嵌入式远程河水水质实时监测与预测系统的研究

摘要

随着改革开放以来我国工农业的大规模发展，人民的生活用水质量逐年恶化。我国已投入大量资金在全国各主要河段设立了水质监测点，并且将这些监测点组成了一个密集、严谨的国家地表水水质自动监测实时数据发布系统。但是在我国的西部环境恶劣地区还鲜有水质监测点，而且现有的水质监测点密度也不尽如人意。同时我国当前的水质监测往往忽视了对于水质变化的预测功能，若能凭借水质变化的趋势预测水质污染的产生可以大大减少水质污染对于人民生命和财产的损失。
　　 本文在深入分析国内外河水水质监测系统和河水水质预测技术的基础上，提出了一套基于嵌入式的河水水质监测与预测系统的实现方案。其主要组成如下:
　　 (1)在系统设计方面，主要是以嵌入式开发板作为系统硬件平台，用美国Global Water等公司的水质监测传感器采样水质数据。将数据输入到嵌入式开发板中，由开发板处理数据并通过GPRS与远端PC通讯。
　　 (2)在水质预测方面，采用人工神经网络进行水质预测。详细介绍了一种BP人工神经网络的组成及其在嵌入式开发板中用软件的实现。
　　 (3)在数据存储方面，远端PC和开发板分别采用MYSQL和SQLite数据库来存储水质数据。并实现两个数据库信息之间的交互，大大提高了整个系统的可靠性。
　　 (4)在数据传输方面，采用了GPRS的通讯方式。编写了基于GPRS通讯的网络数据传输和短消息发送程序。
　　 最后，本文对设计完成的水质监测与预测系统进行了测试，测试结果表明本系统达到了预期的要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．1．1 课题的研究背景

1．1．2 课题的研究意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 河水水质监测系统的研究现状与发展趋势

1．2．1 河水水质预测系统的研究现状与发展趋势

1．3 本课题研究的内容与要求

1．4 论文的章节安排

第2章 嵌入式远程河水水质实时监测与预测系统的系统设计

2．1 信号采集电路

2．1．1 水质传感器

2．1．2 水质传感器与嵌入式开发板的接口电路

2．1．3 水质传感器输出信号的隔离电路

2．2 GPRS模块电路

2．2．1 GPRS模块介绍

2．2．2 GPRS模块接口

2．3 水质监测与预测系统的嵌入式硬件实现

2．3．1 ARM嵌入式开发板的整体介绍

2．3．2 ARM嵌入式开发板的硬件介绍

2．4 本章小结

第3章 人工神经网络预测模型的研究与实现方法

3．1 BP人工神经网络概叙

3．1．1 神经元模型介绍

3．1．2 BP神经网络模型介绍

3．2 BP人工神经网络在嵌入式开发板上的实现方法

3．2．1 BP人工神经网络预测程序的整体设计

3．2．2 BP人工神经网络预测程序的C语言实现

3．2．3 BP人工神经网络预测程序的测试结果

3．3 本章小结

第4章 系统软件设计

4．1 下位机软件的设计

4．1．1 人机交互界面模块

4．1．2 水质信息采集转换模块

4．1．3 数据库的操作使用

4．1．4 GPRS模块操作函数

4．2 上位机软件的设计

4．2．1 人机交互界面模块

4．2．2 水质数据的接收和存储

4．3 系统整体运行测试

4．4 本章小结

第5章 嵌入式系统软件平台的搭建与移植

5．1 嵌入式系统软件平台的设计

5．2 建立交叉编译环境

5．3 uboot的嵌入式移植

5．4 Linux操作系统的嵌入式移植

5．5 根文件系统的嵌入式移植

5．6 图形界面Qtopia 2．2．0的嵌入式移植

5．7 SQLite数据库的嵌入式移植

5．8 本章小结

结论

论文总结

展望

参考文献

致谢

附录A(本文中的程序源代码)