一、绪论
本文将介绍单片机在当前环境监测系统中的应用情况，分析单片机在环境监测系统应用中的优缺点，为单片机在不同环境中的监测功能提供有效的方案。
本文主要的工作将从以下几个方面展开：
1）当前单片机在环境监测中的应用概况。
2）单片机在一般环境监测系统中的功能实现。
3）对于特殊的监测目标或任务单片机的选择。
4）根据当前应用情况，分析单片机在环境监测系统中未来的应用趋势。
5）探索适用于各种不同环境的监测系统的单片机研究。
研究的基本方法是以单片机在具体环境监测系统中的应用实例，如单片机在温度监测系统中的应用、单片机在海洋环境监测中的应用等，以及以单片机为基础的处理系统网络来阐述单片机在环境监测系统中的应用情况。对比各种环境监测系统中的单片机的使用优缺点和作用效果，探索未来在环境监测中使用的单片机的发展方向和趋势。
二、当前单片机在环境监测中的应用概况
随着单片机的广泛应用和通信技术的日趋发展，超远程的实时监控越来越倍受关注。尤其在国防和工业生产中更是起着无可代替的作用。同时，随着人们生活水平的不断提高，人们对环境质量也提出了很高的要求。可现实生活中有些人由于知识的缺乏，在使用煤取暖的过程中煤气中毒的事情是经常发生的，这给国家和人民造成了很大的损失。因此就迫切需要有一个完善的监控系统，对煤气的主要成分一氧化碳进行有效的监控。目前，我国已经建立了较为完备的GSM网络，这为我们远距离的传输数据提供了必要媒介；而现有的GSM网主要承载业务就是语音通信，该网络没有得到充分的应用。借助于GSM网建立一个环境监控网络是很有可能的。若干家庭拥有一个发射机，一家一个传感器，将检测到的相关信息及时反馈到监控中心，这样就建立了一个以计算机为中心的监控网络，既解除了人们的担忧，也有利于环境的改善。所以该系统无论是在技术上或是市场上前景都是可观的。
三、单片机在一般环境监测系统中的功能实现
温室环境调控水平是决定设施农业生产水平的重要技术条件之一，设施农业是世界现代农业发展的主要方向，我国农业正处于从传统向高产、优质、高效为目的的现代化农业转化阶段，设施农业是我国今后比较长的时间内农业发展的一个主要方向。在温室环境中，影响温室作物生长的环境因子如温室内温度、湿度、光照度、浓度等，均对作物的生长产生影响，因而实现温室中环境的自动控制尤为重要。在现代大型温室中，室内的所有环境因子的监控都由计算机进行综合管理并实施自动控制。目前国内在温室的自动控制与智能化方面进行了许多有价值的研究，开发出符合国情及当地条件的自动化温室系统是今后一段时间内设施农业的重点工作方向。本课题的研究目标是开发一款基于单片机的温室环境自动监控系统，它能够独立地对温室各个参数进行控制。同时也可以和上位机进行通信，接受上位机指令对各个模块进行控制，并把采集的数据传给上位机。
四、单片机在燃煤电厂环境自动监测系统的应用
4.1基于单片机的燃煤电厂环境自动监测系统的应用平台
1、宿主机和监控中心PC是由装有相关软件的PC机来实现。
2、开发板是由相关公司提供的单片机或嵌入式系统的开发平台。
3、将宿主机、开发板和GPRS无线模块三者结合起来进行GPRS终端的开发。
4、监控中心PC用于监控中心软件的开发和运行。
5、整个系统用于GPRS终端和监控中心之间的互调互通。
4.2基于单片机的燃煤电厂环境自动监测系统的监控中心
监控中心是燃煤电厂环境自动监测系统的中心服务器，是系统的重要组成部分，通常情况下，由燃煤电厂的多个煤矿区域同时使用一个服务器，通过这种方式，使得集中管理与监控更加方便。监控中心采集燃煤电厂的多个煤矿区域的数据，对于多种数据进行集中监测，并且把数据发布到Web上。监控中心的服务器部分可以是单机或者是局域网，根据规模进行决定，监控中心的后台必须要有一台计算机接入Internet网络，接入服务需要网络服务提供者提供。
在整个燃煤电厂环境自动监测系统中，监控中心服务器起着举足轻重的作用，能够进行数据处理和分析，并提供了WWW服务的Web服务器提供Web服务使得外部用户可以通过Internet访问。监控中心服务器由两台服务器组成。其中一台是具有公网的IP地址、并安装了数据库管理软件和数据分析处理软件的主服务器；另外一台是提供了WWW服务的Web服务器。从数据采集现场得到的所有数据，首先经过Internet网络进入具有公网IP地址的主服务器。
服务器应具有以下多种的功能：
服务器提供的人机交互界面是非常友好的；
多个现场模块的连接请求能同时满足；
不仅能够接收远程模块发送来的数据，而且能够远程设置现场模块；
能够通过文件的形式保存接收到的数据，还能够将接收到的数据自动导入到数据库中，同时能够分析数据。
4.3基于单片机的燃煤电厂环境自动监测系统的GPRS终端
在燃煤电厂环境自动监测系统中，GPRS终端通过环境采集系统的相应接口将相关的环境自动监测数据取出来，同时进行处理，然后通过无线的形式，发送到GPRS基站，或者接收监控中心的环境自动监测数据远程控制信息，并进行环境自动监测数据的处理。
在燃煤电厂环境自动监测系统中，GPRS终端主要通过控制模块控制串行通信模块、TCP/IP模块和GPRS无线发送模块实现。
GPRS终端的各个模块的作用如下。
（1）GPRS终端的控制模块
1) GPRS终端的控制模块通过AT指令，对于GPRS无线模块进行初始化，从而与GPRS网络获得连接，通过动态地址分配的方式得到IP地址，并建立与目的终端或服务器之间的Internet网络连接；
2) 通过RS232串口，控制模块控制的串口通信模块向客户系统进行数据或指令的收发；
3) 通过RS232串口，控制模块向TCP/IP模块收发所采集到的环境数据；
4) 控制模块可以自行操作或者根据远程控制指令采取其他的操作。
（2）GPRS终端的串口通信模块
由于环境自动监测子站系统是在IBM兼容型工控计算机的数据采集系统的基础上开发的，IBM兼容型工控计算机的数据采集系统对外界一般都提供有标准的串行接口。而且，现在大多数的单片机、微处理器也都提供有标准的串行接口。因此，环境自动监测子站系统可以通过串口通信模块，来对客户系统所采集到的环境数据进行提取。
（3）GPRS终端的TCP/IP模块
TCP/IP模块通过RS232串口与GPRS无线模块通信，提供非透明和透明的两路通道。GPRS终端的TCP/IP模块相对应提供两种传输模式：透明模式和非透明模式。通过软件切换，GPRS终端的TCP/IP模块在不同的方式下，就会采用不相同的数据流向。当传送AT指令集时，传输模式是透明模式，能够对GPRS无线模块进行直接访问；当模块进人非透明传输方式时，用户数据从串口进入TCP/IP模块后，首先被打包成为TCP/IP包，再经过串口，TCP/IP包被发送给GPRS模块；GPRS无线模块将TCP/IP包封装成GPRS分组数据包传到GPRS网上。
（4）GPRS终端的GPRS无线模块
GPRS无线模块作为GPRS终端的无线收发模块，对于从TCP/IP模块接收的TCP/IP包和从基站接收的GPRS分组数据分析处理之后，再将这些分组数据进行转发。GPRS终端的GPRS无线模块可以采用一些比较大型的企业生产的好产品，例如，SIEMENS公司的MC35 GPRS模块。
4.4基于单片机的燃煤电厂环境自动监测系统的传输系统
在燃煤电厂环境自动监测系统中，传输系统是利用现有的GPRS网络和Internet网络进行数据传输。由于GPRS网络本身就是一个分组型数据网络，支持TCP/IP、X.25协议，只要用户将GPRS终端打开，就能够使用利用现有的GPRS网络和Internet网络进行数据传输，GPRS通过允许现存的Internet和新的GPRS网络的连接，使移动Internet的功能得到实现。因此，通过GPRS系统的网关，通用分组无线业务网关支持节点，用户就可以与Internet网络进行连接，通用分组无线业务网关支持节点还提供许多相应的互联网功能，例如，动态地址分配、路由、域名解析、网络安全和计费等。目前，任何一种在固定Internet上的业务通过GPRS同样能在移动网络上实现。
在燃煤电厂环境自动监测系统中，数据传输系统具有以下的具体的数据的传输流程：
(1) 通过相关的接口，GPRS终端能够从客户系统中取出用户数据；
(2) 用户数据经过处理之后，能够通过GPRS分组数据的形式，发送到GSM基站(BSS)；
(3) GSM基站(BSS)的分组数据经过GPRS业务支持节点的封装后，向GPRS IP骨干网发送；
(4)如果是发送分组数据到其它的GPRS终端，则先发送分组数据到目的GPRS业务支持节点，再经过GSM基站发送分组数据到GPRS终端；若分组数据是发送到如Internet等外部网络，则将分组数据包经过GPRS业务支持节点进行协议转换后，发送到如Internet等外部网络。
五、单片机在环境监测系统中未来的应用趋势
5.1基于单片机的分布式禽舍环境监控
随着我国经济的快速发展和人民生活水平的逐步提高，人们对生活质量提出了更高的要求，特别是国际市场对肉食品需求多元化的发展趋势，促进了我国畜禽养殖业的快速发展。现在，畜禽养殖业已经成为一种不可忽视的产业。然而，我国畜牧业生产面临着严峻的形势和巨大的挑战，除优质产品比重低、市场竞争能力弱、兽医保护薄弱等主要问题外，还存在畜禽死亡率高、饲养成本高的问题。
据有关方面统计，我国每年因畜禽死亡造成的直接经济损失达260多亿元，造成畜禽死亡的一个最主要的原因是畜禽生长的环境没有满足畜禽生长的需要，并且畜禽生长环境的恶化导致病菌的滋生，引起传染病的迅速传播，造成畜禽的大量死亡。尤其近几年禽流感带来的巨大经济损失，使人们越来越重视畜禽生长的环境，因为畜禽生长环境内的各个因素和环节都成为影响畜禽生长发育的重要因素，各种不良因素的发生都会直接影响到畜禽的生产性能以及是否导致畜禽群疾病的传播，并且畜禽舍环境的污染直接影响到周围环境的空气质量。因此，调控好畜禽舍内的每个环节，是畜禽饲养管理的最根本问题。
近年来，随着我国人民生活质量的不断提高，加速了市场对肉类食品的需求，促使我国畜禽养殖业呈现出由以前的千家万户小规模、分散饲养为主向规模化、科学化养殖转型。目前国内已有许多大中型养殖场，而大中型养殖场家禽种类繁多，每种家禽又在不同的生长周期对生长环境的要求不同，管理复杂、混乱，需要投入大量的人力物力资源，从而增加了生产成本，这也是我国畜禽养殖存在的另一重要问题。
所以，越来越多的畜牧业研究与生产人员把目光关注到畜禽场的环境质量及管理问题上，希望通过对环境监控等技术的应用，改善禽舍区环境质量，进而提高畜禽生产力水平和产品质量，借助改善管理方法提高经济效益。而计算机监控技术具有配置灵活、结构开放和可靠性高等特点，已被各行业广泛应用。因此，可以将自动控制和电子计算机技术运用于畜禽养殖业，并针对禽场特有的分散舍区环境开发一种新的系统，实现对禽舍环境的监测与控制，科学合理地控制影响畜禽生长的各种环境因子，优化禽舍内环境，保证畜禽群生活在优良的环境下，从而有效地预防畜禽疾病，提高禽业的科技水平和综合能力，促进畜禽养殖业的增产、增收和增效，实现畜禽养殖自动化管理，还可减少现场管理人员的劳动强度，提高企业的劳动生产率。
然而，我国经济基础薄弱，许多国外的畜禽养殖环境监控系统由于成本过高，对我国的经济条件差的这种国情并不适用，因此，开发一种成本低、性能完善的家禽养殖领域的智能环境控制和生产管理系统，实现畜禽舍环境多因素综合的优化控制，达到提高设施生产效率和经济效益目的的控制系统是我国畜禽养殖业的当前需要。
5.2高温恶劣环境下基于单片机的直流电机控制系统
电机控制系统是自动化应用中必不可少的环节，在很多领域得到广泛应用。然而在高温恶劣环境下，当遇到突发事件的时候，很多传统电器控制系统都无法可靠的运行，带来巨大的安全隐患和经济损失。电机控制系统的可靠反应成为安全生产活动的重要保障。
直流电机控制系统可以根据突发事件，进行智能控制，同时记录相关的事件和状态。单片机在完成数据处理和储存后，有时需要与PC 机（或其他智能设备）相连接，进行数据交换；而另些时候需要通过PC机（或其他智能设备）对控制系统的参数进行修改，通讯电路模块不可缺少。
六、适用于各种不同环境的监测系统的单片机研究
6.1基于单片机的多功能静电衰减测试仪
静电衰减时间常数是定量描述材料静电性能的重要物理量，能够通过测量静电衰减时间达到测量静电的目的，并依此来评价材料的静电起电规律及其静电防护的性能。虽然市面上的静电电荷衰减试验仪器种类比较繁多ll』，但是一般使被测试样带电的方式只有一种，只能用于评价某一类结构材料或者某一种带电方式下的静电性能，功能普遍单一。为了全面评价不同种类材料的防静电性能，需要利用不同的方法使被测试样带电，所以急需研制出具有通用性与精密性的多功能静电电荷衰减时间测试仪器。
静电衰减时间测量是通过某种方法使被测试样带电至稳定初始电位值后，撤除作用于被测试样的静电发生装置，然后将被测试样接地，使其开始放电，同时利用监测系统实时测量被测试样表面静电电位随时间变化的衰减信号，计算出电荷减少至设定终止电位的衰减时间，并以此为依据来评价被测材料的防静电性能。
采用温度补偿的方法，测量温度为24℃时的CO气体体积分数的误差为2．65％ ，如果不采用温度补偿，测量误差为4．53％。CO气体测量的误差为原来的58．50％。通过CO测量系统的温度自补偿，可以提高测量系统的温度稳定性，减小温度变化带来的温度附加误差。
6.2基于C8051F005 单片机的小电阻测试仪
在电路测试过程中常常会碰到由于忽略某些小电阻的影响引起实验数据与理论值之间存在较大误差，从而影响测试效果。例如电感器、变压器中往往存在铜电阻，地铁铁轨的电阻；由于其数值较小，一般的指针万用表无法测量出来；通常实验室里会用电桥进行测量，但电桥操作手续较烦，又不能直接读出被测电阻阻值。鉴于此，我们采用了单片机，利用单片机的优势设计了该测量仪。该测量仪可直接从LCD 显示屏上读出所测得的电阻值，测量范围为10μΩ～2.9999kΩ，同时可以把测试的数据进行储存，然后经串行口送入上位机，通过上位机的强大功能，可以对所测得的数据进行分析、处理。该测试仪的测量精度高达±0.1%，并采用四端测量法，电阻值不受引线长短及接触电阻的影响。不仅测量简便，读数直观，且测量精度、分辨率也高于一般电桥。可用于实验室、研究所，尤其适用于工作现场。
系统的主程序主要完成 C8051F005 单片机系统的初始化、设置系统时钟和中断字，调用键盘处理程序，根据不同的按键转入相应的服务程序，完成不同的功能，如数据的采集与处理、串行通信以及历史记录的查询。其中串行通讯子程序不仅可以将单片机存储的数据传送到PC 机进行处理分析，用户也可以根据情况从PC 机上设置待测数据多少以及测试时间的长短等。
6.3基于单片机的视觉检测系统运动平台的研究
计算机视觉技术是精密测试技术领域内最具有发展潜力的新技术之一，它综合运用了电子学、光学探测、图像处理和计算机技术。传统的检测手段已经不能满足现代工业生产对运动机构位移的检测要求，将机器视觉引入到工业检测中，实现了对物体的平丽或三维位置尺寸的快速测量，具有非接触性、速度快和柔性好等突出优点，在现代制造业中有着重要的应用前景。本系统的设计不仅需要实现单幅面的图像信息检测和测量，而且还要对大幅面的图像进行处理，而考虑到CCD的视野范围有限，如果调整视野范围，则处理的图像精度不高；若用高精度的CCD替代，则成本太高，故本系统拟采用大幅度检测和测量的X-Y运动平台。
触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、防尘防水、易于操作等特点，从而成为高性能仪器仪表理想的输入设备。工业控制中经常需要观察系统的运行状态或者修改运行参数，触摸屏能够直观、生动地显示运行参数和运行状态，而且通过触摸屏画面可以直接修改系统运行参数，人机交互性好。单片机广泛应用于工控领域中，与触摸屏配合，可组成良好的人机交互环境。
16位单片机80C196KC在视觉检测运动平台的设计中得到了很好的应用，本视觉检测平台结构简单，功能强大，它不但能对单幅面的图像信息进行检测和测量，而且其设备的高精度二维运动平台可以从不同位置对物体进行取像，由图像处理单元对图像实现高精度拼接后进行检测和测量，其拼接过程由软件自动完成二次精密校准和双重加权图像重建，图像的测量不再依靠平台运动的机械精度。
七、结束语
单片机在环境监测中的应用必将对人们的生活环境有着深远影响。因此，需要把单片机与环境监测互相利用起来达到环境监测的最好效果。
