运动机械手臂式多参数水质检测仪嵌入式系统设计

论文摘要

环境水质监测是保障我国水环境安全的重要技术手段,而现有的环境水质监测系统存在测试周期长、检测参数单一和工作效率低等问题,无法及时反映当前水环境状况,已不能满足现代水环境监测和保护的要求。因此,研制能够对水质进行多参数检测﹑自动采样和自动化分析的水质监测系统显得尤为迫切。针对我国现有环境水质监测系统中存在的问题,提出了一种运动机械手臂式多参数水质检测仪技术方案,根据检测功能要求和运动机械手臂控制要求,研究了多参数水质检测系统的原理,分析了多参数水质检测系统实际应用工作流程,主要提出了嵌入式系统硬件电路方案和基于Linux系统的多参数水质检测仪嵌入式软件系统的总体方案;采用S3C2440A作为主处理器,完成了上层嵌入式硬件系统;构建了基于Linux系统的多参数水质检测仪嵌入式软件平台,编写了相关驱动程序;设计开发了基于Qtopia的系统控制测试图形用户界面和检测功能完善、操作简单直观、使用灵活的用户应用软件;完成了样机的嵌入式系统部分的调试和应用实验,实验结果表明,系统到达初步设计要求。本论文主要工作如下:①在课题提出的运动机械手臂式多参数水质检测仪的总体技术方案要求下,确定了多参数水检测仪的嵌入式系统的总体结构方案;②根据嵌入式系统总体方案的要求,设计了以S3C244A为核心的嵌入式硬件电路系统,搭建了硬件技术平台;③根据多参数水质检测仪流程、运动机械手臂的控制动作要求,在嵌入式硬件电路的平台上,构建了基于Linux操作系统的软件平台,并移植bootloader、内核和根文件系统以及GUI平台Qtopia,设计了多参数水质检测仪的用户应用软件系统;④完成了样机的调试和部分应用实验研究,结果表明仪器能基本满足水质多个参数检测的要求。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 水质监测课题的提出及研究意义
• 1.2 水质监测系统的发展历程及国内外研究现状
• 1.2.1 国外水质监测系统研究现状
• 1.2.2 国内水质监测系统的历程及现状
• 1.3 本课题研究目的和主要内容
• 1.4 本章小结
• 2 多参数水质检测仪总体方案介绍
• 2.1 多参数水质检测仪的总体方案介绍
• 2.2 多参数水质检测仪测量原理及测试方法
• 2.2.1 朗伯-比尔（Lamb-Beer）定律
• 2.2.2 多参数水质检测仪的测试方法
• 2.3 运动机械手臂结构介绍
• 2.4 底层下位机控制系统
• 2.5 嵌入式ARM 控制系统
• 2.6 本章小结
• 3 嵌入式 ARM 硬件系统设计
• 3.1 嵌入式ARM 系统硬件电路设计
• 3.1.1 核心板接口电路
• 3.1.2 信号采集电路
• 3.1.3 LCD 触摸屏接口电路
• 3.1.4 ARM 硬件系统PCB 板制作
• 3.2 微型光谱仪选型
• 3.3 本章小结
• 4 嵌入式系统软件平台构建及驱动程序设计
• 4.1 嵌入式Linux 操作系统
• 4.2 Bootloader 和Linux 操作系统的移植
• 4.2.1 U-Boot 的移植
• 4.2.2 Linux 操作系统的移植
• 4.2.3 Linux 根文件系统的建立
• 4.3 窗口操作平台Qtopia 的移植
• 4.4 Linux 设备驱动程序的概述
• 4.5 多参数水质检测仪信号采集驱动程序的设计
• 4.5.1 信号采集的原理
• 4.5.2 信号采集驱动的实现
• 4.5.3 信号采集驱动的配置及编译
• 4.6 串口驱动的设计
• 4.6.1 串口原理介绍
• 4.6.2 串口通信的实现
• 4.7 触摸屏驱动程序设计
• 4.7.1 触摸屏工作原理
• 4.7.2 触摸屏驱动程序的设计
• 4.8 本章小结
• 5 多参数水质检测仪应用软件系统的设计
• 5.1 软件的总体设计思路
• 5.2 软件系统的组成模块
• 5.2.1 单片机控制命令模块和清洗模块
• 5.2.2 测试和标定模块
• 5.2.3 历史数据查看模块
• 5.3 本章小结
• 6 系统调试及实验结果分析
• 6.1 多参数水质检测仪软件平台调试
• 6.2 应用测试实验及结果分析
• 6.2.1 稳定性测试
• 6.2.2 重复性测试
• 6.2.3 仪器线性测试
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 论文主要工作及结论
• 7.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录