專(zhuān)利名稱(chēng)：基于arm單片機(jī)的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)測(cè)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型一種基于ARM單片機(jī)的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)測(cè)控系統(tǒng)，屬于光譜水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
基于光譜分析的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器集光機(jī)電算于一體的高精密檢測(cè)設(shè)備，其測(cè)控系統(tǒng)是儀器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵支撐技術(shù)。需滿(mǎn)足在線(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器的多功能系統(tǒng)集成、多參數(shù)快速監(jiān)測(cè)和智能化、便攜化、操作簡(jiǎn)便的技術(shù)要求。而傳統(tǒng)基于PC機(jī)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器測(cè)控系統(tǒng)體積大、成本較高，而且單就功能實(shí)現(xiàn)而言，本質(zhì)上造成了許多硬件與軟件資源的不必要浪費(fèi)。因而，為滿(mǎn)足現(xiàn)代水質(zhì)監(jiān)測(cè)對(duì)監(jiān)測(cè)儀器低成本、小體積、多功能、移動(dòng)便攜的技術(shù)要求，基于嵌入式技術(shù)和單片機(jī)控制技術(shù)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)測(cè)控系統(tǒng)是滿(mǎn)足現(xiàn)代水質(zhì)監(jiān)測(cè)與預(yù)警網(wǎng)路要求技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有大型水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器在測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的技術(shù)不足，本實(shí)用新型提供一種基于ARM單片機(jī)的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)測(cè)控系統(tǒng)，基于微型光譜儀的微小型多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀，以L(fǎng)inux為操作系統(tǒng)，是一種基于單片機(jī)控制與ARM嵌入式技術(shù)的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)測(cè)控系統(tǒng)。本實(shí)用新型的上述目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:基于ARM單片機(jī)的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)測(cè)控系統(tǒng)，包括:嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)，人機(jī)交互系統(tǒng)；所述單片機(jī)控制系統(tǒng)連接嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接人機(jī)交互系統(tǒng)；嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括嵌入式微處理器，所述嵌入式微處理器連接光譜信號(hào)采集卡，光譜信號(hào)采集卡連接CCD探測(cè)器；所述嵌入式微處理器通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊與上位機(jī)通訊連接；所述單片機(jī)控制系統(tǒng)包括單片機(jī)，單片機(jī) 用于對(duì)樣品檢測(cè)室內(nèi)樣品與試劑反應(yīng)體系的流路進(jìn)樣、自動(dòng)攪拌、自動(dòng)恒溫、自動(dòng)清洗、光源開(kāi)關(guān)控制；所述人機(jī)交互系統(tǒng)包括觸摸屏，所述觸摸屏連接嵌入式微處理器。所述嵌入式微處理器為SAMSUNG S3C240A微處理器，內(nèi)設(shè)Linux操作系統(tǒng)。所述單片機(jī)采用AT89C55型單片機(jī)。所述IXD觸摸屏采用Qt/Embedded開(kāi)發(fā)環(huán)境,采用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)設(shè)置圖形用戶(hù)界面。本實(shí)用新型一種基于ARM單片機(jī)的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)測(cè)控系統(tǒng)的有益效果如下:I)、基于嵌入式操作系統(tǒng)的專(zhuān)門(mén)的水質(zhì)測(cè)試軟件是一個(gè)重要的發(fā)展方向。不僅滿(mǎn)足微型化、便攜化要求，而且界面友好，功能完善。2)、嵌入式測(cè)控系統(tǒng)具有優(yōu)良的跨平臺(tái)特性，可集成多種嵌入式設(shè)備，開(kāi)發(fā)方便，滿(mǎn)足多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的測(cè)控技術(shù)要求，便于現(xiàn)代水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器多功能系統(tǒng)集成的實(shí)現(xiàn)。3)、嵌入式測(cè)控系統(tǒng)極大降低了多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器的設(shè)計(jì)成本，便于批量化生產(chǎn)。4)、嵌入式測(cè)控系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，功能完善，滿(mǎn)足便于水質(zhì)參數(shù)快速在線(xiàn)檢測(cè)的實(shí)際要求，并適合野外多類(lèi)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

圖1本實(shí)用新型測(cè)控系統(tǒng)原理框圖。圖2是本實(shí)用新型測(cè)控系統(tǒng)嵌入式軟件總體方案。圖3是本實(shí)用新型測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模塊。圖4是本實(shí)用新型測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用程序總體邏輯結(jié)構(gòu)。圖5是本實(shí)用新型測(cè)控系統(tǒng)⑶I原理圖。圖6是本實(shí)用新型測(cè)控系統(tǒng)工作流程。
具體實(shí)施方式
基于ARM單片機(jī)的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)測(cè)控系統(tǒng)，包括:嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)，人機(jī)交互系統(tǒng)。所述單片機(jī)控制系統(tǒng)連接嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接人機(jī)交互系統(tǒng)。嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括嵌入式微處理器，所述嵌入式微處理器連接光譜信號(hào)采集卡，光譜信號(hào)采集卡連接CXD探測(cè)器。所述嵌入式微處理器通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊與上位機(jī)通訊連接。所述單片機(jī)控制系統(tǒng)包括單片機(jī)，單片機(jī)用于對(duì)樣品檢測(cè)室內(nèi)樣品與試劑反應(yīng)體系的流路進(jìn)樣、自動(dòng)攪拌、自動(dòng)恒溫、自動(dòng)清洗、光源開(kāi)關(guān)控制。所述人機(jī)交互系統(tǒng)包括IXD觸摸屏，所述IXD觸摸屏連接嵌入式微處理器。所述嵌入式微處理器為SAMSUNG S3C240A微處理器，內(nèi)設(shè)Linux操作系統(tǒng)。所述單片機(jī)采用AT89C55型單片機(jī)。所述IXD觸摸屏采用Qt/Embedded開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)設(shè)置圖形用戶(hù)界面。如圖1所示，多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀運(yùn)作時(shí)，基于ARM單片機(jī)的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)測(cè)控系統(tǒng)，的完整工作流程如下所述:被測(cè)水樣與所檢水質(zhì)參數(shù)對(duì)應(yīng)的檢測(cè)試劑通過(guò)儀器流路系統(tǒng)，按一定的體積比高精度定量進(jìn)入樣品反應(yīng)檢測(cè)室，在樣品反應(yīng)檢測(cè)室內(nèi)完成樣品的在線(xiàn)前處理與光譜檢測(cè)一個(gè)完整的檢測(cè)過(guò)程，其中，嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過(guò)串口調(diào)用單片機(jī)控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品檢測(cè)室內(nèi)樣品與試劑的精確加樣、以及樣品與試劑反應(yīng)體系的自動(dòng)恒溫、高效攪拌等在線(xiàn)化學(xué)前處理的進(jìn)程控制。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的平衡狀態(tài)時(shí)，嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采集光譜儀的輸出數(shù)據(jù)，并根據(jù)相應(yīng)的算法處理數(shù)據(jù)，獲取被測(cè)水樣中所檢水質(zhì)參數(shù)，如:六價(jià)鉻的濃度信息。此后，嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)又再調(diào)用單片機(jī)控制程序，完成對(duì)樣品檢測(cè)室排廢清洗的控制。清洗過(guò)程完后，根據(jù)實(shí)際測(cè)控需要，以進(jìn)行下一個(gè)水質(zhì)參數(shù)，如:鉛的檢測(cè)。該測(cè)控系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊與上位機(jī)進(jìn)行信號(hào)通訊，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)儀器工作的遠(yuǎn)程監(jiān)控。如圖2所示，針對(duì)多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及儀器低功耗、微型化、便攜化的技術(shù)要求。嵌入式測(cè)控軟件系統(tǒng)應(yīng)具有操作靈活、系統(tǒng)穩(wěn)定、使用方便和便于升級(jí)等特點(diǎn)。為此，選擇嵌入式Linux進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā),提出了基于Linux的嵌入式軟件系統(tǒng),主要由嵌入式Linux軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件以及應(yīng)用程序。包括數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形用戶(hù)界面與測(cè)試流程組成。其中，嵌入式Linux軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)由引導(dǎo)程序viv1、Linux2.6.14內(nèi)核移植、文件系統(tǒng)的建立三部分組成。測(cè)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)主要包括LCD驅(qū)動(dòng)、觸摸屏驅(qū)動(dòng)、串口驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和移植。其中測(cè)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊參見(jiàn)圖3，測(cè)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊是整個(gè)軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵，由CXD探測(cè)器、光譜信號(hào)采集卡和嵌入式處理器SAMSUNG S3C2410A處理器組成。信號(hào)采集卡主要由A/D轉(zhuǎn)換芯片、LPC2148芯片構(gòu)成。A/D芯片將CXD探測(cè)器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；LPC2148的功能是產(chǎn)生包括移位脈沖、積分時(shí)間控制信號(hào)在內(nèi)的CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序，光譜數(shù)據(jù)的緩存和與SAMSUNG S3C2410A處理器的通信以及光譜數(shù)據(jù)的傳輸，是整個(gè)采集系統(tǒng)模塊的核心部分。同時(shí)，用戶(hù)應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用采集驅(qū)動(dòng)，以產(chǎn)生采集卡所需的各種控制信號(hào)。如圖4所示，應(yīng)用程序主要由圖形用戶(hù)界面、測(cè)量程序、數(shù)據(jù)庫(kù)等組成。在應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)采用模塊化程序設(shè)計(jì)法，根據(jù)系統(tǒng)功能將整個(gè)應(yīng)用程序系統(tǒng)劃分為若干個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的模塊，包括參數(shù)編輯、調(diào)試試驗(yàn)、用戶(hù)測(cè)試、配置調(diào)試等模塊。對(duì)各個(gè)程序模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試，最后把各個(gè)調(diào)試好的程序模塊優(yōu)化整合成一個(gè)完整的程序。其中測(cè)控系統(tǒng)圖形用戶(hù)界面設(shè)計(jì)原理與測(cè)量程序流程分別參見(jiàn)如圖5所示和圖6所示。圖6中流程圖中:參數(shù)1:C0D，參數(shù)2:總磷，參數(shù)3:氨氮，參數(shù)4:六價(jià)鉻，參數(shù)5:鉛離子，參數(shù)6:AS，參數(shù)7:總酚，所述七個(gè)參數(shù)按順序全部檢測(cè)，也可以選擇性檢測(cè)。工作原理:本實(shí)用新型一種基于ARM單片機(jī)的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)測(cè)控系統(tǒng)，結(jié)合基于微型光譜儀的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)控制與ARM嵌入式信號(hào)處理的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀測(cè)控系 統(tǒng)。該測(cè)控系統(tǒng)以SAMSUNG S3C240A的微處理器，該微處理器除了完成對(duì)光譜儀輸出信號(hào)的處理之外，還通過(guò)與單片機(jī)之間的通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)光源開(kāi)關(guān)、流路進(jìn)樣以及樣品室的自動(dòng)恒溫、攪拌以及清洗排廢等功能的控制。測(cè)控系統(tǒng)控制多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀運(yùn)作，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊與上位機(jī)進(jìn)行信號(hào)通訊，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)儀器工作的遠(yuǎn)程監(jiān)控。本實(shí)用新型采用AT89C55型單片機(jī)，圍繞樣品檢測(cè)室內(nèi)樣品與試劑反應(yīng)體系的進(jìn)樣、攪拌、恒溫、檢測(cè)、清洗等具體控制技術(shù)要求，通過(guò)相應(yīng)的控制程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)光源開(kāi)關(guān)、流路進(jìn)樣以及樣品室的自動(dòng)恒溫、攪拌以及清洗排廢等功能的控制。本實(shí)用新型中ARM嵌入式技術(shù)ARM嵌入式主板及Linux操作系統(tǒng)的測(cè)控軟件系統(tǒng)，以S3C2410A微處理器為核心主控制器，采用Linux-2.6內(nèi)核技術(shù)，搭建了基于嵌入式Linux的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)微系統(tǒng)的測(cè)控軟件平臺(tái)；根據(jù)系統(tǒng)外圍設(shè)備要求，設(shè)計(jì)、移植了LCD驅(qū)動(dòng)、觸摸屏驅(qū)動(dòng)、串口和數(shù)據(jù)采集等相關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；利用Qt/Embedded開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)設(shè)計(jì)了圖形用戶(hù)界面；根據(jù)相應(yīng)的測(cè)試方法和數(shù)據(jù)處理算法，優(yōu)化了多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的測(cè)量流程與數(shù)據(jù)處理。
權(quán)利要求1.基于ARM單片機(jī)的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)測(cè)控系統(tǒng)，包括:嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)，人機(jī)交互系統(tǒng)； 所述單片機(jī)控制系統(tǒng)連接嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接人機(jī)交互系統(tǒng)； 其特征在于，嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括嵌入式微處理器，所述嵌入式微處理器連接光譜信號(hào)采集卡，光譜信號(hào)采集卡連接CCD探測(cè)器； 所述嵌入式微處理器通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊與上位機(jī)通訊連接； 所述單片機(jī)控制系統(tǒng)包括單片機(jī)，單片機(jī)用于對(duì)樣品檢測(cè)室內(nèi)樣品與試劑反應(yīng)體系的流路進(jìn)樣、自動(dòng)攪拌、自動(dòng)恒溫、自動(dòng)清洗、光源開(kāi)關(guān)控制； 所述人機(jī)交互系統(tǒng)包括觸摸屏，所述觸摸屏連接嵌入式微處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于ARM單片機(jī)的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于，所述嵌入式微處理器為SAMSUNG S3C240A微處理器，內(nèi)設(shè)Linux操作系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利 要求1所述基于ARM單片機(jī)的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機(jī)采用AT89C55型單片機(jī)。
專(zhuān)利摘要基于ARM單片機(jī)的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)測(cè)控系統(tǒng)，包括嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)，人機(jī)交互系統(tǒng)；所述單片機(jī)控制系統(tǒng)連接嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接人機(jī)交互系統(tǒng)；嵌入式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括嵌入式微處理器，所述嵌入式微處理器連接光譜信號(hào)采集卡，光譜信號(hào)采集卡連接CCD探測(cè)器；所述嵌入式微處理器通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊與上位機(jī)通訊連接；所述單片機(jī)控制系統(tǒng)包括單片機(jī)，單片機(jī)用于對(duì)樣品檢測(cè)室內(nèi)樣品與試劑反應(yīng)體系的流路進(jìn)樣、自動(dòng)攪拌、自動(dòng)恒溫、自動(dòng)清洗、光源開(kāi)關(guān)控制。本實(shí)用新型測(cè)控系統(tǒng)，基于微型光譜儀的微小型多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀，以L(fǎng)inux為操作系統(tǒng)，針對(duì)現(xiàn)有大型水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器在測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的技術(shù)不足而設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G05B19/418GK203117761SQ20132009962
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者魏康林, 陳明, 張進(jìn) 申請(qǐng)人:宜昌市博思科技有限責(zé)任公司