CN203117761U - 基于arm单片机的多参数水质监测测控系统 - Google Patents
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Abstract
基于ARM单片机的多参数水质监测测控系统，包括：嵌入式数据处理系统，单片机控制系统，人机交互系统；所述单片机控制系统连接嵌入式数据处理系统，所述嵌入式数据处理系统连接人机交互系统；嵌入式数据处理系统包括嵌入式微处理器，所述嵌入式微处理器连接光谱信号采集卡，光谱信号采集卡连接CCD探测器；所述嵌入式微处理器通过无线模块与上位机通讯连接；所述单片机控制系统包括单片机，单片机用于对样品检测室内样品与试剂反应体系的流路进样、自动搅拌、自动恒温、自动清洗、光源开关控制。本实用新型测控系统，基于微型光谱仪的微小型多参数水质监测仪，以Linux为操作系统，针对现有大型水质监测仪器在测控系统设计方面的技术不足而设计。
Description
技术领域
本实用新型一种基于ARM单片机的多参数水质监测测控系统，属于光谱水质监测技术领域。
背景技术
基于光谱分析的多参数水质监测仪器集光机电算于一体的高精密检测设备，其测控系统是仪器设计的关键支撑技术。需满足在线水质监测仪器的多功能系统集成、多参数快速监测和智能化、便携化、操作简便的技术要求。而传统基于PC机的水质监测仪器测控系统体积大、成本较高，而且单就功能实现而言，本质上造成了许多硬件与软件资源的不必要浪费。因而，为满足现代水质监测对监测仪器低成本、小体积、多功能、移动便携的技术要求，基于嵌入式技术和单片机控制技术的水质监测测控系统是满足现代水质监测与预警网路要求技术发展趋势。
发明内容
针对现有大型水质监测仪器在测控系统设计方面的技术不足，本实用新型提供一种基于ARM单片机的多参数水质监测测控系统，基于微型光谱仪的微小型多参数水质监测仪，以Linux为操作系统，是一种基于单片机控制与ARM嵌入式技术的多参数水质监测测控系统。
本实用新型的上述目的是通过这样的技术方案来实现的：基于ARM单片机的多参数水质监测测控系统，包括：嵌入式数据处理系统，单片机控制系统，人机交互系统；所述单片机控制系统连接嵌入式数据处理系统，所述嵌入式数据处理系统连接人机交互系统；嵌入式数据处理系统包括嵌入式微处理器，所述嵌入式微处理器连接光谱信号采集卡，光谱信号采集卡连接CCD探测器；所述嵌入式微处理器通过无线模块与上位机通讯连接；所述单片机控制系统包括单片机，单片机用于对样品检测室内样品与试剂反应体系的流路进样、自动搅拌、自动恒温、自动清洗、光源开关控制；所述人机交互系统包括触摸屏，所述触摸屏连接嵌入式微处理器。
所述嵌入式微处理器为SAMSUNG S3C240A微处理器，内设Linux操作系统。
所述单片机采用AT89C55型单片机。
所述LCD触摸屏采用Qt/Embedded开发环境，采用面向对象编程技术设置图形用户界面。
本实用新型一种基于ARM单片机的多参数水质监测测控系统的有益效果如下：
1）、基于嵌入式操作系统的专门的水质测试软件是一个重要的发展方向。不仅满足微型化、便携化要求，而且界面友好，功能完善。
2）、嵌入式测控系统具有优良的跨平台特性，可集成多种嵌入式设备，开发方便，满足多参数水质监测仪的测控技术要求，便于现代水质监测仪器多功能系统集成的实现。
3）、嵌入式测控系统极大降低了多参数水质监测仪器的设计成本，便于批量化生产。
4）、嵌入式测控系统操作简便，功能完善，满足便于水质参数快速在线检测的实际要求，并适合野外多类水质监测的现场应用。
附图说明
图1本实用新型测控系统原理框图。
图2是本实用新型测控系统嵌入式软件总体方案。
图3是本实用新型测控系统的数据采集系统模块。
图4是本实用新型测控系统应用程序总体逻辑结构。
图5是本实用新型测控系统GUI原理图。
图6 是本实用新型测控系统工作流程。
具体实施方式
基于ARM单片机的多参数水质监测测控系统，包括：嵌入式数据处理系统，单片机控制系统，人机交互系统。所述单片机控制系统连接嵌入式数据处理系统，所述嵌入式数据处理系统连接人机交互系统。嵌入式数据处理系统包括嵌入式微处理器，所述嵌入式微处理器连接光谱信号采集卡，光谱信号采集卡连接CCD探测器。所述嵌入式微处理器通过无线模块与上位机通讯连接。所述单片机控制系统包括单片机，单片机用于对样品检测室内样品与试剂反应体系的流路进样、自动搅拌、自动恒温、自动清洗、光源开关控制。所述人机交互系统包括LCD触摸屏，所述LCD触摸屏连接嵌入式微处理器。
所述嵌入式微处理器为SAMSUNG S3C240A微处理器，内设Linux操作系统。所述单片机采用AT89C55型单片机。所述LCD触摸屏采用Qt/Embedded开发环境，采用面向对象编程技术设置图形用户界面。
如图1所示，多参数水质监测仪运作时，基于ARM单片机的多参数水质监测测控系统，的完整工作流程如下所述：
被测水样与所检水质参数对应的检测试剂通过仪器流路系统，按一定的体积比高精度定量进入样品反应检测室，在样品反应检测室内完成样品的在线前处理与光谱检测一个完整的检测过程，其中，嵌入式数据处理系统通过串口调用单片机控制程序，实现对样品检测室内样品与试剂的精确加样、以及样品与试剂反应体系的自动恒温、高效搅拌等在线化学前处理的进程控制。当反应达到相应的平衡状态时，嵌入式数据处理系统采集光谱仪的输出数据，并根据相应的算法处理数据，获取被测水样中所检水质参数，如：六价铬的浓度信息。此后，嵌入式数据处理系统又再调用单片机控制程序，完成对样品检测室排废清洗的控制。清洗过程完后，根据实际测控需要，以进行下一个水质参数，如：铅的检测。该测控系统通过无线模块与上位机进行信号通讯，实现上位机对仪器工作的远程监控。
如图2所示， 针对多参数水质监测仪器测控系统设计以及仪器低功耗、微型化、便携化的技术要求。嵌入式测控软件系统应具有操作灵活、系统稳定、使用方便和便于升级等特点。为此，选择嵌入式Linux进行软件开发，提出了基于Linux的嵌入式软件系统，主要由嵌入式Linux软件开发平台、设备驱动软件以及应用程序。包括数据库、图形用户界面与测试流程组成。其中，嵌入式Linux软件开发平台由引导程序vivi、Linux2.6.14内核移植、文件系统的建立三部分组成。
测控系统驱动程序设计主要包括LCD驱动、触摸屏驱动、串口驱动、数据采集驱动的设计和移植。其中测控系统数据采集模块参见图3，测控系统数据采集模块是整个软件系统的关键，由CCD探测器、光谱信号采集卡和嵌入式处理器SAMSUNG S3C2410A处理器组成。信号采集卡主要由A/D转换芯片、LPC2148芯片构成。A/D芯片将CCD探测器输出的模拟信号转换为数字信号；LPC2148的功能是产生包括移位脉冲、积分时间控制信号在内的CCD驱动时序，光谱数据的缓存和与SAMSUNG S3C2410A处理器的通信以及光谱数据的传输，是整个采集系统模块的核心部分。同时，用户应用程序通过调用采集驱动，以产生采集卡所需的各种控制信号。
如图4所示，应用程序主要由图形用户界面、测量程序、数据库等组成。在应用软件开发采用模块化程序设计法，根据系统功能将整个应用程序系统划分为若干个功能相对独立的模块，包括参数编辑、调试试验、用户测试、配置调试等模块。对各个程序模块分别进行设计、编程和调试，最后把各个调试好的程序模块优化整合成一个完整的程序。其中测控系统图形用户界面设计原理与测量程序流程分别参见如图5所示和图6所示。
图6中流程图中：参数1：COD，参数2：总磷，参数3：氨氮，参数4：六价铬，参数5：铅离子，参数6：AS，参数7：总酚，所述七个参数按顺序全部检测，也可以选择性检测。
工作原理：
本实用新型一种基于ARM单片机的多参数水质监测测控系统，结合基于微型光谱仪的多参数水质监测仪的技术要求，设计了基于单片机控制与ARM嵌入式信号处理的多参数水质监测仪测控系统。该测控系统以SAMSUNG S3C240A的微处理器，该微处理器除了完成对光谱仪输出信号的处理之外，还通过与单片机之间的通信，实现对光源开关、流路进样以及样品室的自动恒温、搅拌以及清洗排废等功能的控制。测控系统控制多参数水质监测仪运作，并通过无线发送模块与上位机进行信号通讯，实现上位机对仪器工作的远程监控。
本实用新型采用AT89C55型单片机，围绕样品检测室内样品与试剂反应体系的进样、搅拌、恒温、检测、清洗等具体控制技术要求，通过相应的控制程序实现对光源开关、流路进样以及样品室的自动恒温、搅拌以及清洗排废等功能的控制。
本实用新型中ARM嵌入式技术ARM嵌入式主板及Linux操作系统的测控软件系统，以S3C2410A微处理器为核心主控制器，采用Linux-2.6内核技术，搭建了基于嵌入式Linux的多参数水质监测微系统的测控软件平台；根据系统外围设备要求，设计、移植了LCD驱动、触摸屏驱动、串口和数据采集等相关设备驱动程序；利用Qt/Embedded开发环境，采用面向对象编程技术设计了图形用户界面；根据相应的测试方法和数据处理算法，优化了多参数水质监测的测量流程与数据处理。
Claims (3)
1.基于ARM单片机的多参数水质监测测控系统，包括：嵌入式数据处理系统，单片机控制系统，人机交互系统；
所述单片机控制系统连接嵌入式数据处理系统，所述嵌入式数据处理系统连接人机交互系统；
其特征在于，嵌入式数据处理系统包括嵌入式微处理器，所述嵌入式微处理器连接光谱信号采集卡，光谱信号采集卡连接CCD探测器；
所述嵌入式微处理器通过无线模块与上位机通讯连接；
所述单片机控制系统包括单片机，单片机用于对样品检测室内样品与试剂反应体系的流路进样、自动搅拌、自动恒温、自动清洗、光源开关控制；
所述人机交互系统包括触摸屏，所述触摸屏连接嵌入式微处理器。
2.根据权利要求1所述基于ARM单片机的多参数水质监测测控系统，其特征在于，所述嵌入式微处理器为SAMSUNG S3C240A微处理器，内设Linux操作系统。
3.根据权利要求1所述基于ARM单片机的多参数水质监测测控系统，其特征在于，所述单片机采用AT89C55型单片机。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105823743A (zh) * | 2016-03-22 | 2016-08-03 | 派棱环保科技（苏州）有限公司 | 一种集成式智能微量多参数在线水质检测仪 |
| CN110426354A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-11-08 | 中国农业大学 | 基于Linux和ARM的通用光谱检测装置及方法 |
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2013
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