点设计完成后做了实时监测试验, 远程监测中心用一台带网络接口的普通计算机代替。在计算机上运行监测应用程序, 远程监测节点传来的数据将实时的在屏幕上显示出来根据远程监测节点提供的数据, 在危急情况下, 决策部门可据此作出应急响应。
文中设计的核辐射环境下远程气象参数监测节点, 可实时采集风速, 风向、温度, 相对湿度和GPS定位信息, 采集的数据通过以太网传回监控处理中心。
参考文献
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[3]查秀峰.浅谈提高大气环境监测质量的措施[J].科技创新与应用, 2014, 15:130.
环境参数监测 篇9
据不完全统计, 我国已经制定各类国家环境标准有400余项, 涵盖了大气、土壤、水质、噪声、辐射、军工等领域, 并且已经开展了环境质量监测、环境质量日报、周报预报监测;污染源监测;污染事故应急监测等。这种点多、面广、任务繁重的环境监测形势, 急切需要提高环境监测的自动化水平。
本文主要设计一种低功耗、多参数环境监测仪, 可监测温度、湿度、差压、 CO2、 O2、 CO、 CH4、 H2S等环境参数。
1多参数环境监测仪的硬件设计
多参数环境监测仪以TI公司的超低功耗芯片MSP430F169单片机为控制核心, 主要由多路信号检测电路 (包括温湿度检测电路、 差压检测电路、 CO检测电路、 CO2检测电路、 O2检测电路、 CH4检测电路和H2S检测电路) 、 LED显示电路、声光报警电路、 红外遥控电路和RS485通信电路等组成,
1.1温湿度检测电路
本设计采用瑞士Sensirion公司生产的SHT11单芯片传感器, 它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器, 传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件, 并与一个14位的A/D转换器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝连接, 具有超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。 该传感器可以检测温度范围-40~123.8℃, 可以检测湿度范围0~100%RH, 主控芯片可以直接通过I2C协议读取温度湿度数据, 操作简便, 且工作状态时最大功耗仅为3m W。
1.2差压检测电路
紧急避险设施内, 需始终维持300~500Pa的正压, 避免外界有害气体侵入。 本设计采用的是Honeywell公司的ASDXL05D44D型压力传感器, 该传感器输出电压范围为0.50~4.00V, 对应量程为为-2000~2000Pa。在实际设计中将该传感器一端与舱外环境接通, 当差压为0Pa时, 对应输出电压为2.50V ;当差压为2000Pa时, 对应输出电压为4.00V, 电压信号输入到主控MCU的AD采样通道, 根据线性关系就可得出当前避险设施内外的差压数据。
1.3 RS485通信电路
用Maxim公司生产的低功耗MAX485接口芯片, 该芯片是一种具有高速、电流保护和失效保护功能的收发器芯片;接口信号电平低, 不易损坏接口电路, 且该电平与TTL电平兼容, 可方便与TTL电路连接;驱动器摆率不受限制, 可以实现最高2.5Mbps的传输速率; 采用平衡驱动器和差分接收器组合方式, 抗共模干扰能力强。
1.4其它电路
多参数环境监测仪需要检测8个参数, 故设计采用分时循环显示方案, 显示模块分为两部分, 一部分是LED数码管用于显示当前参数的数值, 另一部分是当前参数的名称与单位的指示。故LED数码管采用4位共阴极数码管, 由单片机4个IO口负责数码管的选通, 由P4端的全部8个IO口通过芯片ULN2803A驱动数码管相应段点亮, 用于显示数值。 8个参数有“%”、“ppm”、“℃”、“Pa” 4个单位名称, 参数名称和单位名称采用绿色高亮LED点亮, 共需要12个LED灯的选通点亮, 单片机P1.0-1.5口通过4-16译码器CD4514进行LED灯的选通, 并通过2片ULN2803A进行驱动。红外遥控采用HS0038A2红外接收头, 配合FYF6遥控发送器对多参数进行的参数 (零点、校准点、报警点等) 进行配置。
2结语
本文介绍的多参数环境监测仪采用本安电路设计, 可以测量多种气体的含量和环境温度、湿度、差压参数, 在紧急避险设施内, 可以用于避险空间内的环境监测, 确保生存环境的健康安全, 在煤矿井下的其它地方也可使用。经试验测量该仪器工作电流为52.4m A, 最大工作电流为102.5m A。在救生舱和避难硐室的多次真人模拟试验中, 搭配DXBL1440/24X (A) 隔爆型锂离子蓄电池电源, 最长连续不间断工作了106.5小时, 完全满足紧急避险系统的安全防护时间的要求, 监测期间数据准确、稳定, 并将数据上传到试验环境外的监测室内。综合表明, 该多参数环境监测仪满足紧急避险设施内各环境参数监测需求, 保障了避险环境的健康安全性。
摘要：针对目前环境监测仪需要使用多台传感器导致布线繁琐、不便安装且功耗较大等问题, 提出一种多参数环境监测仪设计方案。该多参数环境监测仪采用MSP430F169单片机, 能采集环境中O2浓度、CO2浓度、CO浓度、CH4浓度、H2S浓度、差压及温湿度等信号, 通过LED数码管显示, 并具有声光报警、数据通信等功能。多种试验表明:该多参数环境监测仪功耗小、稳定性好、操作简单。
关键词：紧急避险,多参数,MSP430F169,低功耗
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环境参数监测 篇10
关键词：LabVIEW,水环境监测,LabSQL,Access数据库,甲基红
水环境监测是测定水体中污染物的种类、浓度和变化趋势,评价水质状况的过程。笔者针对水环境监测的经常性、连续性及及时性等需求,结合虚拟仪器开发平台LabVIEW,设计出一种水环境三参数(COD、总磷和总氮)虚拟在线监测系统。该系统测量现场终端由5B-6(C)型三参数测定仪、虚拟酸度计和现场便携式笔记本电脑组成,通过数据采集卡和USB转串行通信将采集到的数据上传至便携式PC。与此同时,将野外测量终端实时采集的数据通过CDPD无线通信网络实现远程通信,建立现场数据的实时监测和分析系统。同时,通过Microsoft Access数据库,进行科学的数据存储和管理[1,2]。
1 系统硬件构成系统总体框架如图1所示。
系统硬件主要由5B-6(C)型三参数测定仪、E-201-C型复合pH电极、TMP36温度传感器、信号调理电路、USB/RS232 Converter、USB6008数据采集卡和现场便携式笔记本电脑组成。三参数测定仪通过RS232/USB协议转换器将测量的COD、总磷和氨氮数据输入便携式PC机;复合pH电极通过由OP07集成运放构成的高输入阻抗两级信号调理电路,将微小电势信号放大后,由USB6008数据采集卡输入便携式PC机,再经软件数字滤波,得到pH测量值。便携式PC机在LabVIEW构建的监测系统平台上自动完成数据采集、处理、分析及传送等任务[3]。
2 系统软件构成
本系统基于LabVIEW软件开发平台实现对
水环境三参数的实时监测和数据管理功能。该系统程序设计主要包括实时监测和数据库管理查询两大模块。其中实时监测包括COD、总磷、氨氮、pH值和温度的监测和数据分析;数据库管理主要包括数据存储、查询、修改及提取分析等功能。
2.1 三参数测定模块[4,5]
三参数测定主页前面板如图2所示。图中3个指标(COD、总磷、氨氮)测量按钮分别对应3个子VI,点击按钮,即可弹出对应测量窗口,并进行相关功能操作。
根据5B-6(C)型三参数测定仪串行口发送数据协议,调用LabVIEW中的VISA 节点,分别实现串口的初始化、串口读、数据存储及关闭等功能。进行串口通信前,须先配置VISA Configure Serial Port节点的各个端口参数,如端口选择、数据比特、停止位和波特率设置。测量的数据采集到PC机时,可存储至数据库。
总磷与氨氮测定模块与COD在串口初始化、数据存储程序部分类似,在串口读部分,运用了不同的转译ASCII码的方法。基本的方法是将ASCII码转换成十进制代码,并使用搜索一位数组控件,将十进制代码组成一位数组中的有效部分(测量数据)读取,并转码成十进制字符串形式,显示在前面板的字符串显示控件上。
2.2 酸度测定模块[6]
酸度计的程序设计主要包括数据采集、电极系数校正和温度补偿3个模块,分为pH测定和电位测定两个档位。程序核心主要是数据采集部分,利用DAQmx驱动,使PC与USB6008数据采集卡通信,通过程序框图函数选板下测量I/O中的DAQmx创建通道、DAQmx定时、DAQmx读取及DAQmx清除任务等控件,并设定通道、定时及采样模式等一系列参数,组成数据采集程序。由于pH电极采集的电位信号频率较低,将滤波器选为低通并设定低截止频率。经实验调试,确定采样频率为9 000Hz,阶数为3,低截止频率为0.02Hz。
电极系数校正部分是酸度计程序设计的关键[7],由于复合pH电极除了在测量线性范围较普通玻璃电极要小之外,在阻抗、斜率及响应时间等方面都具有优势。尤其在斜率方面,复合pH电极由于斜率高(接近100%),在很多情况下都可以一点定位而保持相当高的精度,所以在设计电极系数校正时采用了一点标定法,而没有采用两点逼近法进行斜率的校正,这样也大大减少了操作步骤。
与此同时,采用实时的温度补偿和温度监控,更加保证了测量的准确性。温度补偿和监控的外部传感器使用美国AD公司生产的TMP36温度传感器。它无需信号调理,可直接由采集卡采集,并由简单比例系数换算成开尔文温度进行计算,简化了程序编译的复杂度。
2.3 数据分析模块
本系统利用LabVIEW函数选板中的线性拟合、广义多项式拟合和指数拟合3种常用拟合控件,构成多类型回归拟合分析模块。它可以将测量得到的离散值进行线性或非线性回归运算,得出拟合曲线、拟合方程、拟合值及均方差等数据分析必要结果。
2.4 数据库存储与历史查询模块
LabVIEW可以通过基于ADO技术的LabSQL数据访问包,以调用子VI的方式进行数据库访问。ADO通过与ODBC(Open Database Connectivity,开放数据互连)连接可以访问任何支持ODBC的数据库,本系统采用Microsoft Access数据库来进行数据管理、存储和查询。
首先是建立Access数据源,在Access中建立一个名为MyDB.mdb的数据库,同时在配置DSN时将数据源命名为DSN_Wastewater monitoring,之后就可以在LabVIEW中进行调用LabSQL的函数功能。历史数据查询模块同样利用LabSQL的ADO Connection Create.vi和ADO Connection Open.vi创建数据库连接,通过SQL Execute.vi执行SQL语句“SELECT*FROM 数据库名 WHERE 选择条件”将所需数据抽取出来,在前面板的表格控件中显示数据,并且进行格式转换,输出数据趋势的曲线图标。
3 实验部分
3.1 实验原理[8]
由于5B-6(C)型三参数测定仪的测定原理基于分光光度法。本实验以生物偶氮染料甲基红模拟废水为处理对象,利用臭氧强氧化性进行甲基红脱色实验,并且利用水环境在线监测系统对甲基红模拟废水的pH值、温度值、COD进行监测,按照控制变量法,控制pH值、温度值,同时测定降解过程中废水的COD值。
3.2 实验方法
100mg/L甲基红模拟废水的配制:称取0.1g甲基红,加入3.70mL浓度为0.1mol/L氢氧化钠,用水浴加热溶解,冷却后,分别调节废水的pH值为5、7和9,即酸性、中性和碱性3组废水样品。
利用臭氧发生器分别向3组样品中持续通入臭氧60min,并每隔10min取一次废水样品,进行COD测定,利用水环境在线监测系统自动绘制测定曲线,并保存数据结果至Access数据库DSN_Wastewater monitoring,每组废水样品分别进行3组平行实验。
3.3 实验结果
将测定的pH、温度、COD结果存储至数据库DSN_Wastewater monitoring,可将其以Excel表格导出,或以表单形式打印。表1所列为3组废水样品的测定结果。
图3所示为Access数据库DSN_Wastewater monitoring中调出COD测定数据自动生成的化学需养量-时间曲线。通过该系统的历史数据查询模块输出数据趋势图表,可以分析得出:在碱性条件下,甲基红的降解情况要好于酸性及中性条件下。利用历史数据查询功能,还可以将COD、氨氮和总磷在同一趋势图中进行比较,以方便进行全面分析。
4 结论
4.1
基于LabVIEW的虚拟水环境三参数在线监测系统,操作简便,人机界面友好,而且实现了测试数据的自动实时采集、显示和储存,自动完成测试数据的分析处理,并实时获得结果,避免了繁琐的人工计算过程,提高了测试结果的精度,大大地缩短了测试时间。
4.2
利用CDPD无线通信网络以实现远程通信送至实验室上位机,实现对现场数据的实时监测和分析,并建立Microsoft Access数据库,进行科学的数据存储和管理。
4.3
通过对甲基红模拟废水COD及pH值等指标的实验测定验证,该系统运行良好,测定分析数据准确,基本达到水环境监测应用目的。
4.4
依照此类虚拟仪器系统设计原理,联合各种电化学传感器和水质分析仪器,即可构成水环境全指标监测系统,应用于各类水环境的监测任务,为水环境监测提供更加良好的工作平台。
参考文献
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钻井井场电参数自动监测系统设计 篇11
关键词：电压互感器,电流互感器,STC单片机,GPRS
1 引言
目前, 钻井井场所用电力和动力多数依赖柴油发电机发电, 迄今为止对于柴油发电机的运行状况、工作效率, 仍然没有一种科学、有效、精确的管理办法, 因此, 如何合理提升井场燃油设备的效率, 成为“节能减排、增效”目标下首要解决的技术难点。依据柴油发电机的效率——每千克柴油的发电量, 一旦工作效率低于某个数值时, 则需要对其进行维修。这种运作方式改变了以往维修柴油发电机的观念, 真正做到了以效率为核心的管理模式, 从而达到了节能的目的。因此钻井井场的发电效率越来越受到人们的重视, 本文主要研究基于ST C单片机的电参数测量。
2 相关技术简介
交流电参数一直是衡量交流电质量的一些基本参数, 该参数的测量方法也是电能测量中经常采用的方法。本文主要采用ST C单片机技术和电压、电流互感技术相结合, 完成钻井井场柴油发电机相关的电能参数测量, 并根据总消耗的柴油累计量, 计算发电效率, 进而提出改进方案。
2.1 电压、电流互感技术
电压互感技术是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压时, 在铁心中就产生一个磁通φ, 根据电磁感应定律, 则在二次绕组中产生一个二次电压。改变一次或二次绕组的匝数, 可以产生不同的一次电压与二次电压比, 可组成不同变比的电压互感器。电压互感器将高电压按比例转换成低电压, 一次侧接在一次系统, 二次侧接测量仪表、继电保护等。如图1所示, 任意一对L n、L n′ (n=1, 2, 3) 中接入电压互感器[1]。
电流互感技术依据电磁感应原理。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少, 串在需要测量的电流线路中, 因此它经常有线路的全部电流流过。二次绕组匝数比较多, 串接在测量仪表和保护回路中。电流互感器工作时, 它的二次回路始终是闭合的, 因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小, 电流互感器的工作状态接近短路。如图1所示, L 1、L 2、L 3、N处接电流互感器[2]。
2.2 STC单片机技术
本文采用ST C12C5A60S2单片机[3]作为主控制器, 协同各个模块共同工作。ST C12C5A60S2系列单片机是单时钟/机器周期的单片机, 是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机。指令代码完全兼容传统8051, 但速度快8-12倍。内部集成M AX 810专用复位电路, 2路P W M, 8路高速10位A/D转换, 针对电机控制、强干扰场合, 工作电压在3.5V~5.5V之间。ST C12C5A60S2的P1口自带8路10位A/D转换器, 速度可达250K H z。包含中央处理器 (CPU) 、程序存储器 (F lash) 、数据存储器 (SR AM) 、定时/计数器、U AR T串口、串口2、I/O接口、PCA、看门狗、片内R/C振荡器和外部震荡电路等模块。
3 井场电参数自动监测设计方案
对柴油发电机效率的监测, 具体方法是:通过电压、电流互感器, 将高电压、大电流转换到电量表输入允许的量程范围内, 计量发电机在单口井生产周期的发电量, 以“千瓦时”作为计量单位。利用ST C单片机实时读取电量表的信息, 实现电参数的精确测量。
3.1 井场电参数自动监测系统总体设计
本设计以ST C单片机作为主控制器, 通过互感器将发电机输出的电压、电流信号数值转换为电能表允许的输入量程范围, 实时监测发电机的输出电压、输出电流、有功功率、无功功率及电能等物理量。同时利用G P R S通信模块, 将R S485总线读取的测量数据值发送到指挥控制中心系统, 可以绘制出各类电参量的实时运行曲线, 并且和柴油发电机的流量计计量值相配合, 计算出节能指标参数, 即发电机的工作效率。系统总体设计框图如图2所示。
3.2 电参数自动监测模块设计
电参数自动监测模块主要由SPC660系列电量表和ADM 2587E通信模块组成, 可以实时监测钻井井场柴油发电机产生的三相线电压、相电压、相电流、有功功率、无功功率、视在功率、电能、频率等相关参数, 通过R S 485总线传输到单片机控制器, 数据传输时遵循M O DB U S R T U协议。R S485接口电路如图3所示。
R S 485总线作为一种多点差分数据传输的电气规范, 已成为业界最为广泛的标准通信接口之一。这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点双向通信。许多不同领域都采用R S485作为数据传输链路。在图3中, J 9和J 11以级联方式构成R S485总线, 其中120Ω的R T 1作为导线匹配电阻, 可以增强信号长距离传输时的抗干扰性。
同时为了实现瞬态保护功能, 在信号输入接口处接入了瞬态抑制二极管 (T ransient V oltag e Suppressor) , 简称T V S, 是一种二极管形式的高效能保护器件, 可将危害性的瞬态能量旁路到大地。当T V S二极管的两极受到反向瞬态高能冲击时, 它能以10-12s量级的速度, 将其两极间的高阻抗变为低阻抗, 吸收高达数千瓦的浪涌功率, 使两极间的电压钳位于一个预定值, 有效地保护电子线路中的精密元器件, 免受各种浪涌脉冲的损坏。由于它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差钳位较易控制, 无损坏极限、体积小等优点, 目前已广泛应用于计算机系统、通信设备、仪器仪表、R S232/422/485、共模/差模保护等各个领域。
4 井场电参数自动监测软件流程
电参数自动监测设计中, 单片机主控器与电能表通过R S485总线连接, 遵循M O DB U S R T U协议读取电能表相应地址码的三相电压、电流、功率、电能、频率等相关参数, 对应流程图如图4所示。对应的命令格式如表1所示。在默认状态下通信的波特率一般是9600bit/s、无校验、8数据位、1个停止位。
5 井场电参数自动监测系统曲线
钻井井场电参数自动监测系统主要涉及到以下几组曲线:三相线电压、三相相电压、三相相电流[4]、三相功率、三相电能及燃油发电效率等。
5.1 燃油发电效率曲线
燃油发电效率反映了柴油发电机在正常运转期间, 发电效率随时间的变化情况。曲线在一段时间范围内, 并没有严格的规律遵循, 主要原因是用电设备不会一直处于工作状态, 会出现停机的情况, 造成电量表不计量, 但是为了维持固定的线电压和相电压, 在相电流值为零或者较小的范围时, 仍然需要柴油燃料的消耗, 因此, 曲线上会反映出时高时低的走势。所以, 观察柴油发电机效率是否降低, 并不是在一个周期内进行简单比较, 那样没有实际的意义, 而是需要一定的运行周期, 比较同等走势的曲线, 是否出现数值降低的情况, 一旦出现, 可以及时维护或修理柴油发电机, 保证发电效率最大化, 提倡节能生产。曲线如图5所示。
5.2 三相电流曲线
对于星型连接的三相四线制方式, 线电流的数值等于相电流的数值。通过三相电流曲线观察, 各相电流值近似相等, 在用电设备停用阶段, 数值比较小, 在正常钻井阶段, 数值可达到180A左右, 由此可以判断钻井井场实时的工作状况, 如图6所示。
5.3 三相电压曲线
三相电压包括三相相电压和三相线电压, 当柴油发电机正常开启时, 通过三相电压曲线观察, 三相相电压和三相线电压这两个参数基本不会发生变化, 输出稳定, 反应出发电设备及用电区域没有严重的短路现象, 如图7所示。
5.4 三相功率曲线
三相功率主要包括有功功率、无功功率和视在功率这三类参数。其中, 有功功率为柴油发电机发出的实际功率, 完全消耗在阻性负载上, 是供电系统中需要消耗的功率;无功功率是柴油发电机设备及用电设备中感性和容性负载上交换的功率, 虽然没有被消耗掉, 但是这部分功率不能用来带动负载设备, 是一种功率损失, 所以经常采用无功功率补偿的方法, 弥补这一缺陷;视在功率是一个正数, 如果有功功率用P表示, 无功功率用Q表示, 视在功率用S表示, 则三者关系为:
三相功率曲线如图8所示。
5.5 三相电能曲线
三相电能主要包括正向有功电能、反向有功电能、感性电能和容性电能这四类参数。其中, 反向有功电能是柴油发电机发出的能量, 是有功功率对时间的积分。感性电能和容性电能则是无功功率对时间的积分, 数值相比前者会小很多, 也是能量损失的一部分。如图9所示。
调试和数据分析
根据钻井井场电参数自动监测系统上传到控制中心管理系统的数据信息, 对柴油发电机在各个时段的燃油发电效率做了初步统计, 如表2所示:
根据表2, 得到以下分析结论:
测试数据按时段记录, 分白天和晚上两部分。柴油发电机的电力输送主要提供给钻井平台的正常进尺、钻井井场的板房用电以及极少部分的无功功率损耗。通过监测曲线可以得知:若钻井停止, 极少板房需要供电照明的情况下, 各相电流的值大概在6A~9A之间, 发电机的输出功率会比较小;当钻井正常进行, 且民用照明情况比较集中的情况下, 尤其是夜间时段, 各相电流值可以达到180A~203A之间, 此时发电机的输出功率会明显增大。但无论任何时段, 线电压和相电压的数值均比较稳定, 表明电力系统运行平稳, 没有出现设备故障或短路现象。
6 结束语
根据以上分析可以看出, 若功率曲线或者电流曲线的数值较低时, 井场应处于休息或设备调整阶段, 如果持续一天左右的时间, 应处于井场的搬家时段。若功率曲线或者电流曲线数值很大, 应处于正常的起钻进尺周期阶段。由此, 可以初步统计获得井场工作人员在整个钻井周期内正常的工作时间及休息、设备调整时间。
从单位耗油发电量这一参数可得:统计期间的最大效率可达1.2032K W h/K g, 应处于用电的高峰阶段 (夜间) 。依统计, 柴油发电机的发电效率集中在0.9K W h/K g~1.2K W h/K g之间。通过利用钻井井场电参数自动监测系统, 可以将以上情况细致的统计并获得直观的显示, 方便指挥中心的管理人员, 不必亲临现场, 就可以得到最快捷的井场信息。
参考文献
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