主頁(yè)（http://www.130131.com）：基于ARM7的嵌入式建筑水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

        【中國(guó)集群通信網(wǎng)】：本文以32位ARM7微處理器為核心，設(shè)計(jì)了一種集建筑水質(zhì)信號(hào)監(jiān)測(cè)、以太網(wǎng)通信和自動(dòng)報(bào)警為一體的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了基于以太網(wǎng)的分布式嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)，用于對(duì)建筑內(nèi)分散的水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、統(tǒng)一管理。

        建筑水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是建筑環(huán)境保護(hù)決策的重要依據(jù)，在資源日益緊張的今天，日常生活所需的水資源廣泛引起人們的關(guān)注，在全世界都在提倡節(jié)約水資源、保護(hù)水資源的今天，人們希望有關(guān)部門對(duì)水資源狀態(tài)有一個(gè)實(shí)時(shí)的信息公布。目前，在實(shí)際工作中，大量采用的建筑水質(zhì)監(jiān)測(cè)手段仍然是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室手工分析方法，這種水質(zhì)監(jiān)測(cè)存在著很多問題，水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)少，不能全面實(shí)時(shí)提供建筑用水的水質(zhì)情況；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)能力低，不能及時(shí)掌握水污染事故和水質(zhì)突變情況；同時(shí)水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息處理實(shí)時(shí)性差，不能滿足新時(shí)期水資源管理保護(hù)的要求。隨著建筑環(huán)境保護(hù)事業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)建筑環(huán)境監(jiān)測(cè)的要求越來越高，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法和手段已經(jīng)不能滿足當(dāng)今社會(huì)的需求。針對(duì)上面問題，經(jīng)過分析國(guó)內(nèi)外水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法，某公司自主研究開發(fā)了一套建筑水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)建筑水域進(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)測(cè)、自動(dòng)采樣、自動(dòng)分析，并自動(dòng)將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。

        在這個(gè)系統(tǒng)中，以32位嵌入式S3C44B0X-ARM7作為水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的核心器件，配合相關(guān)的外圍電路，和無線通信接口，將水質(zhì)傳感器檢測(cè)到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，變換成代表實(shí)際化學(xué)或物理量的數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，以供現(xiàn)場(chǎng)人員的觀測(cè)、記錄和分析，為建筑管理部門分析水質(zhì)狀況，及時(shí)地提供了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)資料。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
        本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是對(duì)建筑內(nèi)相對(duì)分散的無人值守的用水區(qū)域進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理，要求下位機(jī)能對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不達(dá)標(biāo)的水質(zhì)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的異常情況迅速通知監(jiān)控人員。為此，系統(tǒng)采用了如圖1所示的結(jié)構(gòu)。

        整個(gè)系統(tǒng)由中心機(jī)房和各遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端組成，遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)端的核心設(shè)備是遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)儀，各遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)儀與監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)接口組成VLAN（也可通Internet相連），終端之間的數(shù)據(jù)通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通訊。

系統(tǒng)上/下位機(jī)的設(shè)計(jì)
        系統(tǒng)的上位機(jī)由裝有專用監(jiān)控軟件的PC機(jī)構(gòu)成。監(jiān)控人員可以直接通過以太網(wǎng)訪問各個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端——監(jiān)測(cè)儀，了解其工作狀態(tài)。

        系統(tǒng)的下位機(jī)是數(shù)臺(tái)遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)儀，該監(jiān)測(cè)儀是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心處理設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)如下功能。

        ·實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)房的水質(zhì)參數(shù)，包括pH值、含氧量、濁度等；

        ·通過以太網(wǎng)與中心機(jī)房保持實(shí)時(shí)通訊；

        ·通過鍵盤和液晶顯示屏設(shè)置系統(tǒng)信息；

        ·通過LCD顯示屏和揚(yáng)聲器，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

        本監(jiān)測(cè)儀以基于Linux的嵌入式系統(tǒng)為核心，通過鍵盤進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，數(shù)據(jù)可通過LCD屏實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)顯示。重要數(shù)據(jù)以文件形式保存在Flash存儲(chǔ)器中，數(shù)據(jù)和報(bào)警信息還可通過串口向上位機(jī)傳輸，也可通過以太網(wǎng)向Inernet發(fā)布信息。用戶可通過顯示界面查看水質(zhì)的各種參數(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程維護(hù)。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)
        由于ARM處理器接口豐富，功能較強(qiáng)，因此以ARM處理器為核心構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)電路較為復(fù)雜。為了使設(shè)計(jì)過程更加條理清晰，這里將整個(gè)系統(tǒng)分為微處理器及其外圍電路、數(shù)據(jù)采集和處理電路、網(wǎng)絡(luò)接口電路和電源、復(fù)位電路等功能模塊，分別展開設(shè)計(jì)。

數(shù)據(jù)采集和處理電路
        嵌入式系統(tǒng)是嵌入到設(shè)備內(nèi)部完成特定控制功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因此對(duì)所控制對(duì)象的特征信號(hào)進(jìn)行采集和處理，轉(zhuǎn)換成控制信息是各種嵌入式系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了由pH值傳感器、溶解氧傳感器、濁度傳感器等組成的多路數(shù)據(jù)采集端，對(duì)建筑水質(zhì)的pH值、溶解氧、濁度等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。S3C44B0X自帶一個(gè)8通道的10位A/D轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器可以通過軟件設(shè)置為Sleep模式以減少功耗。

網(wǎng)絡(luò)接口電路
        隨著Internet的普及，為適應(yīng)嵌入式分布處理和上網(wǎng)需求，嵌入式系統(tǒng)要求配備一種或多種標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信接口，支持TCP/IP協(xié)議。本系統(tǒng)選用RTLSO19AS芯片作為網(wǎng)絡(luò)控制器，通過S3C44B0X控制，與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信。RTLSO19AS內(nèi)部結(jié)構(gòu)按功能可劃分為：接收功能模塊、CRC產(chǎn)生模塊、發(fā)送功能模塊、地址識(shí)別模塊、FIFO控制模塊、協(xié)議邏輯陣列模塊及DMA和緩沖控制模塊。

輸入/出接口電路
        為了降低系統(tǒng)的功耗和成本，嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的輸入輸出設(shè)備常常比較簡(jiǎn)單。常用的有鍵盤、液晶顯示屏等，通過這些設(shè)備可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能設(shè)置。

1、鍵盤接口電路
        鍵盤是嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，本系統(tǒng)將設(shè)置8個(gè)端口為外部中斷輸入端口，組成最簡(jiǎn)單的4×4按鍵電路，配合液晶屏進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)置和查詢。

2、音頻報(bào)警電路
        本系統(tǒng)將端口PE6設(shè)置為輸出端口，直接控制蜂鳴器輸出，用作系統(tǒng)設(shè)置和調(diào)試時(shí)的操作提示。

3、LCD顯示
        S3C44B0X中具有內(nèi)置的LCD控制器，它具有將顯示緩存（在系統(tǒng)存儲(chǔ)器中）中的LCD數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠縇CD驅(qū)動(dòng)電路的邏輯功能。S3C44B0X中內(nèi)置的LCD控制器可支持單色、4級(jí)、16級(jí)灰度模式和256級(jí)彩色的LCD。
(中國(guó)集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮)