基于嵌入式系统的水污染数据采集终端的设计

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1、研究生课程考试成绩单（试卷封面）院系电气工程学院专业电力电子与电力传动学生姓名陈春华学号081823课程名称单片机及智能仪器授课时间2009年3月至2009年5月周学时3学分3简要评语考核论题总评成绩（含平时成绩）备注任课教师签名：日期：注：1.以论文或大作业为考核方式的课程必须填此表，综合考试可不填。“简要评语”栏缺填无效。2.任课教师填写后与试卷一起送院系研究生秘书处。3.学位课总评成绩以百分制计分。基于嵌入式系统的水污染数据采集终端的设计学号：16004520姓名：陈春华1.概述环境污染问题日益严重，对污染物排放的控制越来越得到人们的重视。要对污染排放进行控制，先需要对

2、各污染源的污染物排放情况进行在线监测。环保在线监测仪在国外已有成套的技术方法和标准化的仪器。目前我国的环保监测仪器基本还采用的是实验室分析仪器，工作量大，取样频率低，无法满足污染物总量控制的要求。本课题针对污染源水质在线监测具体应用，致力于环保领域的在线检测和科学研究[1-2]。1.1基于ARM微处理器的数据采集系统目前，常用的数据采集装置，系统硬件多采用单片机进行控制，软件多采用单任务顺序机制。这样，系统不仅处理能力有限，而且存在系统安全性差的问题。ARM技术是嵌人式系统方面的主流技术，其应用领域也越来越广泛。目前市场上的ARM芯片速度可达几百兆，以此为主控芯片可实现高速、

3、高精度且具有一定处理能力的数据采集处理系统[3]。1.2数据的采集数据采集是监控设备运行状况必不可少的重要环节，能够将模拟量转换成数字量并且输人到CPU，这也是数据采集系统的基本功能.。在一些ARM单片机中自带了AD转化器，比如PHILIPS公司的LPC2210，它是基于一个支持实时仿真和嵌人式跟踪的16/32位ARM7TDMICPU的微控制器，带有8路10位ADC。也可以采用专有的AD转换芯片对输入的模拟量进行数字变换。但使用独立的AD芯片，势必会导致成本的提高，不利于整个系统的经济型。但无论是处理器自带的AD还是专有AD芯片都要对输入的模拟量信号进行预处理，完成输入信号的

4、的滤波与放大[4-7]。1.3数据采集板卡与主控模块的通信数据采集板卡与主控模块之间必定需要一定的确定的形式进行数据的传输与通信，而总线技术很好的解决了工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。以下是控制领域常用的几种总线形式，我们可以根据不同的需要采用符合项目要求的总线[8-12]。1.3.1RS-485RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV

5、的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。1.3.2CAN最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。CAN支

6、持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M/1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。目前已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。1.3.3LonWorksLonWorks技术是美国Echelon公司于1990年12月为支持LON总线推出的全分布式智能控制网络技术，特点如下:神经元(Neuron)芯片是技术的核心，它具备了通讯与控制功能，并且固化了ISO的全部七层协议，LonTalk是LON总线的通信协议，支持七层网络协议，提供了一个固化在神经元芯片的网络操作系统。网络通信采用了

7、面向对象的设计方法(网络变量)，使网络通信的设计简化为参数设置，从而节省了大量的设计工作量。1.3.4I2C总线I2C（Inter-IC）总线10多年前由Philips公司推出，是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。1.4嵌入式操作系统随着计算机技术的迅速发展和芯片制造工艺的不断进步，嵌入式系统的应用日益广泛：从