基于嵌入式技術(shù)的水質(zhì)分析儀關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、隨著人類社會(huì)的飛速發(fā)展,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢棄物與日俱增。這些廢棄物如果未經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的處理就直接或者間接的排放到水域中,會(huì)給水壞境造成嚴(yán)重的污染。近年來(lái),重大的水環(huán)境污染事件頻繁發(fā)生,為了預(yù)防水質(zhì)污染所產(chǎn)生的嚴(yán)重后果,對(duì)水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè),建立早期的預(yù)警系統(tǒng)就顯的格外的重要。
　　 隨著現(xiàn)代信息技術(shù)、微電子技術(shù)和生物技術(shù)的不斷發(fā)展,利用水生生物來(lái)檢測(cè)水質(zhì)受污染情況的應(yīng)用越來(lái)越多。本課題中所研究的水質(zhì)分析儀是根據(jù)毒性物質(zhì)對(duì)特殊的

2、發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光度的抑制作用而設(shè)計(jì)的,它通過(guò)檢測(cè)發(fā)光細(xì)菌發(fā)光度的變化,分析被測(cè)水樣中的重金屬和其它有機(jī)污染物所造成的生物毒性。水質(zhì)分析儀采用三星公司的微處理器S3C2410作為控制核心,采用嵌入式Linux操作系統(tǒng),并輔以相應(yīng)的外圍電路作為硬件電路平臺(tái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)自動(dòng)化程度比較高的智能控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確的在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)的綜合毒性。
　　 本文的主要工作包括以下幾個(gè)方面:
　　 (1)本文針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的功耗優(yōu)化進(jìn)行了深

3、入的研究。在嵌入式系統(tǒng)的硬件級(jí),通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)功耗和靜態(tài)功耗的產(chǎn)生及其功耗模型進(jìn)行研究,提出了功耗敏感性分析的概念,在電路設(shè)計(jì)中充分考慮功耗敏感性特性,能夠設(shè)計(jì)出相對(duì)功耗較小的電路。在軟件級(jí),首先完成嵌入式軟件功耗度量的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)硬件微結(jié)構(gòu)級(jí)和電路級(jí)功耗模型的研究,分析出了軟件功耗產(chǎn)生原因和構(gòu)成因素。以此作為理論依據(jù),在本系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)時(shí),盡量充分考慮各因素對(duì)功耗的影響,從而盡可能降低本系統(tǒng)的功耗。
　　 (2)對(duì)發(fā)光細(xì)菌檢測(cè)生

4、物毒性的原理進(jìn)行了研究,通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集,構(gòu)建了發(fā)光細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線以及發(fā)光細(xì)菌在有毒物質(zhì)的作用下發(fā)光強(qiáng)度的變化曲線,為測(cè)定和判斷水質(zhì)的受污染等級(jí)提供依據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果,針對(duì)被測(cè)水樣的濁度對(duì)細(xì)菌發(fā)光信號(hào)的影響,利用一種濁度補(bǔ)償算法對(duì)采集的光信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,使其盡量準(zhǔn)確。
　　 (3)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì),包括CPU核心電路的設(shè)計(jì)和一些外圍控制電路的設(shè)計(jì)。CPU核心電路的設(shè)計(jì)主要有處理器、Flash、SDRAM、網(wǎng)

5、絡(luò)接口電路、標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口、電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等的設(shè)計(jì)。外圍電路模塊主要包括觸摸屏和LCD顯示接口電路、Uart接口電路、以太網(wǎng)外圍接口電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、流量閥控制電路、光信號(hào)和溫度數(shù)據(jù)采集電路、電壓轉(zhuǎn)換電路等幾個(gè)模塊。其中,對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行深入的研究后,提出了一種啟動(dòng)控制算法,從而使步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的啟動(dòng)時(shí)間慢、啟動(dòng)失步甚至是不能啟動(dòng)等問(wèn)題得到了改善。
　　 (4)構(gòu)建合適的嵌入式Linux操作系統(tǒng)。針對(duì)選