水體監(jiān)測智能漂流瓶的設(shè)計和實現(xiàn).pdf

1、水資源在眾多資源中是最具活力的資源，也是一種被我們廣泛利用的資源之一。隨著工業(yè)不斷發(fā)展和城市化進程的加快，不均勻的水資源和水污染問題更加嚴峻，也很大程度上阻礙了現(xiàn)代社會的經(jīng)濟發(fā)展和進步。目前，我國擁有廣泛的江河湖海，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，它們整體污染情況十分嚴重，而且重度污染地區(qū)范圍在不斷的擴大，大約百分之九十的湖泊出現(xiàn)了富營養(yǎng)化，嚴重影響了生態(tài)平衡;同時我國城鄉(xiāng)飲水問題也受到了嚴重威脅。最新數(shù)據(jù)顯示，全國范圍內(nèi)有有超過百分之五十的城鎮(zhèn)飲用水

2、源不符合飲用水水質(zhì)標準，近百分之三十的水源已經(jīng)無法使用。因此，如何快速對水資源進行監(jiān)測快速判斷水資源的污染狀況從而采取防治措施顯得尤為重要。
　　我國水體監(jiān)測領(lǐng)域信息化程度還比較滯后，目前我國對水體表層的實時追蹤和監(jiān)測手段主要有衛(wèi)星遙感、雷達探測、航空遙感、計算機模擬和巡邏艇搜尋等方法，對于表層漂流型水文浮標的運用還鮮見報道。
　　表層漂流型監(jiān)測器因其成本適中可以移動測量且無需人工干預(yù)，在水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域是個熱門研究方向。目前包

3、括美國在內(nèi)的多個發(fā)達國家都對其進行了研究，但研究主要集中在浮標型監(jiān)測器上，然而傳統(tǒng)浮標型檢測器受制于設(shè)備體積、監(jiān)控參數(shù)等，且不具備處理數(shù)據(jù)的能力，需要跟監(jiān)測站聯(lián)網(wǎng)進行協(xié)同測量，使得應(yīng)用受限。于是，智能化漂流監(jiān)測器的出現(xiàn)就越趨必然，以功能更豐富處理能力更強大的漂流體代替浮標，是漂流監(jiān)測器智能化的趨勢。
　　本文設(shè)計的水體監(jiān)測智能漂流瓶，以一個基于雙模衛(wèi)星定位的嵌入式系統(tǒng)為核心，外圍配備各種傳感器和能量供應(yīng)模塊，使其可以多功能高效持久

4、地工作，實現(xiàn)自動化水質(zhì)監(jiān)測，路徑記錄。采用數(shù)字化傳感器進行信號采集，將高性能電子控制系統(tǒng)應(yīng)用到漂流檢測領(lǐng)域，使得本來功能單一的浮標檢測器實現(xiàn)功能多樣化;采用雙電源系統(tǒng)強化了系統(tǒng)的可靠性和魯棒性;同時具備定位和信息交互功能，可以為后臺分析處理提供依據(jù)，使得應(yīng)用更加方便靈活。
　　本文主要介紹水體監(jiān)測智能漂流瓶的軟硬件實現(xiàn)。
　　硬件方面，本設(shè)計采用Cortex-M0內(nèi)核微功耗MCU作為智能控制嵌入式系統(tǒng)的主控制器，同時外擴片外

5、Flash作為水質(zhì)數(shù)據(jù)的記憶載體。利用雙模衛(wèi)星接收模塊定位，外圍傳感器可采集周邊水體的水質(zhì)參數(shù)。系統(tǒng)采用鋰電池加太陽能電池雙電源系統(tǒng)作為能量供給。
　　軟件方面，方案在嵌入式平臺上運行uCosII多任務(wù)實時操作系統(tǒng)。系統(tǒng)上電后，主程序隨即執(zhí)行自身的初始化，然后讀取環(huán)境變量，進入設(shè)定的工作模式，執(zhí)行任務(wù)。本設(shè)計將軟件功能劃分為5大任務(wù)并用優(yōu)先級唯一標示，分別為:工作模式調(diào)整任務(wù)、數(shù)據(jù)采集任務(wù)、消息上報任務(wù)、命令解析任務(wù)、休眠控制任務(wù)

6、。其中數(shù)據(jù)采集任務(wù)是軟件核心部分，它包括外圍傳感器的IO操作，數(shù)據(jù)采集處理，數(shù)據(jù)庫管理，還有關(guān)鍵技術(shù)雙模接收數(shù)據(jù)的信息融合等等。
　　最后通過實驗錄得智能漂流監(jiān)測器在水平面無遮擋物的情況下最多接收到8個GPS衛(wèi)星和10個BD2衛(wèi)星信號，平均是6個GPS衛(wèi)星，6個BD2衛(wèi)星，位置信息經(jīng)過實地測量對比經(jīng)緯度基準點偏差小于5米。智能漂流監(jiān)測器在太陽能電源關(guān)閉的狀態(tài)下，能在水中以正常模式持續(xù)工作12小時，節(jié)電模式持續(xù)工作36小時;在太陽能