CN205538938U - 一种基于gis的便捷式无线水质监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于GIS的便捷式无线水质监测系统，包括：监测终端，包括核心板、功能模块、信号采集板；所述功能模块与核心板连接，所述信号采集板与核心板通信连接；监控中心，通过4G网络与监测终端实时通信连接；监测管理交互平台，通过4G无线网络与监控中心通信连接；移动终端设备，通过无线网络与监控中心通信连接。有益效果：基于GIS的便携式无线水质监测系统采用新款i.MX51高性能嵌入式控制系统、高精度水质检测、4G无线网络技术、GPS定位技术、数据库管理技术、手机APP软件技术等，实现水质的软硬件综合管理系统，应用于水域水质信息的实时检测，完成水体生态修复的实时综合评价，既可靠，又实用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种水质监测系统,更具体地说，它涉及一种基于GIS的便捷式无线水质监测系统。
背景技术
水是生命之源，我们需要对水资源进行有效的管理，保护水资源，监管水污染。保护水资源关系到人类的未来，水质监测就是水资源保护的关键点。目前的水质监测主要是针对各个单点的水质情况独立进行监测，无法对多个单点的水质监测数据进行实时上传，比较各个单点的数据以及汇总分析，也无法具体针对客户端的需求进行水质分析数据的反馈，因此这种监测方法不够科学，单点监测的水质数据无法实时上传并与其他单点的数据进行分析比较，且不能按照客户端的需求定制反馈所需数据，无法做到个性化以及无法进行规模化的数据处理和比较，并且无法结合其他水质数据和其他区域的数据进行判断和分析。
这样就需要有一套可靠、实用的水质信息采集、监测、管理系统，可以为环境管理提供数据；获取水体污染物的分布情况，追查污染物来源；获取水质实时信息，为水质评价提供数据基础；为水污染治理、水体生态修复的实际效果提供反馈以及实时评价。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种可靠、实用、实时的基于GIS的便捷式无线水质监测系统。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：
一种基于GIS的便捷式无线水质监测系统，包括：
监测终端，包括核心板、功能模块、信号采集板；所述功能模块与核心板连接，所述信号采集板与核心板通信连接；
监控中心，通过4G网络与监测终端实时通信连接；
监测管理交互平台，通过4G无线网络与监控中心通信连接；
移动终端设备，通过无线网络与监控中心通信连接；
所述核心板包括i.MX51微处理器，DDR2存储器、NAND Flash芯片、时钟电路、JTAG电路、启动选择电路，所述DDR2存储器内置于i.MX51微处理器中，所述NAND Flash芯片、时钟电路、JTAG电路、启动选择电路均与i.MX51微处理器连接；
所述功能模块包括：触摸显示屏、图像采集传感器、无线4G终端、GPS定位模块、SD卡存储电路、CAN总线接口模块、串行接口模块、网络接口、光伏供电系统；所述图像采集传感器、无线4G终端、GPS定位模块、SD卡存储电路、CAN总线接口模块、串行接口模块、网络接口均与核心板双向通信连接；
所述信号采集板通过CAN总线与核心板双向通信连接；
所述信号采集板包括主控芯片、水质传感器、水样采集模块；所述水质传感器和水样采集模块均与主控芯片连接，所述主控芯片与CAN总线接口模块通信连接。
进一步的，所述触摸显示屏为电容式触摸显示屏。
进一步的，所述图像采集传感器为OV5640。
进一步的，所述监测终端的服务器采用Linux操作系统。
进一步的，所述主控芯片为以ARM Cortex－M3为内核的STM32F103ZET6芯片。
进一步的，所述水质传感器包括浊度传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、PH传感器、水下温度传感器。
进一步的，所述移动终端设备包括手机，平板电脑，笔记本电脑。
有益效果：基于GIS的便携式无线水质监测系统采用新款i.MX51高性能嵌入式控制系统、高精度水质检测、4G无线网络技术、GPS定位技术、数据库管理技术、手机APP软件技术等，实现水质的软硬件综合管理系统，应用于水域水质信息的实时检测，完成水体生态修复的实时综合评价，既可靠，又实用。
附图说明
图1为本实用新型的检测终端系统结构框图；
图2为本实用新型的监测终端控制系统流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型进行详细描述。
一种基于GIS的便捷式无线水质监测系统，包括监测终端，GIS水质监控中心、监测管理交互平台和移动终端设备。监测终端获取水质、GPS实时信息，监测管理交互平台通过4G无线终端，实时接收监控中心下发的检测点水质信息数据，移动终端设备通过4G无线与监控中心通信连接。
参照图1，监测终端包括核心板,各功能模块和信号采集板。核心板包括Freescale公司的i.MX51微处理器，DDR2存储器、NAND Flash芯片、时钟电路、JTAG电路、启动选择电路。处理器配置ARM Cortex-A8 内核的Freescale i.MX51，主频800MHz，配置32K的指令缓存和数据缓存、256K的二级缓存；配置是ARM11芯片的2倍，具有很强的数据处理能力；i.MX51内部集成DDR2内存控制器，可以方便地实现DDR2内存的控制。i.MX51嵌入式控制芯片运行Linux操作系统，实现系统的高速控制、数据采集、数据通信以及功能实现。核心板的内存芯片选用了4片256M*8位的K4T2G084QA DDR2组成1GB的DDR2存储阵列。K4T2G084QA采用三星半导体有限公司的DDR2存储器，单片容量为256MB，数据长度为8位，i.MX51微处理器可以支持32位数据长度，这里选用4片K4T2G084QA，系统总内存容量为1GB。核心板的NAND Flash芯片选用MT29F8G08ABABA，用于存放内核代码，应用程序，以及文件系统。MT29F8G08ABABA是美光公司的NAND Flash存储器，单片容量为1GB，数据长度为8位，PDSO48封装。时钟电路为24MHz晶振，作为系统的总时钟；经过内部锁相环倍频后，作为内部各模块电路的时钟信号。启动选择电路为2位拨码开关，实现i.MX51微处理器的启动方式的选择。
另外，通过i.MX51的外设接口可控制各个功能模块，实现控制系统的各个功能。功能模块包括触摸显示屏、图像采集传感器、无线4G终端、GPS定位模块、SD卡存储电路、CAN总线接口模块、串行接口模块、网络接口、光伏供电系统。图像传感器采用OV5640完成1080高清水体图像的采集，由i.MX51处理器读取，通过4G无线传输终端发送到监控中心存档；监控中心可以通过水质图像色彩分析算法实现水质的软件分析。无线4G终端采用华为ME906E，将水质信息、GPS位置数据，通过4G无线网络发送到监控中心，同时无线通信模块还接收监控中心的各种控制命令，包括图像采集命令、定点水质信息采集命令、便携式无线水质监测终端参数配置等。GPS定位模块输出系统所处的经纬度，并通过无线4G模块传送到控制中心站，存储在控制中心站的数据库中。这里，采用GPS模块为u-Blox公司的NEO-6模块，具有50个通道，追踪灵敏度高达-161dBm，测量输出频率最高可达5Hz；模块兼容3.3V/5V电平，方便连接各种主控系统；模块自带可充电后备电池，可以掉电保持数据。NEO-6模块与控制芯片具有串口、USB两种接口方式，这里采用串口接口方式；通过串口输出数据，i.MX51核心控制芯片可以通过串口读取NEO-6模块的数据。SD卡存储电路实现水质信息的掉电存储。CAN总线接口模块用来实现核心控制板和信号检测板的数据通信，实现水质传感器数据的实时读取。
信号采集板包括主控芯片、水质传感器、水样采集模块。这里，采用以ARM Cortex－M3为内核的STM32F103ZET6芯片实现各种水质传感器的控制、信号采集功能。水质传感器采用270-WQ系列的浊度传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、PH传感器、水下温度传感器。传感器测量的数据对应4-20mA电流信号输出，通过检测电路转化为电压信号，由STM32F103ZET6内置的AD转换器读入，同时由软件处理转换为CAN总线数据，通过CAN总线模块发送给i.MX51核心板。水样采集模块为一个电动水泵，通过直流电机驱动实现进水和排水功能，STM32芯片可以控制水样采集直流无刷电机转速以及方向。
另外，参照图2，对整个检测系统进行软件控制，步骤为：
（1）Linux操作系统加载，自动运行开机启动进程，驱动7寸电容式触摸显示屏，进入开机主界面。对功能模块进行初始化，包括4G无线传输终端的波特率和工作模式设置、GPS定位模块的波特率和工作模式设置、图像采集芯片OV5640配置、水样采集直流无刷电机转速以及方向参数设置。
（2）检测图像传感器芯片OV5640工作是否正常、检测ADC采集电路工作是否正常、检测水泵是否能正常进出水；
（3）检测系统供电电池电压是否正常，发现欠压情况，控制光伏充电电路对锂电池充电。
（4）便携式无线水质监测终端功能运行控制：
1）控制水样采集直流无刷电机，将水样抽取到容器中；
2）水样采集结束后，系统控制各种水质传感器工作，测量相应的水质参数，显示在显示屏上，并存储在SD卡中；
3）读取检测点GPS定位数据，并存储在SD卡中；
4）拍摄采集点水体照片，显示在显示屏上，并存储在SD卡中；
5）系统将水质检测数据、检测点GPS定位数据、采集点水体图像信息通过4G无线传输终端发送到监控中心。
另外，监控中心可以通过4G网络与无线水质监测终端实时通信，获取水质信息以及监测终端的GPS实时定位信息，并且存储在相应的数据库中，通过数据库进行管理；通过数字地图实现移动检测点的GPS位置显示、水质信息显示、数据查询、数据分析；具有检测点水质信息显示以及查询、水体污染源GIS监管、水体图片显示、水质监管以及水体生态化修复的实时效果评价、无线水质监测管理交互平台远程控制、手机端APP软件远程交互等功能。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于GIS的便捷式无线水质监测系统，其特征在于，包括：
监测终端，包括核心板、功能模块、信号采集板；所述功能模块与核心板连接，所述信号采集板与核心板通信连接；
监控中心，通过4G网络与监测终端实时通信连接；
监测管理交互平台，通过4G无线网络与监控中心通信连接；
移动终端设备，通过无线网络与监控中心通信连接；
所述核心板包括i.MX51微处理器，DDR2存储器、NAND Flash芯片、时钟电路、JTAG电路、启动选择电路，所述DDR2存储器内置于i.MX51微处理器中，所述NAND Flash芯片、时钟电路、JTAG电路、启动选择电路均与i.MX51微处理器连接；
所述功能模块包括：触摸显示屏、图像采集传感器、无线4G终端、GPS定位模块、SD卡存储电路、CAN总线接口模块、串行接口模块、网络接口、光伏供电系统；所述图像采集传感器、无线4G终端、GPS定位模块、SD卡存储电路、CAN总线接口模块、串行接口模块、网络接口均与核心板双向通信连接；
所述信号采集板通过CAN总线与核心板双向通信连接；
所述信号采集板包括主控芯片、水质传感器、水样采集模块；所述水质传感器和水样采集模块均与主控芯片连接，所述主控芯片与CAN总线接口模块通信连接。
2.根据权利要求1所述的基于GIS的便捷式无线水质监测系统，其特征在于，所述触摸显示屏为电容式触摸显示屏。
3.根据权利要求1所述的基于GIS的便捷式无线水质监测系统，其特征在于，所述图像采集传感器的信号为OV5640。
4.根据权利要求1所述的基于GIS的便捷式无线水质监测系统，其特征在于，所述i.MX51微处理器运行Linux操作系统。
5.根据权利要求1所述的基于GIS的便捷式无线水质监测系统，其特征在于，所述主控芯片为以ARM
Cortex－M3为内核的STM32F103ZET6芯片。
6.根据权利要求1所述的基于GIS的便捷式无线水质监测系统，其特征在于，所述水质传感器包括浊度传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、PH传感器、水下温度传感器。
7.根据权利要求1所述的基于GIS的便捷式无线水质监测系统，其特征在于，所述移动终端设备包括手机，平板电脑，笔记本电脑。
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