基于嵌入式Web服务器的水质监测系统研究

摘要

水是人类生活和生产必不可少的资源，水质情况与我们的生活息息相关，因而对江河湖泊的水质在线监测系统的研究具有重要意义。在如今的多数水厂、水站中，水质的自动监测系统大多采用工控机和工控总线，而更为方便快捷的互联网技术并未在其中得到广泛应用。利用嵌入式Web服务器将水质监测设备接入互联网，来建立一个轻巧的、稳定的、实时的水质监测系统将成为一种发展趋势。
　　本文以Altrera公司Nios II软核概念为基础，利用SOPC技术，在FPGA上构建Nios II双核系统，双处理器分别为数据采集处理器和嵌入式web服务器的处理器。对于水质常规五参数（pH值、水温、溶解氧、浊度和电导率）和氨氮的测量选取相关水质参数的测量仪器并通过串口与数据采集处理器相连，对于COD的测量采取了简单、快捷、无二次污染的电化学方法。在实现水质参数的数据采集和存储的同时，通过移植μC/OS实时操作系统和NicheStack TCP/IP协议栈来构建嵌入式web服务器，通过内部软件程序实现部分CGI功能，进行网页数据的动态更新。利用Nios II开发套件中的硬件互斥核（mutex core）来协调两个处理器对共享存储器的访问，为两个处理器内核之间数据的传输提供安全可靠的保证。
　　本系统最终可达到工作人员通过PC机浏览器来监控水质的目的。通过在水质监测系统中融合嵌入式技术和Web技术，不仅可以提高系统的性能，还可以降低系统的成本和功耗，缩小设备的体积。

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第1章 引言

1.1 概述

1.2 水质监测系统的发展概况

1.3 嵌入式Web服务器概况

1.4 论文主要研究内容及结构

第2章 基于SPOC嵌入式Web的水质监测系统架构

2.1 基于Nios II软核的SOPC技术概述

2.2 嵌入式Web服务器相关技术简介

2.3 系统总体设计

第3章 系统硬件设计与实现

3.1 采样和预处理单元设计

3.2 数据采集模块硬件设计

3.3 嵌入式Web服务器硬件设计

3.4 Nios II软核处理器系统的构建

第4章 系统软件设计与实现

4.1 系统软件开发环境介绍

4.2 数据采集模块软件设计

4.3 嵌入式Web服务器软件设计

第5章 系统测试

5.1 COD电化学测量方法评估

5.2 系统整体测试

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 进一步工作的方向

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果