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水质参数在线监测及传输的嵌入式系统设计

作　者: 万国帅
导　师: 李宝营
学　校: 大连工业大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: ARM11 LINUX 图形界面（QT）传感器
分类号: X832
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

水质参数监测是水处理过程中的重要组成部分。对水环境的温度、溶解氧、pH值和浊度等参数进行迅速、准确的在线实时监测，不仅为水处理提供依据，还可为海洋淡水资源再利用、水产养殖提供数据和资料，为水资源的节能环保，实现水资源可持续发展战略提供实施基础。为了能够更好地对现场环境水质进行多点监测，本课题所要设计的系统功能是采用ARM-Linux为上位机，单片机为下位机实现水质参数的自动监测及传输。系统采用32位ARM微处理器为核心，通过传感器采集现场水质参数，以Modbus协议方式实现RS-485总线的数据传输，实现数据远传及多点监测。现场采集的数据经过CPU处理后，可以显示LCD触摸屏上，在QT技术的支持下，可以通过丰富的图形界面功能，显示现场实时数据的变化趋势，具有良好的人机界面。主要研究成果如下：第一，基于计算机网络技术与传感器技术，建立了一种全信息化的水质参数在线监测模式，采用两级计算机的分布式控制系统结构。第二，分析水质参数，包括水温、酸碱度、溶解氧含量，给出了测量传感器的合理选择。第三，下位机系统由STC12C5A60S2单片机和其外围扩展电路组成，将多台下位机系统通过RS485总线以Modbus协议与上位机相连，组成监测系统。第四，对上位机进行软件编程，设计了一套多功能、人机界面灵活的监测程序。最后，在实验室环境下，对多参数水质在线监测系统进行测试，得研究结果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-12
  1.1 水质监测的意义  10
  1.2 水质监测国内外的研究动态  10-11
  1.3 本设计主要研究的内容  11-12
第二章系统的总体设计  12-19
  2.1 系统的基本组成  12-13
  2.2 系统的开发工具及平台  13-16
    2.2.1 嵌入式系统概述  13
    2.2.2 ARM 处理器  13-14
    2.2.3 Linux 操作系统  14-15
    2.2.4 MODBUS 协议  15-16
  2.3 传感器的选择  16-19
    2.3.1 温度传感器  16-17
    2.3.2 PH 值传感器  17-18
    2.3.3 溶解氧传感器  18-19
第三章下位机的系统设计  19-35
  3.1 硬件设计部分  19-32
    3.1.1 单片机及其外围电路的设计  19-21
      3.1.1.1 STC12C5A60S2 简介  19-20
      3.1.1.2 下位机外围电路总体设计  20-21
    3.1.2 复位电路及时钟振荡电路  21-22
      3.1.2.1 复位电路  21-22
      3.1.2.2 时钟振荡电路  22
    3.1.3 电源电路  22-23
    3.1.4 数据采集电路  23-29
      3.1.4.1 温度测量电路  23-25
      3.1.4.2 A/D 转换  25-26
      3.1.4.3 PH 值采集电路  26-29
      3.1.4.4 溶解氧测量电路  29
    3.1.5 RS-485 通信电路  29-32
      3.1.5.1 RS-485 总线简介  30
      3.1.5.2 串行口通信电路  30-31
      3.1.5.3 地址拨码开关  31-32
    3.1.6 RS232 接口电路  32
  3.2 软件部分的设计  32-35
    3.2.1 主程序设计  32-33
    3.2.2 串行口通信模块  33-35
第四章上位机系统设计  35-61
  4.1 ARM11 硬件平台简介  35-36
  4.2 Linux 操作系统开发流程  36-42
    4.2.1 Linux 的开发环境建立  36-38
      4.2.1.1 配置 NFS 网络文件系统  36-37
      4.2.1.2 samba 服务器的设置  37
      4.2.1.3 交叉编译器的安装  37-38
      4.2.1.4 mkcramfs 的安装  38
    4.2.2 Linux 内核的裁剪、编译及移植  38-40
    4.2.3 uboot 的配置及编译  40-41
    4.2.4 根文件系统制作  41-42
  4.3 系统驱动程序设计  42-49
    4.3.1 Linux 设备驱动基础概述  42-45
      4.3.1.1 驱动的设备类型及其设备号  43-44
      4.3.1.2 应用程序接口函数  44
      4.3.1.3 Linux 设备驱动开发流程  44-45
    4.3.2 LCD 液晶显示器驱动  45-47
      4.3.2.1 LCD 控制器  45
      4.3.2.2 LCD 驱动移植  45-47
    4.3.3 触摸屏驱动  47-49
      4.3.3.1 触摸屏类型及工作原理  47-48
      4.3.3.2 触摸屏驱动移植  48-49
  4.4 QT 的人机界面  49-55
    4.4.1 QT 介绍  50
    4.4.2 QT 环境搭建  50-51
    4.4.3 QT 基本控件  51-55
      4.4.3.1 QT 常用部件及相关函数  51-52
      4.4.3.2 QT 的信号与槽机制  52-54
      4.4.3.3 QT 事件处理  54-55
  4.5 QT 的监测管理软件编制  55-61
    4.5.1 串行操作的设计及编程  56-58
    4.5.2 数据处理及编程  58-59
    4.5.3 水质监测编程  59-61
第五章总结与展望  61-62
参考文献  62-64
攻读学位期间的研究成果  64-65
致谢  65-66
附录 A  66-76
附录 B  76

水质参数在线监测及传输的嵌入式系统设计

内容摘要

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