嵌入式遠程河水水質實時監測與預測系統的研究

魯功

摘要：現階段我國針對河水水質檢測與預測要求日益提高，基于當前國內對水質監測研究來看主要以時滯系統理論為依據，該系統應用過程中所涉及到的運算較多，且較為復雜，針對不同水質監測結果與預測存在明顯差異。在實踐應用中發現以嵌入式系統為主對水質進行監測其效果較好，因此本文以嵌入式遠程河水水質實時監測與預測為核心，對其系統架構進行分析，并對實現系統設計與構建提出看法和建議。

關鍵詞：嵌入式系統；水質監測；預測系統

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）09-0113-01

現階段水質監測工作難度及復雜性不斷提高，為實現更準確的水質監測應積極引入水質預測，以對水質達到切實的監控效果，將水質污染問題有效控制。為實現河水水質的監測與預測就應引入嵌入式系統，這有利于河水水質監測目標的實現。下面本文將基于嵌入式監測與預測系統架構，具體闡述該系統構建，這具有十分重要的實踐意義。

1 系統架構

嵌入式遠程河水水質監測與預測系統，在應用中主要是通過水質傳感器對水質信息進行采集，嵌入式開發板將對所收集到的所有信息進行處理，再運用GPRS模塊將嵌入式開發板與遠端控制中心之間實現信息交互。從整體性角度來看該系統應主要包括三個部分結構。

1.1 信號采集電路方面

采集電路要通過水質傳感器、開放版、隔離電路等通過完成。例如水質傳感器在應用過程中以水質評價標準為基本依據對各項指標檢測進行完成，包括I類到V類評價準，I類與II類為水質優，III類為水質良好，IV類與V類為水質存在輕度污染與中度污染。完成基本指標檢測還應做好接口電路設計，即確保嵌入式開發板和傳感器的接入。除此之外對于隔離電路來說，應加強對信號干擾的處理，杜絕出現系統誤操作。

1.2 GPRS模塊電路方面

該模塊的選擇要滿足多鏈接需要，并滿足TCP/IP協議在模塊中要求，支持大容量緩存。例如EM310模塊，其價格相對低廉，功能較為齊全，在模塊應用中可發揮通信成本控制作用。另外為突出GPRS模塊作用要特別注意其接口設計，包括SIM接口、UART接口等，保證接口設計完善才能保證模塊通信功能正常應用。

1.3 系統硬件方面

該系統構建應充分考慮其硬件設計。以ARM嵌入式系統來看應注重其操作系統、引導程序的順利運行。例如，為保證其引導程序啟動及應用流暢應設置ROM存儲器，啟動環節可實現硬件初始化，并引導系統操作。同時要充分考慮到CPU、ARM核心板以及USB等硬件部分，以更好服務于系統運行。

2 嵌入式遠程河水水質監測與預測系統設計與構建

2.1 系統軟件設計

在嵌入式水質監測與預測系統設計中為達到預測目的，應引入BP人工神經網絡，并將BP人工神經網絡作為前饋神經網絡，已達到信號輸入與輸出的正常映射。同時為保證該系統軟件能夠達到準確的測試效果應進行相關訓練函數設定，以滿足測試實際需求。

系統軟件的設計要結合上位機與下位機等基礎設計要求，例如上位機軟件可引入OtCreator開發平臺，提高人機交互效果。為保障水質監測數據的接收與存儲要建立MYSQL數據庫。下位機軟件應保障GPRS模塊、數據采集與數據庫、人機交互功能有效實現。以GPRS模塊為，應充分滿足其數據發送功能，并能夠以短消息形式發送函數，完成網絡連接函數計算等。以采集模塊來看該模塊為水質監測及獲取水質信息的關鍵，要保證水質傳感器可以對高錳酸鹽指數、PH值、溶解氧、氨氮進行準確監測。以數據庫為例可以SQLite嵌入式數據庫為主，通過打開數據庫后進行sql語句數據，數據庫接到數據后將結果有效返回，進而關閉數據庫。

2.2 系統軟件平臺構建

基于軟件設計前提下完成嵌入式系統軟件平臺構建。該系統軟件平臺從構成上來看要主要包括SQLite數據庫、圖形界面、根文件系統、uboot+Linux操作系統、交叉編譯環境等等。

嵌入式系統對SQLite數據庫進行移植，即把主要代碼從sqlite中移植到opt目錄中，再完成交叉編譯目錄，并有效保存。需要注意的是該交叉編譯要進行工具鏈設計，目的在于使系統所有軟件與操作系統都在該編譯環境中。除此之外，該嵌入式系統軟件平臺構建要對根文件系統、uboot操作系統等均進行移植，以保證該系統的監測及預測結果更準確，達到對河水水質實時監測目的。

新時期為滿足水質監測需要，強化遠程河水水質監測效果實現嵌入式監測與預測系統的設計至關重要。在今后的系統開發及研究中要從其系統基本原理出發，明確系統架構基礎上充分結合河水水質預測要求，并積極引入BP人工神經網絡使嵌入式系統更加優化。該水質監測與預測系統的設計注重對上位機與下位機的基礎設計，在合理基礎設計搭建軟件平臺。該系統應充分發揮SQLite數據庫、Linux操作系統優勢，最大限度發揮出系統作用，達到對遠程河水水質監測目標。

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