野外水样采集系统的设计与实现

摘要

近年来，随着我国工农业生产规模的不断发展，环境污染尤其是水环境的污染正在加剧。其中，一些地区的水资源环境污染不仅严重制约着经济的发展，而且对人群的健康造成一定的威胁，水资源的安全性问题成为人们关注的热点问题。为了更好的解决水污染问题，除了对污水进行治理以外，利用最新的技术来建设野外水环境监测与采样系统，对水域进行实时的监测与保护，及时避免水灾害的发生，同时为科学可靠的保障水质安全提供准确可靠的依据具有重要意义。
　　本文对国内外关于野外水样采集系统的现状进行了分析与研究，提出了一种用于野外水样采集的系统，以解决传统的野外水样采集中需要人工操作，人为对水样影响大，采样可靠度低，且无法完成定点、定时、定深采样的缺点。本文的主要的贡献包括以下几个方面：
　　1、本文首先分析并研究了传统的野外水样采集系统的功能流程和存在的不足，采用工业上最新的技术以解决传统的野外水样采集需要人工干预、对采样结果造成干扰的问题。在摆脱了野外水样采集人工干预的同时，提高了水样采集的准确性与可靠性，同时又能够对人工难以或无法到达的极端或特殊水域环境的水样进行监测分析与采样。
　　2、本文所设计的野外水样采集系统能够实现定点、定时、定深的水样采集，能够很好的解决传统的野外水样采集存在较大的误差与随机性问题，同时又能够提高水样采集的精度与多样性，满足用户的不同需求。
　　3、本文所设计的野外水样采集系统能够对所采样点水样的周围环境条件进行采集并存储，结合水质在线分析仪器，解决由于水样的实验检测环境与野外采集环境存在不同程度的差异，而致使实验检测分析的结果与实际结果偏差较大的问题，能够更好的提高对水样采样结果分析的准确性与可靠性。
　　4、本文在需求分析的基础上，研究了该野外水样采集系统的总体设计方案，包括总体结构设计方案与总体功能设计方案，给出了该野外水样采集系统的总体模型，并从硬件和软件方面具体设计并实现该系统。在总体设计方案的基础上，实现了该野外水样采集系统。
　　5、本文对该系统的功能进行了分析与验证。实验结果表明，通过采用此设计方案的野外水样采集系统，能够很好的实现对水样的采集与监测分析以及环境参数的采集与存储工作，解决了传统的野外水样采集所存在的弊端，并且能够在操作人员的要求下，完成对水样的定点、定时、定深采集，很好的实现了用户对水样采集的多样化需求。
　　论文的最后还对该野外水样采集系统的建立过程进行了总结和描述，并指出了本系统下一步可完善的工作，并展望了其广阔的应用前景。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状及不足

1.3 国内外的发展趋势

1.4 本文的研究内容及章节安排

第二章 野外水样采集系统需求分析

2.1 引言

2.2 野外水样采集系统需求分析的构建

2.3 水样采集系统的总体需求

2.4 本章小结

第三章 野外水样采集系统总体方案设计

3.1 引言

3.2 水样采集系统总体功能设计

3.3 水样采集系统总体结构设计

3.4 水样采集系统的通信协议

3.5 水样采集系统的总体组成

3.6 本章小结

第四章 野外水样采集系统硬件设计

4.1 引言

4.2 硬件微处理器概述及选择

4.3 ATMEGA2560最小系统设计

4.4 复位电路设计

4.5 电源供电电路设计

4.6 时钟电路设计

4.7 外部存储电路设计

4.8 程序加载与USB通信电路设计

4.9 时间显示电路设计

4.10 温度采集电路设计

4.11 压力采集电路设计

4.12 电机驱动电路设计

4.13 电机工作电流采集电路设计

4.14 超声换能器驱动电路设计

4.15 OLED显示屏电路设计

4.16 电源管理电路设计

4.17 无线GPRS联网传输电路设计

4.18 本章小结

第五章 野外水样采集系统软件设计

5.1 引言

5.2 系统驱动程序设计

5.3 上位机软件程序设计

5.4 通信协议的设计与实现

5.5 本章小结

第六章 野外水样采集系统的实现与性能分析

6.1 引言

6.2 水样采集系统的实现与性能展示

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

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