专利名称：基于嵌入式系统的水质在线监测系统的制作方法
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
3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。

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。
权利要求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。
专利摘要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。
文档编号G01N33/18GK201716308SQ20102017496
公开日2011年1月19日 申请日期2010年4月1日 优先权日2010年4月1日
发明者王靖鑫 申请人:王靖鑫