主頁（http://www.by236.com）：基于ARM7的嵌入式建筑水質監測系統的研究與設計

        【中國集群通信網】：本文以32位ARM7微處理器為核心，設計了一種集建筑水質信號監測、以太網通信和自動報警為一體的嵌入式應用系統，并以此為基礎構建了基于以太網的分布式嵌入式監控系統，用于對建筑內分散的水質監測點進行遠程監控、統一管理。

        建筑水質監測數據是建筑環境保護決策的重要依據，在資源日益緊張的今天，日常生活所需的水資源廣泛引起人們的關注，在全世界都在提倡節約水資源、保護水資源的今天，人們希望有關部門對水資源狀態有一個實時的信息公布。目前，在實際工作中，大量采用的建筑水質監測手段仍然是傳統的實驗室手工分析方法，這種水質監測存在著很多問題，水質監測點少，不能全面實時提供建筑用水的水質情況；現場監測能力低，不能及時掌握水污染事故和水質突變情況；同時水質監測信息處理實時性差，不能滿足新時期水資源管理保護的要求。隨著建筑環境保護事業的不斷發展，對建筑環境監測的要求越來越高，傳統的監測方法和手段已經不能滿足當今社會的需求。針對上面問題，經過分析國內外水質監測方法，某公司自主研究開發了一套建筑水質監測系統，可以對建筑水域進行連續在線監測、自動采樣、自動分析，并自動將數據上傳到監控中心。

        在這個系統中，以32位嵌入式S3C44B0X-ARM7作為水質監測儀的核心器件，配合相關的外圍電路，和無線通信接口，將水質傳感器檢測到的電信號轉換成標準信號，經過數據運算處理，變換成代表實際化學或物理量的數據顯示在液晶屏上，以供現場人員的觀測、記錄和分析，為建筑管理部門分析水質狀況，及時地提供了現場數據資料。

監測系統的總體設計
        本系統的設計目標是對建筑內相對分散的無人值守的用水區域進行集中監控、統一管理，要求下位機能對其進行實時監控，及時發現不達標的水質，對發現的異常情況迅速通知監控人員。為此，系統采用了如圖1所示的結構。

        整個系統由中心機房和各遠程監測端組成，遠端監測端的核心設備是遠端監測儀，各遠端監測儀與監測中心計算機通過以太網接口組成VLAN（也可通Internet相連），終端之間的數據通過TCP/IP協議進行通訊。

系統上/下位機的設計
        系統的上位機由裝有專用監控軟件的PC機構成。監控人員可以直接通過以太網訪問各個遠程監測端——監測儀，了解其工作狀態。

        系統的下位機是數臺遠端監測儀，該監測儀是整個監控系統的核心處理設備，主要實現如下功能。

        ·實時監控機房的水質參數，包括pH值、含氧量、濁度等；

        ·通過以太網與中心機房保持實時通訊；

        ·通過鍵盤和液晶顯示屏設置系統信息；

        ·通過LCD顯示屏和揚聲器，發出報警信號。

        本監測儀以基于Linux的嵌入式系統為核心，通過鍵盤進行人機對話，數據可通過LCD屏實現現場顯示。重要數據以文件形式保存在Flash存儲器中，數據和報警信息還可通過串口向上位機傳輸，也可通過以太網向Inernet發布信息。用戶可通過顯示界面查看水質的各種參數，實現遠程監控、遠程維護。其結構如圖2所示。

水質監測儀的硬件設計
        由于ARM處理器接口豐富，功能較強，因此以ARM處理器為核心構成的嵌入式系統電路較為復雜。為了使設計過程更加條理清晰，這里將整個系統分為微處理器及其外圍電路、數據采集和處理電路、網絡接口電路和電源、復位電路等功能模塊，分別展開設計。

數據采集和處理電路
        嵌入式系統是嵌入到設備內部完成特定控制功能的計算機系統，因此對所控制對象的特征信號進行采集和處理，轉換成控制信息是各種嵌入式系統必不可少的環節。本系統設計了由pH值傳感器、溶解氧傳感器、濁度傳感器等組成的多路數據采集端，對建筑水質的pH值、溶解氧、濁度等進行實時監控。S3C44B0X自帶一個8通道的10位A/D轉換器，該轉換器可以通過軟件設置為Sleep模式以減少功耗。

網絡接口電路
        隨著Internet的普及，為適應嵌入式分布處理和上網需求，嵌入式系統要求配備一種或多種標準的網絡通信接口，支持TCP/IP協議。本系統選用RTLSO19AS芯片作為網絡控制器，通過S3C44B0X控制，與上位機實現以太網通信。RTLSO19AS內部結構按功能可劃分為：接收功能模塊、CRC產生模塊、發送功能模塊、地址識別模塊、FIFO控制模塊、協議邏輯陣列模塊及DMA和緩沖控制模塊。

輸入/出接口電路
        為了降低系統的功耗和成本，嵌入式應用系統的輸入輸出設備常常比較簡單。常用的有鍵盤、液晶顯示屏等，通過這些設備可以對系統進行功能設置。

1、鍵盤接口電路
        鍵盤是嵌入式應用系統中最常用的輸入設備，本系統將設置8個端口為外部中斷輸入端口，組成最簡單的4×4按鍵電路，配合液晶屏進行系統的設置和查詢。

2、音頻報警電路
        本系統將端口PE6設置為輸出端口，直接控制蜂鳴器輸出，用作系統設置和調試時的操作提示。

3、LCD顯示
        S3C44B0X中具有內置的LCD控制器，它具有將顯示緩存（在系統存儲器中）中的LCD數據傳輸到外部LCD驅動電路的邏輯功能。S3C44B0X中內置的LCD控制器可支持單色、4級、16級灰度模式和256級彩色的LCD。
(中國集群通信網 | 責任編輯：陳曉亮)