【正文】 質(zhì)上看，環(huán)境保護(hù)是以減少或避免生態(tài)系統(tǒng)的破壞為終極目標(biāo)。對環(huán)境監(jiān)測，目前單純的理化指標(biāo)和生物指標(biāo)監(jiān)測存在很大的局限性，而生態(tài)環(huán)境監(jiān)測則可彌補(bǔ)傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測的不足。因此前者強(qiáng)調(diào) “ 局部剖析 ” ，只對大氣、水、土壤等中的化學(xué)毒物或有害物理因子進(jìn)行測定；而后者著眼于 “ 整體綜合 ” ，對人類活動造成的生態(tài)破壞和影響進(jìn)行測定。可以說，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測是生態(tài)保護(hù)的前提，是生態(tài)管理的基礎(chǔ)，是生態(tài)法律法規(guī)的依據(jù)。目前，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測已在全球范圍內(nèi)展開，但在我國才剛起步，基礎(chǔ)差，底子薄，相對落后，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，國家尚未制定技術(shù)規(guī)范。 本文主要結(jié)合國內(nèi)情況擬對生態(tài)環(huán)境監(jiān)測作全面介紹，以期大家共同努力來推動生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作在我國的開展。 雖然我國經(jīng)濟(jì)一直以來快速發(fā)展，但是在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時對環(huán)境的影響也日益擴(kuò)大，尤其是負(fù)面的影響。反過來生態(tài)環(huán)境的破壞也逐步威脅著我們?nèi)祟惖纳婧桶l(fā)展。為了更好的改善人類的生存環(huán)境、盡可能的避免環(huán)境進(jìn)一步惡化，對環(huán)境情況特別是與人類關(guān)系密切的環(huán)境參數(shù)如溫度和濕度的監(jiān)測無疑具有非常重要的意義。人類的生存和社會的活動與溫度、濕度，光線等環(huán)境因素的相關(guān)性越來越大，對環(huán)境參數(shù)進(jìn)行有效的實(shí)時監(jiān)測，已成為目前非常嚴(yán)峻的課題。 環(huán)境監(jiān)測是獲取環(huán)境信息，認(rèn)識環(huán)境質(zhì)量和評價環(huán)境好壞的重要手段，也是進(jìn)行環(huán)境監(jiān)督和環(huán)境治理等管理工作的主要信息來源和途徑。 健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是集傳感器技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)應(yīng)用為一體的綜合數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)，隨著自動控制技術(shù)、電子信息技術(shù)和大規(guī)模集成電路等技術(shù)近年來迅速的發(fā)展，許多西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)擁有很多先進(jìn)的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備與環(huán)境監(jiān)測手段。如果直接從外國購買這些現(xiàn)成的設(shè)備和技術(shù)，對于我國來說成本投入是比較高的，而且這些設(shè)備和監(jiān)測手段可能與我國復(fù)雜多變的氣候條件和具體的情況不相匹配，所以當(dāng)前不適合直接購買和應(yīng)用這些設(shè)備 和技術(shù)。 目前，我國的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)與這些國家相比還有較大的差距，但隨著我國科技實(shí)力的增強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提高，也先后開發(fā)了一系列的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。在這領(lǐng)域的進(jìn)展和提高還是比較大的。但是總體來說這些設(shè)備的技術(shù)水平仍有待提高。因此開發(fā)研制出適合我國現(xiàn)狀的低成本高性能的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，是一項(xiàng)非常緊迫的任務(wù)，也對提高我國現(xiàn)代化企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和加快我國的現(xiàn)代化水平具有非常重要意義。 國內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 發(fā)展現(xiàn)狀 近些年來我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人們的生活水平得到了很大的提高，但是與此同時工業(yè)化的發(fā)展 也給環(huán)境帶來的巨大的改變。近些年來京津地區(qū)的沙塵暴和森林覆蓋率的大量減少就是很好的證據(jù)。傳統(tǒng)上采用比較落后的人工環(huán)境監(jiān)測方法，但是這種方法的實(shí)時性差，受自然條件的限制比較大，而且對于突發(fā)的環(huán)境問題不能及時發(fā)現(xiàn)并且處理，不利于宏觀把握環(huán)境的變化情況。由于經(jīng)濟(jì)等因素我國目前還有很多地方使用傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測方法。 隨著技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升，我國的環(huán)境監(jiān)測水平也得到了一定的提高。在很多省份實(shí)現(xiàn)高速通信網(wǎng)絡(luò)的同時，環(huán)境監(jiān)測的參數(shù)和數(shù)據(jù)已經(jīng)能聯(lián)網(wǎng)的得到觀測和控制。硬件設(shè)備已經(jīng)得到很大的改善，傳統(tǒng)的人工報表已經(jīng)改成微 機(jī)控制系統(tǒng)。還有部分省市已經(jīng)采用自動的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，能更加及時和準(zhǔn)確的反饋數(shù)據(jù)。但是由于我國幅員遼闊，監(jiān)測終端的需求量很大，并且環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)功能還不是很完善，數(shù)據(jù)的綜合分析能力也有待提高。國內(nèi)產(chǎn)品較之國外技術(shù)還顯得比較薄弱。 主要表現(xiàn)在： l、目前市場上同類產(chǎn)品存儲空間有限。且基于單片機(jī)終端操作的，很少具有實(shí)時通信的功能，這對于遠(yuǎn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸要求的單位的使用是不方便的。 現(xiàn)有的產(chǎn)品在數(shù)據(jù)輸出僅支持點(diǎn)對點(diǎn)通訊且速度慢、距離短、且仍受地域限制。健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 且不能滿足大數(shù)據(jù)量多通道的實(shí)時數(shù)據(jù)的傳輸?shù)墓δ堋? 產(chǎn)品的現(xiàn)場安裝受使用環(huán)境所限，環(huán)境應(yīng)用適用性差、測控手段單一。很難進(jìn)行遠(yuǎn)距離的監(jiān)控和報警。 產(chǎn)品只用液晶、 LED等方式簡單顯示，使操作無法進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)雜實(shí)用的數(shù)據(jù)分析、讀取、按需數(shù)據(jù)圖形打印。 設(shè)備性能不高，難以適應(yīng)要求較高的場合。如測量溫度范圍低，難以滿足超高溫，超低溫的要求。 目前國外的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域，并發(fā)展的比較完善。許多國家的環(huán)境參數(shù)監(jiān)控點(diǎn)已經(jīng)分布在各個地區(qū)，技術(shù)上也很先進(jìn)，能夠監(jiān)測溫度、濕度、光線和水位等多個環(huán)境參數(shù)。部分產(chǎn)片還使用了衛(wèi)星等技術(shù)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測。歐洲的一些國家各國之間以網(wǎng)絡(luò)為核心進(jìn)行合作，已經(jīng)能對歐洲環(huán)境的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢作出及時的有效判斷的預(yù)測，并根據(jù)此采取必要的措施來保護(hù)環(huán)境。一些美國的公司利用空間技術(shù)，利用太空的衛(wèi)星能把地面的情況特別是大氣的監(jiān)測數(shù)據(jù)做成圖像完整的傳回地面監(jiān)測，科學(xué)家的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。 令人可喜的是我國的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)正朝著現(xiàn)代化和高技術(shù)含量方向發(fā)展。目前在某些領(lǐng)域也把衛(wèi)星技術(shù)、遙感技術(shù)和 GPS 等技術(shù)廣泛應(yīng)用于環(huán)境的監(jiān)測。在網(wǎng)絡(luò)方面利用無線傳輸、 P 寬帶網(wǎng)絡(luò)和 GPRS、 INTERNET 等多種傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與處理。可以在對環(huán)境指數(shù)的采集 、分析、整理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)環(huán)境發(fā)展的預(yù)測。 發(fā)展趨勢 近年來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊理論等人工智能方法在國外溫室環(huán)境控制技術(shù)中得到重視并逐步發(fā)展，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法應(yīng)用較廣。另外，采用多個環(huán)境因子綜合考慮的多因子控制方式替代現(xiàn)行的單個環(huán)境因子分別考慮的單因子控制方式也是研究的一個重要方向。目前在溫室環(huán)境控制系統(tǒng)中，分布式系統(tǒng)是主要發(fā)展方向，系統(tǒng)中不存在一個控制中心，主要控制功能由各分布的子處理器完成。各個溫的控制功能一般由單片機(jī) (子處理器 )完成， PC 機(jī)作為主處理器，僅實(shí)現(xiàn)輔助功能，脫離主處理器，整 個控制系統(tǒng)仍可工作。分布式控制方式具有價格低、控制靈活、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，將在以后很長一個時期內(nèi)廣泛應(yīng)用于溫室環(huán)境控制系統(tǒng)中。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，可以通過 Iniemet 進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或診斷，在辦公室通過網(wǎng)絡(luò)對溫室設(shè)備進(jìn)行操作，達(dá)到減輕生產(chǎn)人員勞強(qiáng)度、提高設(shè)備利用效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。 健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 本課題主要工作 本設(shè)計可實(shí)時測量某一具體空間中任意一點(diǎn)的溫度、濕度數(shù)據(jù)以及光線狀況，能在小型終端設(shè)備的 LCD 上顯示，還能通過串口通信在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)的顯示、分析和圖形打印等功能。可以定時地將數(shù)據(jù)自動地打印出來供隨時 監(jiān)管或存檔。其中，上位機(jī)軟件的主要功能如下： 歷史數(shù)據(jù)查詢功能：對以往的歷史數(shù)據(jù)可以進(jìn)行查詢和分析，并用圖表的方式顯示環(huán)境的發(fā)展趨勢。 動態(tài)記錄顯示功能：能夠連續(xù)實(shí)時的采集和記錄監(jiān)測空間內(nèi)溫度、濕度、光線狀況等參數(shù)的情況，以數(shù)字和表格方式進(jìn)行實(shí)時顯示和記錄監(jiān)測信息。 數(shù)據(jù)存儲功能：所有的數(shù)據(jù)采集和記錄到計算機(jī)上，按要求記錄溫、濕度以及光線狀況表格，可以定時自動保存、備份等。 打印功能：按要求打印某個點(diǎn)溫、溫度、光線狀況表格，自動定時打印和手動人工打印畫面及參數(shù)報表。 健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第二章 系統(tǒng)設(shè)計總體方案 監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由環(huán)境參數(shù)采集單元 (包括溫度、濕度、光照度傳感器及信號調(diào)理電路 )、單片機(jī)、液晶顯示模塊、 PC 機(jī)、傳輸設(shè)備以及電源組成。結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 監(jiān)測終端的設(shè)計 監(jiān)測終端組成框圖如圖 22所示，該終端以單片機(jī)為核心，由各種傳感器、 A／ D轉(zhuǎn)換器、液晶顯示模塊、串行口輸入／輸出端口等構(gòu)成。環(huán)境參數(shù)經(jīng)信號采集電路和A／ D轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)，經(jīng)處理后在液晶 上實(shí)時顯示，然后通過串口傳輸給上位機(jī)。 上位機(jī) 噴灌系統(tǒng) 天窗電機(jī) 排風(fēng)扇 顯示器 1602 單 片 機(jī) A/D轉(zhuǎn)換器 溫度傳感器 濕度傳感器 光線傳感器 繼電器控制 健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 圖 22 監(jiān)測終端組成框圖 通信方式的選擇 串口是計算機(jī)上通用設(shè)備通信的協(xié)議端口，現(xiàn)在大多數(shù)計算機(jī)包含串口。串口通信的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過使用和發(fā)展已經(jīng)有很多中，但基本都是在 RS232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上改進(jìn)形成的。但是 RS232標(biāo)準(zhǔn)只針對于點(diǎn)對點(diǎn)的單通道數(shù)據(jù)傳送，在此基礎(chǔ)上形成 RS485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)和雙向通信能力。這個標(biāo)準(zhǔn)傳輸信號具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可以達(dá)到更大的傳輸距離和更高的傳輸效率。由于上位 機(jī)只有一臺，而需要通信的下位機(jī)有多臺，因此不一定能夠跟每個下位機(jī)同時及時的通信，所以為了更好的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，需要用排隊(duì)理論來合理的設(shè)計和控制傳輸，使數(shù)據(jù)的傳輸更及時和有效，提高系統(tǒng)的通信能力。排隊(duì)理論就是利用概率論和隨機(jī)理論，研究隨機(jī)系統(tǒng)內(nèi)服務(wù)與需求之間的關(guān)系，以便合理地設(shè)計和控制排隊(duì)系統(tǒng)。 在所研究的系統(tǒng)中，某一下位機(jī)請求與上位機(jī)通信，當(dāng)上位機(jī)空閑時，立即響應(yīng)請求，當(dāng)上位機(jī)忙時，不能立即響應(yīng)該請求。呼叫持續(xù)等待是一個有限的時間，若某一等待響應(yīng)的呼叫超過規(guī)定的等待時間還沒有響應(yīng)則該下位機(jī)掛斷，等待幾分鐘后 再發(fā)送請求。各下位機(jī)的地位一樣時，相應(yīng)的規(guī)則采用先到先服務(wù)的形式。服務(wù)時間為一次傳送數(shù)據(jù)的通信時間。由于多路請求是隨機(jī)的，并且相互之間完全獨(dú)立，但對整個系統(tǒng)而言，各下位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)都能送入上位機(jī)中。 傳感器 傳感器 信號采集A/D 轉(zhuǎn)換 液晶顯示 微處理器 計算機(jī)串口 上位機(jī) 健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 目前串口是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議端口，也用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。串口通信的概念非常簡單，串口按位發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)的并行通信慢，但是由于串口通信是異步的，可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)，其他線用于握手。 健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第三章 上位機(jī)開發(fā)環(huán)境與主 要技術(shù) 上位機(jī)開發(fā)平臺 Delphi 是著名的 Borland 公司開發(fā)的可視化軟件開發(fā)工具。 Delphi 系列軟件的工作平臺相當(dāng)廣泛，可以工作于 Windows9 Windows9 WindowsNT、 Windows2021以及 Windows XP 下，編程所用的語言為 Object Pascal 語言。 Object Pascal 語言具有高度清晰的結(jié)構(gòu)，高效率的優(yōu)化系統(tǒng)，是一種簡單易學(xué)，但又不乏其作為優(yōu)秀編程語言的特點(diǎn)。 Delphi 具有簡單、高效、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。和 VC 相比， Delphi 更簡單、更易于掌握， 而在功能上卻絲毫不遜色；和 VB 相比， Delphi 則功能更強(qiáng)大、更實(shí)用。由于Delphi 同時兼?zhèn)淞?VC 功能強(qiáng)大和 VB 簡單易學(xué)的特點(diǎn)，因此它成為了程序員至愛的編程工具。 Delphi 的主要特性如下： 1） Delphi 是 32 位應(yīng)用程序，使用它可以開發(fā)出各種功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序； 2） Delphi 的編譯器是目前世界上最快的 32 位本地代碼編譯器，使用這種編譯器產(chǎn)生的運(yùn)行文件（ EXE）是獨(dú)立的，不需要鏈接運(yùn)行時的解釋器 DL； 3） Delphi 可充分發(fā)揮 Windows95/98/2021/NT 和 Windows NT 的強(qiáng)大功 能； 4） Delphi 提供了多種 32 位可視組件； 5） Delphi 是一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言，因此可做到對可視窗體的繼承； 6） Delphi 采用三層數(shù)據(jù)庫管理模式（數(shù)據(jù)層、對象層、應(yīng)用程序?qū)樱?，把例如?shù)據(jù)模型、業(yè)務(wù)規(guī)則、窗體和對象等集中存儲在對象存儲庫中； 7）應(yīng)用程序可通過在 Delphi 中使用 Borland 公司提供的數(shù)據(jù)引擎（ BDE）功能從而毫無障礙地使用多種數(shù)據(jù)庫，例如 Oracle、 Sybase 等； 8）使用 Delphi 提供的數(shù)據(jù)庫瀏覽器。 數(shù)據(jù)庫方案的實(shí)現(xiàn) 目前常用的數(shù)據(jù)庫有 Oracle、 SQL、 Server、 Access和 Mysql等，下面對這幾個主流的數(shù)據(jù)庫各自特點(diǎn)簡單介紹。 Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，支持大型多用戶數(shù)據(jù)系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫和分布處理，具有可移植性和兼容性，一般用在大型事務(wù)處理及客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的應(yīng)用系統(tǒng)，但價格昂貴，不適合一般開發(fā)應(yīng)用。 SQL Server是基于服務(wù)器端的中型的數(shù)據(jù)庫，可以適合大容量數(shù)據(jù)的應(yīng)用，在處理海量數(shù)據(jù)的效率，后臺開發(fā)的靈活性，可擴(kuò)展性等方面強(qiáng)大；是真正的客戶機(jī)／服健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，圖形化用戶界面，使系統(tǒng)管理和數(shù)據(jù)庫管理更加直觀、簡單；豐 富的編程接口工具，為用戶進(jìn)行程序設(shè)計提供了更大的選擇余地：對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，使用戶能夠很容易地將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)頁上。 Mysql是一個開放源碼的小型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，目前被廣泛地應(yīng)用在Intemet上的中小型網(wǎng)站中。由于其體積小、速度快、總體成本低，尤其是開放源碼這一特點(diǎn)，許多中小型網(wǎng)站為了降低網(wǎng)站總體擁有成本而選擇了 Mysql作為網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。Mysql可以支持 Windows、 UNIX、 Linux和 SUN OS等多種操作系統(tǒng)平臺。