一種基于gis的便捷式無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于GIS的便捷式無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，包括：監(jiān)測終端，包括核心板、功能模塊、信號采集板；所述功能模塊與核心板連接，所述信號采集板與核心板通信連接；監(jiān)控中心，通過4G網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)測終端實(shí)時(shí)通信連接；監(jiān)測管理交互平臺，通過4G無線網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心通信連接；移動終端設(shè)備，通過無線網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心通信連接。有益效果：基于GIS的便攜式無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)采用新款i.MX51高性能嵌入式控制系統(tǒng)、高精度水質(zhì)檢測、4G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPS定位技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、手機(jī)APP軟件技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的軟硬件綜合管理系統(tǒng)，應(yīng)用于水域水質(zhì)信息的實(shí)時(shí)檢測，完成水體生態(tài)修復(fù)的實(shí)時(shí)綜合評價(jià)，既可靠，又實(shí)用。
【專利說明】
一種基于GIS的便捷式無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，更具體地說，它涉及一種基于GIS的便捷式無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]水是生命之源，我們需要對水資源進(jìn)行有效的管理，保護(hù)水資源，監(jiān)管水污染。保護(hù)水資源關(guān)系到人類的未來，水質(zhì)監(jiān)測就是水資源保護(hù)的關(guān)鍵點(diǎn)。目前的水質(zhì)監(jiān)測主要是針對各個(gè)單點(diǎn)的水質(zhì)情況獨(dú)立進(jìn)行監(jiān)測，無法對多個(gè)單點(diǎn)的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳，比較各個(gè)單點(diǎn)的數(shù)據(jù)以及匯總分析，也無法具體針對客戶端的需求進(jìn)行水質(zhì)分析數(shù)據(jù)的反饋，因此這種監(jiān)測方法不夠科學(xué)，單點(diǎn)監(jiān)測的水質(zhì)數(shù)據(jù)無法實(shí)時(shí)上傳并與其他單點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，且不能按照客戶端的需求定制反饋所需數(shù)據(jù)，無法做到個(gè)性化以及無法進(jìn)行規(guī)?；臄?shù)據(jù)處理和比較，并且無法結(jié)合其他水質(zhì)數(shù)據(jù)和其他區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和分析。
[0003]這樣就需要有一套可靠、實(shí)用的水質(zhì)信息采集、監(jiān)測、管理系統(tǒng)，可以為環(huán)境管理提供數(shù)據(jù);獲取水體污染物的分布情況，追查污染物來源;獲取水質(zhì)實(shí)時(shí)信息，為水質(zhì)評價(jià)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ);為水污染治理、水體生態(tài)修復(fù)的實(shí)際效果提供反饋以及實(shí)時(shí)評價(jià)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種可靠、實(shí)用、實(shí)時(shí)的基于GIS的便捷式無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了如下技術(shù)方案:
[0006]—種基于GIS的便捷式無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，包括:
[0007]監(jiān)測終端，包括核心板、功能模塊、信號采集板;所述功能模塊與核心板連接，所述信號采集板與核心板通信連接；
[0008]監(jiān)控中心，通過4G網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)測終端實(shí)時(shí)通信連接；
[0009]監(jiān)測管理交互平臺，通過4G無線網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心通信連接；
[0010]移動終端設(shè)備，通過無線網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心通信連接；
[0011]所述核心板包括1.MX51微處理器，DDR2存儲器、NAND Flash芯片、時(shí)鐘電路、JTAG電路、啟動選擇電路，所述DDR2存儲器內(nèi)置于1.MX51微處理器中，所述NAND Flash芯片、時(shí)鐘電路、JTAG電路、啟動選擇電路均與1.MX51微處理器連接；
[0012]所述功能模塊包括:觸摸顯示屏、圖像采集傳感器、無線4G終端、GPS定位模塊、SD卡存儲電路、CAN總線接口模塊、串行接口模塊、網(wǎng)絡(luò)接口、光伏供電系統(tǒng);所述圖像采集傳感器、無線4G終端、GPS定位模塊、SD卡存儲電路、CAN總線接口模塊、串行接口模塊、網(wǎng)絡(luò)接口均與核心板雙向通信連接；
[0013]所述信號采集板通過CAN總線與核心板雙向通信連接；
[0014]所述信號采集板包括主控芯片、水質(zhì)傳感器、水樣采集模塊;所述水質(zhì)傳感器和水樣采集模塊均與主控芯片連接，所述主控芯片與CAN總線接口模塊通信連接。
[0015]進(jìn)一步的，所述觸摸顯示屏為電容式觸摸顯示屏。
[0016]進(jìn)一步的，所述圖像采集傳感器為0V5640。
[0017]進(jìn)一步的，所述監(jiān)測終端的服務(wù)器采用Linux操作系統(tǒng)。
[0018]進(jìn)一步的，所述主控芯片為以ARM Cortex—M3為內(nèi)核的STM32F103ZET6芯片。
[0019]進(jìn)一步的，所述水質(zhì)傳感器包括濁度傳感器、溶解氧傳感器、電導(dǎo)率傳感器、PH傳感器、水下溫度傳感器。
[0020]進(jìn)一步的，所述移動終端設(shè)備包括手機(jī)，平板電腦，筆記本電腦。
[0021]有益效果:基于GIS的便攜式無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)采用新款1.MX51高性能嵌入式控制系統(tǒng)、高精度水質(zhì)檢測、4G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPS定位技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、手機(jī)APP軟件技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的軟硬件綜合管理系統(tǒng)，應(yīng)用于水域水質(zhì)信息的實(shí)時(shí)檢測，完成水體生態(tài)修復(fù)的實(shí)時(shí)綜合評價(jià)，既可靠，又實(shí)用。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型的檢測終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]圖2為本實(shí)用新型的監(jiān)測終端控制系統(tǒng)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0025]一種基于GIS的便捷式無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，包括監(jiān)測終端，GIS水質(zhì)監(jiān)控中心、監(jiān)測管理交互平臺和移動終端設(shè)備。監(jiān)測終端獲取水質(zhì)、GPS實(shí)時(shí)信息，監(jiān)測管理交互平臺通過4G無線終端，實(shí)時(shí)接收監(jiān)控中心下發(fā)的檢測點(diǎn)水質(zhì)信息數(shù)據(jù)，移動終端設(shè)備通過4G無線與監(jiān)控中心通信連接。
[0026]參照圖1，監(jiān)測終端包括核心板，各功能模塊和信號采集板。核心板包括Freescale公司的1.MX51微處理器，DDR2存儲器、NAND Flash芯片、時(shí)鐘電路、JTAG電路、啟動選擇電路。處理器配置ARM Cortex-A8內(nèi)核的Freescale 1.MX51，主頻800MHz，配置32K的指令緩存和數(shù)據(jù)緩存、256K的二級緩存；配置是ARMl I芯片的2倍，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力；1.MX51內(nèi)部集成DDR2內(nèi)存控制器，可以方便地實(shí)現(xiàn)DDR2內(nèi)存的控制。1.MX51嵌入式控制芯片運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高速控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信以及功能實(shí)現(xiàn)。核心板的內(nèi)存芯片選用了4片256M*8位的K4T2G084QA DDR2組成IGB的DDR2存儲陣列。K4T2G084QA采用三星半導(dǎo)體有限公司的DDR2存儲器，單片容量為256MB，數(shù)據(jù)長度為8位，1.MX51微處理器可以支持32位數(shù)據(jù)長度，這里選用4片K4T2G084QA，系統(tǒng)總內(nèi)存容量為1GB。核心板的NANDFlash芯片選用MT29F8G08ABABA，用于存放內(nèi)核代碼，應(yīng)用程序，以及文件系統(tǒng)。MT29F8G08ABABA是美光公司的NAND Flash存儲器，單片容量為IGB，數(shù)據(jù)長度為8位，PDS048封裝。時(shí)鐘電路為24MHz晶振，作為系統(tǒng)的總時(shí)鐘;經(jīng)過內(nèi)部鎖相環(huán)倍頻后，作為內(nèi)部各模塊電路的時(shí)鐘信號。啟動選擇電路為2位撥碼開關(guān)，實(shí)現(xiàn)1.MX51微處理器的啟動方式的選擇。
[0027]另外，通過1.MX51的外設(shè)接口可控制各個(gè)功能模塊，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的各個(gè)功能。功能模塊包括觸摸顯示屏、圖像采集傳感器、無線4G終端、GPS定位模塊、SD卡存儲電路、CAN總線接口模塊、串行接口模塊、網(wǎng)絡(luò)接口、光伏供電系統(tǒng)。圖像傳感器采用0V5640完成1080高清水體圖像的采集，由1.MX51處理器讀取，通過4G無線傳輸終端發(fā)送到監(jiān)控中心存檔;監(jiān)控中心可以通過水質(zhì)圖像色彩分析算法實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的軟件分析。無線4G終端采用華為ME906E，將水質(zhì)信息、GPS位置數(shù)據(jù)，通過4G無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心，同時(shí)無線通信模塊還接收監(jiān)控中心的各種控制命令，包括圖像采集命令、定點(diǎn)水質(zhì)信息采集命令、便攜式無線水質(zhì)監(jiān)測終端參數(shù)配置等。GPS定位模塊輸出系統(tǒng)所處的經(jīng)瑋度，并通過無線4G模塊傳送到控制中心站，存儲在控制中心站的數(shù)據(jù)庫中。這里，采用GPS模塊為U-Blox公司的NE0-6模塊，具有50個(gè)通道，追蹤靈敏度高達(dá)-16 IdBm，測量輸出頻率最高可達(dá)5Hz;模塊兼容3.3V/5V電平，方便連接各種主控系統(tǒng);模塊自帶可充電后備電池，可以掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)。NE0-6模塊與控制芯片具有串口、USB兩種接口方式，這里采用串口接口方式;通過串口輸出數(shù)據(jù)，1.MX51核心控制芯片可以通過串口讀取NE0-6模塊的數(shù)據(jù)。SD卡存儲電路實(shí)現(xiàn)水質(zhì)信息的掉電存儲。CAN總線接口模塊用來實(shí)現(xiàn)核心控制板和信號檢測板的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀取。
[0028]信號采集板包括主控芯片、水質(zhì)傳感器、水樣采集模塊。這里，采用以ARMCortex—M3為內(nèi)核的STM32F103ZET6芯片實(shí)現(xiàn)各種水質(zhì)傳感器的控制、信號采集功能。水質(zhì)傳感器采用270-WQ系列的濁度傳感器、溶解氧傳感器、電導(dǎo)率傳感器、PH傳感器、水下溫度傳感器。傳感器測量的數(shù)據(jù)對應(yīng)4-20mA電流信號輸出，通過檢測電路轉(zhuǎn)化為電壓信號，由STM32F103ZET6內(nèi)置的AD轉(zhuǎn)換器讀入，同時(shí)由軟件處理轉(zhuǎn)換為CAN總線數(shù)據(jù)，通過CAN總線模塊發(fā)送給1.MX51核心板。水樣采集模塊為一個(gè)電動水栗，通過直流電機(jī)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)進(jìn)水和排水功能，STM32芯片可以控制水樣采集直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速以及方向。
[0029]另外，參照圖2，對整個(gè)檢測系統(tǒng)進(jìn)行軟件控制，步驟為:
[0030](I)Linux操作系統(tǒng)加載，自動運(yùn)行開機(jī)啟動進(jìn)程，驅(qū)動7寸電容式觸摸顯示屏，進(jìn)入開機(jī)主界面。對功能模塊進(jìn)行初始化，包括4G無線傳輸終端的波特率和工作模式設(shè)置、GPS定位模塊的波特率和工作模式設(shè)置、圖像采集芯片0V5640配置、水樣采集直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速以及方向參數(shù)設(shè)置。
[0031](2)檢測圖像傳感器芯片0V5640工作是否正常、檢測ADC采集電路工作是否正常、檢測水栗是否能正常進(jìn)出水；
[0032](3)檢測系統(tǒng)供電電池電壓是否正常，發(fā)現(xiàn)欠壓情況，控制光伏充電電路對鋰電池充電。
[0033](4)便攜式無線水質(zhì)監(jiān)測終端功能運(yùn)行控制:
[0034]I)控制水樣采集直流無刷電機(jī)，將水樣抽取到容器中；
[0035]2)水樣采集結(jié)束后，系統(tǒng)控制各種水質(zhì)傳感器工作，測量相應(yīng)的水質(zhì)參數(shù)，顯示在顯不屏上，并存儲在SD卡中；
[0036]3)讀取檢測點(diǎn)GPS定位數(shù)據(jù)，并存儲在SD卡中；
[0037]4)拍攝采集點(diǎn)水體照片，顯示在顯示屏上，并存儲在SD卡中；
[0038]5)系統(tǒng)將水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)、檢測點(diǎn)GPS定位數(shù)據(jù)、采集點(diǎn)水體圖像信息通過4G無線傳輸終端發(fā)送到監(jiān)控中心。
[0039]另外，監(jiān)控中心可以通過4G網(wǎng)絡(luò)與無線水質(zhì)監(jiān)測終端實(shí)時(shí)通信，獲取水質(zhì)信息以及監(jiān)測終端的GPS實(shí)時(shí)定位信息，并且存儲在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理;通過數(shù)字地圖實(shí)現(xiàn)移動檢測點(diǎn)的GPS位置顯示、水質(zhì)信息顯示、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析;具有檢測點(diǎn)水質(zhì)信息顯示以及查詢、水體污染源GIS監(jiān)管、水體圖片顯示、水質(zhì)監(jiān)管以及水體生態(tài)化修復(fù)的實(shí)時(shí)效果評價(jià)、無線水質(zhì)監(jiān)測管理交互平臺遠(yuǎn)程控制、手機(jī)端APP軟件遠(yuǎn)程交互等功會K。
[0040]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本實(shí)用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于Gis的便捷式無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括: 監(jiān)測終端，包括核心板、功能模塊、信號采集板;所述功能模塊與核心板連接，所述信號采集板與核心板通信連接； 監(jiān)控中心，通過4G網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)測終端實(shí)時(shí)通信連接； 監(jiān)測管理交互平臺，通過4G無線網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心通信連接； 移動終端設(shè)備，通過無線網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心通信連接； 所述核心板包括1.MX51微處理器，DDR2存儲器、NAND Flash芯片、時(shí)鐘電路、JTAG電路、啟動選擇電路，所述DDR2存儲器內(nèi)置于1.MX51微處理器中，所述NAND Flash芯片、時(shí)鐘電路、JTAG電路、啟動選擇電路均與1.MX51微處理器連接； 所述功能模塊包括:觸摸顯示屏、圖像采集傳感器、無線4G終端、GPS定位模塊、SD卡存儲電路、CAN總線接口模塊、串行接口模塊、網(wǎng)絡(luò)接口、光伏供電系統(tǒng);所述圖像采集傳感器、無線4G終端、GPS定位模塊、SD卡存儲電路、CAN總線接口模塊、串行接口模塊、網(wǎng)絡(luò)接口均與核心板雙向通信連接； 所述信號采集板通過CAN總線與核心板雙向通信連接； 所述信號采集板包括主控芯片、水質(zhì)傳感器、水樣采集模塊;所述水質(zhì)傳感器和水樣采集模塊均與主控芯片連接，所述主控芯片與CAN總線接口模塊通信連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GIS的便捷式無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述觸摸顯示屏為電容式觸摸顯示屏。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GIS的便捷式無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集傳感器的信號為0V5640。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GIS的便捷式無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述1.MX51微處理器運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GIS的便捷式無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述主控芯片為以ARM Cortex—M3為內(nèi)核的STM32F103ZET6芯片。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GIS的便捷式無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述水質(zhì)傳感器包括濁度傳感器、溶解氧傳感器、電導(dǎo)率傳感器、PH傳感器、水下溫度傳感器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GIS的便捷式無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述移動終端設(shè)備包括手機(jī)，平板電腦，筆記本電腦。
【文檔編號】G01N33/18GK205538938SQ201620061068
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月21日
【發(fā)明人】李惠英
【申請人】浙江水利水電學(xué)院