51单片机设计方案TOP10（四）

基于MCS-51单片机的实时在线环境监测系统

　　1 引言

　　基于GPRS和MCS-51单片机的数据采集器是一种实时在线环境监测系统，它采用分组无线业务GPRS将实时在线检测到的环境状况通过Internet传到环保部门监测信息处理中心，监测信息实时处理软件通过对采集来的数据进行整理分析，使环保机关足不出户即能掌握辖区监测点和污染源的监测指标信息，从而使环保机关的管理在机制上实现从人工化向信息化的转变，克服了过去对各项环境指标的检测主要靠环保人员到现场手工取样，带回实验室分析后再作出结论的周期长、效率低的问题;还可以提高对环境的监测频次，克服过去由于监测频次低，总结出来的环境质量和污染源监测信息可信度较低的问题。

　　2 监测系统的工作过程

　　整个系统的具体工作过程见图1。数据采集器单元将流量计、PH计、COD计等各个现场测量仪器输出的标准4~20mA的电流信号转变成数字信号，并对采集数据进行内部保存，然后通过GPRS模块采用无线传输方式发送给监控中心，由运行在监控中心计算机中的“监测信息实时处理系统”软件进行监测数据的集中处理和分析，监控中心人员就可以根据处理和分析后的数据了解采集点出的环境质量状况。

　　3 数据采集器硬件结构

　　采集器采用双CPU结构，主CPU专门负责与监测软件之间的数据通讯传输和量程设置及参数显示;从CPU专门负责各自通道的数据采集、转换及存储，这样可以避免各通道切换带来数据信号的干扰，保证数据测量的精确可靠。从CPU用两种方式(RS-485串行通讯方式及4～20mA电流环方式)来接收或转换各个在线监测仪器的数据(见图2)。从功能上，采集器电路划分为以下几个组成部分：

　　(1)单片机控制单元电路

　　单片机控制单元电路包括两片单片机AT89S52(分别用主CPU和从CPU表示)、高速1K双口静态RAMIDT7130、E2PROMAT24C512等器件。MASTERCPU主要用来控制、通讯(与上位机远程通讯，与SLAVECPU进行数据的接受和发送命令等通讯操作);SLAVECPU主要用来对采集来的数据进行数据转换，并与MASTERCPU进行数据传递。AT89S52内含8K的FLASH作为程序存储器。高速1K双口静态RAMIDT7130作为MASTERCPU和SLAVECPU通讯的共享RAM。

　　参数数据存储采用外部扩展一片64K的E2PROM(AT24C512)，用于数据存储，并根据需要将数据送去显示或上传。

　　(2)A/D转换电路

　　A/D转换电路采用MAX197,用于将监测仪器送来的4～20mA的模拟信号转换成数字信号送至单片机进行处理。MAX197芯片是美国MAXIM公司近年的新产品，是多量程(±10V,±5V,0～10V,0～5V)、8通道、12位高精度的A/D转换器。它采用逐次逼近工作方式，有标准的微机接口。三态数据I/O口用做8位数据总线，数据总线的时序与绝大多数通用的微处理器兼容。全部逻辑输入和输出与TTL/CMOS电平兼容。新型A/D转换器芯片MAX197与一般A/D转换器芯片相比，具有极好的性能价格比，仅需单一+5V供电，且外围电路简单，可简化电路设计。

　　在此采集器系统选用从CPU与其联接。使AT89C52的P0.0～P0.7与MAX197的D0～D7相连。P2.7作片选信号，MAX197的地址分配为7000H。选择MAX197为软件设置低功耗工作方式，所以置SHDN脚为高电平，本例采用内部基准电压，所以REF、REFDJ均通过电容接地。用P1.7脚用做判读高、低位数据的选择线，直接与HBEN脚相连。MAX197的INT脚与从CPU的P1.6相连，作为转换识别信号。

　　(3)通讯传输单元

　　由于环境监测点地理位置比较分散、偏僻、自然条件较差，采用有线传输需要架设专线，成本太高。无线传输因组网迅速灵活、建设周期短、成本低，特别适合条件差的野外使用环境和跨区域的应用。
1 引言

　　基于GPRS和MCS-51单片机的数据采集器是一种实时在线环境监测系统，它采用分组无线业务GPRS将实时在线检测到的环境状况通过Internet传到环保部门监测信息处理中心，监测信息实时处理软件通过对采集来的数据进行整理分析，使环保机关足不出户即能掌握辖区监测点和污染源的监测指标信息，从而使环保机关的管理在机制上实现从人工化向信息化的转变，克服了过去对各项环境指标的检测主要靠环保人员到现场手工取样，带回实验室分析后再作出结论的周期长、效率低的问题;还可以提高对环境的监测频次，克服过去由于监测频次低，总结出来的环境质量和污染源监测信息可信度较低的问题。

　　2 监测系统的工作过程

整个系统的具体工作过程见图1。数据采集器单元将流量计、PH计、COD计等各个现场测量仪器输出的标准4~20mA的电流信号转变成数字信号，并对采集数据进行内部保存，然后通过GPRS模块采用无线传输方式发送给监控中心，由运行在监控中心计算机中的“