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摘 要

环境监测数据采集控制仪是一个专门针对环境污染而开发的数据采集和传输设备。环境监测数据采集仪发挥着在环保部门监控中心和污染源监控现场端之间承上启下的作用，是污染源监控系统的重要组成部分。数据采集传输仪的作用主要是将污染源排放口的自动监测数据进行采集、汇总、存储，并将自动监测数据传输到各地环保控制中心，且将监控中心的控制命令传输到自动监测仪器上。

本文设计了一种以ARM单片机为核心,采用GPRS及以太网作为无线、有线传输方式的环境监测数据采集控制仪，此设备通过模拟量采集模块与传感器进行通信实现数据采集，然后通过GPRS模块和以太网模块把传感器数据发送到控制中心。本文首先介绍了环境监测数据采集控制仪的研究背景和发展现状，然后重点介绍了环境监测数据采集传输仪的硬件组成，并设计了电源模块、单片机最小系统、GPRS模块、以太网模块等模块的硬件电路，最后对此数据采集仪的技术优势和潜在应用做了分析和展望。

关键词：ARM；单片机；GPRS；以太网；数据采集；串口通信

The hardware design of Environmental monitoring data acquisition and control instrument

Abstract

Environmental monitoring data acquisition and control instrument is a specially developed for environmental pollution data acquisition and transmission equipment.Environmental monitoring data collection instrument plays a side connecting role between environmental protection and pollution monitoring department monitoring center field ,it is an important part of pollution monitoring system.Data collection instrument is primarily the role of the transmission will automatically outfall pollution monitoring data collection, compilation,storage,and transmission of data to the automatic monitoring of environmental control center over the country,and will transmit control commands of the control center to the automatic monitoring equipment.

This paper presents a cable transmission and monitoring of environmental data acquisition and control device with ARM core,GPRS and Ethernet as wireless, this device communicate to sensor through the serial port and to achieve data acquisition , and then through the GPRS module and Ethernet module sends the sensor data to the control center.This paper first introduces the basics of environmental monitoring data acquisition and control hardware components of the instrument,and then focuses on the design of the hardware part of the environmental monitoring data collection and transmission apparatus, and finally analysis and prospects the advantages and potential applications of this technology data collection instrument .

Key words: ARM; MCU; GPRS; Ethernet;data acquisition; serial communication

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1国内环境污染现状 1

1.2 污染源数据采集仪的国内外研究现状 1

1.3 环境监测数据采集控制仪的功能概述 4

1.4 本文主要工作 5

第二章 系统通讯协议及芯片介绍 6

2.1串行接口通信 6

2.2 SPI通信 7

2.3部分芯片介绍 7

第三章 系统的电路设计及模块简介 10

3.1 系统硬件电路 10

3.2 CPU模块—STM32F107 10

3.2.1 STM32F107简介 10

3.2.2 STM32F107的特点 10

3.2.3 STM32F107 的相关参数和性能 11

3.2.4 STM32F107原理图及外围电路 11

3.3 电源电路设计 12

3.4 输入模块 13

3.4.1 按键模块设计 13

3.4.2 模拟量采集电路设计 14

3.4.3 开关量采集电路设计 15

3.5 通讯模块 16

3.5.1通讯接口RS232电路设计 16

3.5.2 通讯电路GPRS设计 18

3.5.3 以太网传输模块设计 19

3.6 显示模块设计 21

3.6.1 TFT LCD简介 21

3.6.2 TFT LCD的特点 21

3.6.3 TFT LCD的控制芯片及其引脚功能 21

3.7 存储模块 22

3.7.1 W25X16 Flash存储的特点 22

3.7.2 W25X16的引脚介绍 23

3.8 调试电路JTAG设计 24

第四章 电路板（PCB）设计 25

4.1PCB设计流程 25

4.2 PCB布线注意事项 26

4.3硬件PCB图 27

结语 29

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1国内环境污染现状

伴随着中国粗放式制造业扩张达到极限，中国的世界工厂地位奠定。然而，在人均GDP达到5000美金这一中等发达水平的时候，中国同时也进入了环境压力高峰。2012年入冬以来的全国性雾霾天气，再清楚不过地揭露了中国环境污染的严重程度和生态的极端脆弱性^[1]。

1.2 污染源数据采集仪的国内外研究现状

世界各国在近20年来都将先进的化学分析手段、自动控制技术和计算机控制技术当作发展环境监测技术的重要手段。其中日本以及一些西方发展比较快的国家更为重视,他们不断的投入大量资金，用来研发环境数据监测设备并运用先进的电子设备以提高其自动化水平和数据处理效率，有些国家已经建立了完善的环境监测系统并且投入社会运行^[2]。

我国的环境监测研制工作起步晚,起点低,人力、物力投资均不足,长期以来不能满足环境管理的要求,严重地影响环境管理的监控力度。要治理污染,首先就要搞好监测,单靠人工监测远远满足不了需要,而且现代环境监测更需要的是连续性和自动化监测仪器。在国产仪器中,大气监测类的占有率在70%左右,水质检测件事类的占有率在60%左右,这些仪器大多是上世纪80年代的水平,不能适应现在社会的发展需要；我国现在使用的检测仪器大多是进口仪器,但是进口仪器完全不能满足我国如此恶劣的环境现状^[3]。

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