CN201716308U - 基于嵌入式系统的水质在线监测系统 - Google Patents

Abstract

一种基于嵌入式系统的水质在线监测系统，整体采用模块化、分体式设计，由处理模块、存储模块、监测模块、通讯模块、供能模块和其它扩展模块构成，具有良好的扩展能力与可复用能力。采用高效能的嵌入式解决方案和多种通讯技术，使系统的适用范围广。可以组网运行，采用分布式结构，基于GIS地理信息系统进行统一监控与管理。

Description

基于嵌入式系统的水质在线监测系统

所属技术领域

本技术属于环境保护中对水体水质的在线监测

背景技术

近年来，随着信息技术的发展，学科间联系日益密切，同时人们对水体水质的自动在线监测的需求日益提高。现有技术中，已有利用GSM/GPRS进行监测数据传输的实例，但在某些欠发达地区并无GSM/GPRS信号覆盖，因此，现有技术存在一定的局限性。现有技术中，有利用单片机进行控制系统的实例，但单片机扩展、数据处理的性能较弱，限制了技术的应用与升级。

发明内容

本发明要解决的技术问题：

现有的水质在线监测系统，多基于GSM/GPRS无线通讯设计，没有考虑到无GSM/GPRS信号覆盖时的情况。现有的水质监测系统，多基于单片机或PC机进行数据处理，单片机的体积小，耗电少，但数据处理能力弱，不方便扩展；PC机数据处理能力强、扩展能力强，但体积大，耗电多，成本高。本发明为基于嵌入式系统的水质在线监测系统，图1中2为处理模块，基于嵌入式系统，数据处理能力强，扩展能力强，体积小，耗电少；图1中4为通讯模块，负责系统与外界通信，采用多种通讯模式混合，保证了系统最大的适用范围。

本发明采用的技术方案：

本发明为基于嵌入式系统的水质在线监测系统，是由处理模块、存储模块、通讯模块、供能模块、监测模块及其它扩展模块组成。整个系统采用模块化、分体式设计，亦可根据不同需要进行组合。各模块间的拓补结构如图1所示，2为处理模块，基于嵌入式系统开发，通过标准通信协议与1储存模块、3监测模块、4通讯模块及6其它扩展模块互相通信，1储存模块、2处理模块、3监测模块、4通讯模块、6其它扩展模块与5供能模块相连，5供能模块为整个系统运行提供能量。系统运行时，由3监测模块对水体水样检测，检测结果传输至2处理模块，由2处理模块判别水体水质是否发生异常，并可记入动态模型对水体情况进行动态分析。原始检测数据附加时间戳后，一并存入1存储模块，1存储模块的主要部分为可移动的存储介质，方便工作人员取走进行分析。所有数据在存入1存储模块时，2处理模块同时将其发送至4通讯模块，并按照已设定好的程序进行有线和/或无线传输。4通讯模块亦可接受远程指令，对监测系统进行控制。5供能模块为整个系统供能，5供能模块可采用多种供能方式，包括并不限于太阳能、电网供电、电池等。5供能模块内建储能单元，可以储存电能，不间断供电，以防止因意外停止供电而造成系统数据无法正确保存及传输。系统具有良好的扩展能力，针对不同的任务需求，可以选配不同的扩展模块。

系统的2处理模块基于ARM或飞思卡尔平台开发，采用嵌入式Linux系统，利用C语言进行程序开发。3监测模块可采用各种自动化采样设备，存在两种拓补模型，为提高冗余度可采用如图2所示的连接方案，每个采样、监测设备各自连接一个模/数转换器(如果必要)与连接适配器，然后与处理模块相连；为降低成本可采用如图3所示的连接方式，所有采样、监测设备共用一个模/数转换器(如果必要)与连接适配器，然后与处理模块相连。4通讯模块可同时或分别使用有线以太网络、光纤、GSM/GPRS/EDGE、3G、卫星通讯的一种或几种，完成系统与外界通信。5供能模块可同时或分别使用太阳能、电网供电、电池等供能方式的一种或几种，并内建储能单元(或称UPS电源)，具有不间断工作的能力。1存储模块使用闪存等介质储存信息。执行某些任务时，可选择安装其它扩展模块，如GPS模块，防盗模块，运动模块等。

本系统可以多个组网使用，基于GIS地理信息系统进行统一监控与管理，每个系统拥有唯一的识别代码，相互传递数据并保存。网络采用分布式结构，每一个系统既是主控端也是被控节点，可以自动替换问题节点，保障多系统正常运行。

采用本发明的有益效果：

本系统采用模块化、分体式的设计，针对不同的任务情况可采用不同配置，配置灵活，适用面广。系统内、外通信采用标准工业协议，可扩展能力强；系统大量采用标准、通用零件，可复用能力强。嵌入式系统的功耗低，数据处理能力强，低碳环保。系统采用分体式设计，方便维护。

附图说明

图1是基于嵌入式系统的水质在线监测系统的原理图，标号1为存储模块，2为处理模块，3为监测模块，4为通讯模块，5为供能模块，6为其它扩展模块。

图2、图3均为监测模块的拓补原理图，标号1为各种检测仪器，2为模/数转换器，3为连接适配器。

具体实施方式

处理模块基于ARM系统开发，运行嵌入式Linux系统，使用C语言编程。监测时，由处理模块发出指令，监测模块获取信息后报告处理模块，处理模块实时将水样数据通过通讯模块向外传送，并同时记入存储模块。同时，处理模块把水质信息记入动态模型中进行动态分析，发现水质异常时通过通讯模块向外界报警，并将警告信息写入存储模块。处理模块每天汇总一次系统状态信息，通过通讯模块向外发送并记入存储模块。供能模块为整个系统的整个过程提供能量。

多系统组网时，各个系统接收其它系统的数据和系统情况，对其它系统的监测数据进行保存，并分析其它系统的状态信息，若发现及时向外界报警，并自动替换故障节点。

Claims (5)

1.一种基于嵌入式系统的水质在线监测系统，由处理模块、监测模块、通讯模块、供能模块、存储模块及其他模块构成，其特征是：以处理模块为中心，除供能模块外，采用集中式结构，监测模块、通讯模块、存储模块等各扩展模块与处理模块之间双向通信。

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的水质在线监测系统，其特征是：监测模块内部采用模块化设计，通过标准接口与处理模块相连。

3.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的水质在线监测系统，其特征是：通讯模块可采用有线和/或无线方式与外界通信。

4.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的水质在线监测系统，其特征是：供能模块可同时采用多种方式供电，并附带储能单元。

5.根据权利要求1所述的基于嵌入式系统的水质在线监测系统，其特征是：存储模块采用可移动介质进行数据存储。 

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