水體監(jiān)測(cè)智能漂流瓶的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn).pdf

1、水資源在眾多資源中是最具活力的資源，也是一種被我們廣泛利用的資源之一。隨著工業(yè)不斷發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，不均勻的水資源和水污染問(wèn)題更加嚴(yán)峻，也很大程度上阻礙了現(xiàn)代社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和進(jìn)步。目前，我國(guó)擁有廣泛的江河湖海，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，它們整體污染情況十分嚴(yán)重，而且重度污染地區(qū)范圍在不斷的擴(kuò)大，大約百分之九十的湖泊出現(xiàn)了富營(yíng)養(yǎng)化，嚴(yán)重影響了生態(tài)平衡;同時(shí)我國(guó)城鄉(xiāng)飲水問(wèn)題也受到了嚴(yán)重威脅。最新數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)范圍內(nèi)有有超過(guò)百分之五十的城鎮(zhèn)飲用水

2、源不符合飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，近百分之三十的水源已經(jīng)無(wú)法使用。因此，如何快速對(duì)水資源進(jìn)行監(jiān)測(cè)快速判斷水資源的污染狀況從而采取防治措施顯得尤為重要。
　　我國(guó)水體監(jiān)測(cè)領(lǐng)域信息化程度還比較滯后，目前我國(guó)對(duì)水體表層的實(shí)時(shí)追蹤和監(jiān)測(cè)手段主要有衛(wèi)星遙感、雷達(dá)探測(cè)、航空遙感、計(jì)算機(jī)模擬和巡邏艇搜尋等方法，對(duì)于表層漂流型水文浮標(biāo)的運(yùn)用還鮮見(jiàn)報(bào)道。
　　表層漂流型監(jiān)測(cè)器因其成本適中可以移動(dòng)測(cè)量且無(wú)需人工干預(yù)，在水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域是個(gè)熱門(mén)研究方向。目前包

3、括美國(guó)在內(nèi)的多個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家都對(duì)其進(jìn)行了研究，但研究主要集中在浮標(biāo)型監(jiān)測(cè)器上，然而傳統(tǒng)浮標(biāo)型檢測(cè)器受制于設(shè)備體積、監(jiān)控參數(shù)等，且不具備處理數(shù)據(jù)的能力，需要跟監(jiān)測(cè)站聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行協(xié)同測(cè)量，使得應(yīng)用受限。于是，智能化漂流監(jiān)測(cè)器的出現(xiàn)就越趨必然，以功能更豐富處理能力更強(qiáng)大的漂流體代替浮標(biāo)，是漂流監(jiān)測(cè)器智能化的趨勢(shì)。
　　本文設(shè)計(jì)的水體監(jiān)測(cè)智能漂流瓶，以一個(gè)基于雙模衛(wèi)星定位的嵌入式系統(tǒng)為核心，外圍配備各種傳感器和能量供應(yīng)模塊，使其可以多功能高效持久

4、地工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化水質(zhì)監(jiān)測(cè)，路徑記錄。采用數(shù)字化傳感器進(jìn)行信號(hào)采集，將高性能電子控制系統(tǒng)應(yīng)用到漂流檢測(cè)領(lǐng)域，使得本來(lái)功能單一的浮標(biāo)檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)功能多樣化;采用雙電源系統(tǒng)強(qiáng)化了系統(tǒng)的可靠性和魯棒性;同時(shí)具備定位和信息交互功能，可以為后臺(tái)分析處理提供依據(jù)，使得應(yīng)用更加方便靈活。
　　本文主要介紹水體監(jiān)測(cè)智能漂流瓶的軟硬件實(shí)現(xiàn)。
　　硬件方面，本設(shè)計(jì)采用Cortex-M0內(nèi)核微功耗MCU作為智能控制嵌入式系統(tǒng)的主控制器，同時(shí)外擴(kuò)片外

5、Flash作為水質(zhì)數(shù)據(jù)的記憶載體。利用雙模衛(wèi)星接收模塊定位，外圍傳感器可采集周邊水體的水質(zhì)參數(shù)。系統(tǒng)采用鋰電池加太陽(yáng)能電池雙電源系統(tǒng)作為能量供給。
　　軟件方面，方案在嵌入式平臺(tái)上運(yùn)行uCosII多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。系統(tǒng)上電后，主程序隨即執(zhí)行自身的初始化，然后讀取環(huán)境變量，進(jìn)入設(shè)定的工作模式，執(zhí)行任務(wù)。本設(shè)計(jì)將軟件功能劃分為5大任務(wù)并用優(yōu)先級(jí)唯一標(biāo)示，分別為:工作模式調(diào)整任務(wù)、數(shù)據(jù)采集任務(wù)、消息上報(bào)任務(wù)、命令解析任務(wù)、休眠控制任務(wù)

6、。其中數(shù)據(jù)采集任務(wù)是軟件核心部分，它包括外圍傳感器的IO操作，數(shù)據(jù)采集處理，數(shù)據(jù)庫(kù)管理，還有關(guān)鍵技術(shù)雙模接收數(shù)據(jù)的信息融合等等。
　　最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)錄得智能漂流監(jiān)測(cè)器在水平面無(wú)遮擋物的情況下最多接收到8個(gè)GPS衛(wèi)星和10個(gè)BD2衛(wèi)星信號(hào)，平均是6個(gè)GPS衛(wèi)星，6個(gè)BD2衛(wèi)星，位置信息經(jīng)過(guò)實(shí)地測(cè)量對(duì)比經(jīng)緯度基準(zhǔn)點(diǎn)偏差小于5米。智能漂流監(jiān)測(cè)器在太陽(yáng)能電源關(guān)閉的狀態(tài)下，能在水中以正常模式持續(xù)工作12小時(shí)，節(jié)電模式持續(xù)工作36小時(shí);在太陽(yáng)能