基于嵌入式技术水质分析仪关键技术的研究

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1、浙江理工大学硕士学位论文摘要随着人类社会的飞速发展，工农业生产所产生的废弃物与日俱增。这些废弃物如果未经过严格的处理就直接或者间接的排放到水域中，会给水坏境造成严重的污染。近年来，重大的水环境污染事件频繁发生，为了预防水质污染所产生的严重后果，对水质进行实时的在线监测，建立早期的预警系统就显的格外的重要。随着现代信息技术、微电子技术和生物技术的不断发展，利用水生生物来检测水质受污染情况的应用越来越多。本课题中所研究的水质分析仪是根据毒性物质对特殊的发光细菌的发光度的抑制作用而设计的，它通过检测发光细菌发光度的变化，分析被测水样中的重金属和其它有机污染物所造成的

2、生物毒性。水质分析仪采用三星公司的微处理器$3C2410作为控制核心，采用嵌入式Linux操作系统，并辅以相应的外围电路作为硬件电路平台实现一个自动化程度比较高的智能控制系统。本系统可以快速准确的在线监测水质的综合毒性。本文的主要工作包括以下几个方面：(1)本文针对嵌入式系统的功耗优化进行了深入的研究。在嵌入式系统的硬件级，通过对动态功耗和静态功耗的产生及其功耗模型进行研究，提出了功耗敏感性分析的概念，在电路设计中充分考虑功耗敏感性特性，能够设计出相对功耗较小的电路。在软件级，首先完成嵌入式软件功耗度量的基础上，通过对硬件微结构级和电路级功耗模型的研究，分析出

3、了软件功耗产生原因和构成因素。以此作为理论依据，在本系统软硬件设计时，尽量充分考虑各因素对功耗的影响，从而尽可能降低本系统的功耗。(2)对发光细菌检测生物毒性的原理进行了研究，通过实验数据的采集，构建了发光细菌的生长曲线以及发光细菌在有毒物质的作用下发光强度的变化曲线，为测定和判断水质的受污染等级提供依据。根据数据分析结果，针对被测水样的浊度对细菌发光信号的影响，利用一种浊度补偿算法对采集的光信号数据进行修正，使其尽量准确。(3)对嵌入式系统的硬件电路进行设计，包括CPU核心电路的设计和一些外围控制电路的设计。CPU核心电路的设计主要有处理器、Flash、SD

4、RAM、网浙江理工大学硕士学位论文络接口电路、标准JTAG接口、电源电路、复位电路、时钟电路等的设计。外围电路模块主要包括触摸屏和LCD显示接口电路、Uart接口电路、以太网外围接口电路、电机驱动电路、流量阀控制电路、光信号和温度数据采集电路、电压转换电路等几个模块。其中，对步进电机进行深入的研究后，提出了一种启动控制算法，从而使步进电机在启动时经常出现的启动时间慢、启动失步甚至是不能启动等问题得到了改善。(4)构建合适的嵌入式Linux操作系统。针对选定的硬件平台进行了嵌入式Linux内核的移植、vivi引导加载程序的移植i根文件系统的移植、QT的移植和应用

5、程序的编写。关键词：嵌入式技术；水质分析仪；功耗优化；发光细菌；生物毒性Ⅱ浙江理工大学硕士学位论文StudyofKeyTechnologiesofWaterAnalyzerbasedOilembeddedtechnologyABSTRACTWiththedevelopmentofthehumansociety,moreandmorewastegeneratedbyindustrialandagriculturalproductionisdischarged．Itwillcauseseriouswaterpollutionifthesewastesaredire

6、ctlyorindirectlydischargedintowaterswithoutanytreatment．Inrecentyears，waterpollutionincidentshaveoccurredfrequently．Inordertopreventwaterpollution,itisimportmenttoestablishearlywarningsystemsandmonitorthewaterq砌ity．Theapplicationsofwaterqualitytestingusingaquaticbecomemoreandmorewit

7、hthedevelopmentofthemodeminformationtechnology,microelectronicsandbiotechnology．Inthispaper,thewateranalyzerisdesignedbasedontheprinciplethattoxicsubstancescallinhibittheluminousintensityofphotobacterium．Itdetectschangesofluminousintensityoflight-emittingbacteriainordertoanalysisofb

8、iologicaltoxicityof