智能机器人环境监测模块控制系统设计开题报告

环境监测是指环境监测机构对环境质量状况进行监视和测定的活动。环境监测是通过对反映环境质量的指标进行监视和测定，以确定环境污染状况和环境质量的高低。环境监测的内容主要包括物理指标的监测、化学指标的监测和生态系统的监测。环境监测是科学管理环境和环境执法监督的基础，是环境保护必不可少的基础性工作。环境监测的核心目标是提供环境质量现状及变化趋势的数据，判断环境质量，评价当前主要环境问题，为环境管理服务。

环境监测就是运用化学、物理、生物、医学、遥测、遥感、计算机等现代科技手段监视、测定、监控反映环境质量及其变化趋势的各种标志数据，从而对环境质量作出综合评价的学科。既包括对化学污染物的检测和对物理（能量）因子如噪声、振动、热能、电磁辐射和放射性等污染的监测；又包括对生物因环境质量变化所发出的各种反映和信息测试的生物监测，以及对区域群落、种群迁移变化进行观测的生态监测等。

环境监测的过程一般为接受任务，现场调查和收集资料，监测计划设计，优化布点，样品采集，样品运输和保存，样品的预处理，分析测试，数据处理，综合评价等。环境监测的对象：自然因素，人为因素，污染组分。环境监测包括：化学监测，物理监测，生物监测，生态监测。

环境监测的目的是准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据。

具体归纳为：

1．根据环境质量标准评价环境质量；

2．根据污染分布情况，追踪寻找污染源，为实现监督管理、控制污染提供依据；

3．收集本底数据，积累长期监测资料，为研究环境容量、实施总量控制和目标管理、预测预报环境质量提供数据；

4．为保护人类健康、保护环境，合理使用自然资源，制订环境法规、标准、规划等服务。

国外环境监测研究现状：环境监测是物联网应用的一个方向，欧、美、日等少数发达国家的研究起步较早，在环境监测方面拥有较多的技术方法和经验。基于物联网的环境监测系统融合了多种技术手段。从感知层来讲，美国哈佛大学和 BBN 公司合作开发的 CitySense 无线传感器网络系统，用于监测大气状况，可监测 CO2浓度、大气温度、大气湿度、风向、风速等环境数据。詹姆斯库克大学和澳大利亚墨尔本大学联合开发了以μ-node 和 iMote2 为硬件平台的 GBR 无线传感器网络应用系统，用于监测澳洲东北沿海的空气温度、湿度、风速、海水温度等参数；匈牙利的 JuditPadisa′k、Ga′bor Borics、IstvanGrigorszky 和 Eva Soroczki-Pinter提出用浮游植物监测湖泊生态状况。日本东京的 FumikoSatoh 和 Mayumi Itakura提出基于云计算的能量管理系统，根据全循环和输出排放的 XBRL 格式报告来规范排放量，进行环境管理。美国华盛顿哥伦比亚特区大学的 Byunggu Yu 等人提出面对数十亿的传感器及移动设备连接到互联网给计算机在可扩展性、可靠的管理和随着时间推移而产生的 EXA 规模的时间序列上带来了新的挑战和机遇，提出基于云计算的方法解决这个问题。目前物联网的发展还处在起步阶段，发达国家都在进行积极的研究，物联网的发展会成为各国提升竞争里的重要手段。

国内的环境监测研究现状：我国环境监测与国外相比起步较晚，但是物联网技术的发展并不落后。中国早在1999 年就开始对物联网核心传感网技术进行了研究，研发水平处于世界前列。国内多家研究院和大学正在开展传感器网络硬件节点的研究。例如，中国科学院计算技术研究所深联科技的“基于 ZigBee 无线通信协议栈的 GAINJ、GAINZ 等系列传感节点”：香港科技大学的“基于 Telos-B 平台的无线传感器网络节点”等。国内研究机构在理论研究方面，如对无线传感网络的网络协议、体系结构等方面，提出了许多具有创新性的思想与理论。将物联网技术应用到环境监测上来，是物联网一个典型的应用场景。2010 年 8 月 7 日发生在甘肃甘南藏族自治州舟曲县特大自然灾害泥石流，形成堰塞湖，造成人民群众生命和财产的严重损失。舟曲现有的预警系统（长江上游滑坡泥石流预警系统的一部分）由于种种原因造成预警失灵。传统滑坡监测主要是在现场布置固定的传感器或仪表，通过汇总人工定时读取的数据来得到滑坡的安全状况，这种检测手段难以及时甚至无法捕捉到滑坡临近失稳前最宝贵的信息，因此不可能及时准确地对滑坡状况进行预测报警。2010 年底，中国移动公司开发了“滑坡 GPS 自动化监测预警系统”。滑坡 GPS 监测系统由 3 部分组成：监测单元、数据传输和控制单元、数据处理分析及管理单元。这三个部分形成一个有机的整体，监测单元跟踪 GPS 卫星并及时采集数据，数据通过通信网络传输至控制中心，控制中心的 GPS 软件对数据处理并分析，实时形变监测。由于采用无线传输的方式，无线传感网络可以很方便地进行初期的部署，数据的传输也不会因为地形的改变而中断，因此非常适合用于山体滑坡现场的环境监测。这一系统彻底颠覆了传统滑坡监测，将会极大地保护人民群众的生命财产安全。2010 年 9 月 17 日，“感知太湖”项目一期建成，已初步实现了太湖水环境实时监控、太湖蓝藻泛滥监控预警、太湖水纹水质智能感知。“感知太湖”项目也是物联网技术在环境监测方面的典型应用。

物联网的发展为我国环境监测提供了新的技术手段，对提高我国环境监测能力和实现不同传感器厂家私有协议条件下的数据兼容，实现了传感器数据网络的接入。物联网技术被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮，应用创新是物联网发展的核心，本项目将物联网技术与呼伦湖流域生态环境监测相结合，通过现代通信技术、传感技术、网络技术、机器视觉实现水生态数据、土壤生态数据、气象数据和生物多样性数据的在线实时监测。

在环境监测工作中，使用机器人比纯人工有许多优势，可以大大减少成本以及提高监测的精度和效率，并且可以全天候进行监测和反馈。

本次课题，我将从自动化角度，主要从温度、湿度、PM2.5这三个方面着手。监测环境状况，并根据环境作出相应的反馈。

智能机器人环境监测模块是典型的自动化小设备，该设备不但可以提高用户的满意度还可以提升城市的形象。本课题从实际的角度出发，基于单片机（PLC或其他控制器）对智能机器人环境监测模块的控制系统进行设计，利用传感器采集环境信号，并将其转化为电信号，经处理送入单片机（PLC或其他控制器）来控制智能机器人的相关动作，该课题对实际应用具有指导意义。

我设计的智能机器人环境监测模块，系统由STC89C52单片机 LCD1602液晶显示屏 ADC0832模块 蜂鸣器 DHT11温湿度传感器 GP2Y1010AUOF粉尘传感器 LED 按键构成。

具体功能：

1、LCD1602液晶第一行显示当前的PM2.5值，第二行显示当前的温度和湿度值；

2、可以设置PM2.5、温湿度上下限报警值。共4个按键：复位按键、减键、加键、设置键；设定的参数具有掉电保存，保存在STC单片机的内部，上电无需重新设置；

3、当粉尘浓度值高于设定的报警值或温度湿度超出上下限范围，蜂鸣器和指示灯会发出声光报警；

4、当温湿度值低于或高于设定的范围时，相应的指示灯亮，蜂鸣器报警。

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（1）2022-10-27～2022-3-11 查阅相关技术资料，撰写开题报告。

（2）2022-3-12～2022-4-8 硬件功能分析，熟悉单片机（或其他）指令及编程语言。

（3）2022-4-9～2022-5-6 设计电路原理图，编制应用程序。

（4）2022-5-7～2022-5-20 系统调试及改进。

（5）2022-5-28～2022-6-4 整理毕业设计文档，撰写、修改毕业设计论文。

（6）2022-6-4～2022-6-7 提交毕业论文，准备答辩。