嵌入式远程河水水质实时监测与预测系统的研究

鲁功

摘要：现阶段我国针对河水水质检测与预测要求日益提高，基于当前国内对水质监测研究来看主要以时滞系统理论为依据，该系统应用过程中所涉及到的运算较多，且较为复杂，针对不同水质监测结果与预测存在明显差异。在实践应用中发现以嵌入式系统为主对水质进行监测其效果较好，因此本文以嵌入式远程河水水质实时监测与预测为核心，对其系统架构进行分析，并对实现系统设计与构建提出看法和建议。

关键词：嵌入式系统；水质监测；预测系统

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）09-0113-01

现阶段水质监测工作难度及复杂性不断提高，为实现更准确的水质监测应积极引入水质预测，以对水质达到切实的监控效果，将水质污染问题有效控制。为实现河水水质的监测与预测就应引入嵌入式系统，这有利于河水水质监测目标的实现。下面本文将基于嵌入式监测与预测系统架构，具体阐述该系统构建，这具有十分重要的实践意义。

1 系统架构

嵌入式远程河水水质监测与预测系统，在应用中主要是通过水质传感器对水质信息进行采集，嵌入式开发板将对所收集到的所有信息进行处理，再运用GPRS模块将嵌入式开发板与远端控制中心之间实现信息交互。从整体性角度来看该系统应主要包括三个部分结构。

1.1 信号采集电路方面

采集电路要通过水质传感器、开放版、隔离电路等通过完成。例如水质传感器在应用过程中以水质评价标准为基本依据对各项指标检测进行完成，包括I类到V类评价准，I类与II类为水质优，III类为水质良好，IV类与V类为水质存在轻度污染与中度污染。完成基本指标检测还应做好接口电路设计，即确保嵌入式开发板和传感器的接入。除此之外对于隔离电路来说，应加强对信号干扰的处理，杜绝出现系统误操作。

1.2 GPRS模块电路方面

该模块的选择要满足多链接需要，并满足TCP/IP协议在模块中要求，支持大容量缓存。例如EM310模块，其价格相对低廉，功能较为齐全，在模块应用中可发挥通信成本控制作用。另外为突出GPRS模块作用要特别注意其接口设计，包括SIM接口、UART接口等，保证接口设计完善才能保证模块通信功能正常应用。

1.3 系统硬件方面

该系统构建应充分考虑其硬件设计。以ARM嵌入式系统来看应注重其操作系统、引导程序的顺利运行。例如，为保证其引导程序启动及应用流畅应设置ROM存储器，启动环节可实现硬件初始化，并引导系统操作。同时要充分考虑到CPU、ARM核心板以及USB等硬件部分，以更好服务于系统运行。

2 嵌入式远程河水水质监测与预测系统设计与构建

2.1 系统软件设计

在嵌入式水质监测与预测系统设计中为达到预测目的，应引入BP人工神经网络，并将BP人工神经网络作为前馈神经网络，已达到信号输入与输出的正常映射。同时为保证该系统软件能够达到准确的测试效果应进行相关训练函数设定，以满足测试实际需求。

系统软件的设计要结合上位机与下位机等基础设计要求，例如上位机软件可引入OtCreator开发平台，提高人机交互效果。为保障水质监测数据的接收与存储要建立MYSQL数据库。下位机软件应保障GPRS模块、数据采集与数据库、人机交互功能有效实现。以GPRS模块为，应充分满足其数据发送功能，并能够以短消息形式发送函数，完成网络连接函数计算等。以采集模块来看该模块为水质监测及获取水质信息的关键，要保证水质传感器可以对高锰酸盐指数、PH值、溶解氧、氨氮进行准确监测。以数据库为例可以SQLite嵌入式数据库为主，通过打开数据库后进行sql语句数据，数据库接到数据后将结果有效返回，进而关闭数据库。

2.2 系统软件平台构建

基于软件设计前提下完成嵌入式系统软件平台构建。该系统软件平台从构成上来看要主要包括SQLite数据库、图形界面、根文件系统、uboot+Linux操作系统、交叉编译环境等等。

嵌入式系统对SQLite数据库进行移植，即把主要代码从sqlite中移植到opt目录中，再完成交叉编译目录，并有效保存。需要注意的是该交叉编译要进行工具链设计，目的在于使系统所有软件与操作系统都在该编译环境中。除此之外，该嵌入式系统软件平台构建要对根文件系统、uboot操作系統等均进行移植，以保证该系统的监测及预测结果更准确，达到对河水水质实时监测目的。

新时期为满足水质监测需要，强化远程河水水质监测效果实现嵌入式监测与预测系统的设计至关重要。在今后的系统开发及研究中要从其系统基本原理出发，明确系统架构基础上充分结合河水水质预测要求，并积极引入BP人工神经网络使嵌入式系统更加优化。该水质监测与预测系统的设计注重对上位机与下位机的基础设计，在合理基础设计搭建软件平台。该系统应充分发挥SQLite数据库、Linux操作系统优势，最大限度发挥出系统作用，达到对远程河水水质监测目标。

参考文献

[1]张洁，杨庆，赵杰.基于灰色系统与线性回归方法的水质预测[J].城市地质，2015，04：67-71.

[2]夏栩，周秉建.嵌入式远程河水水质实时监测与预测系统的研究[J].中国水运（下半月），2016，06：112-113.

[3]吐尔洪·马木提，梅江，程斌，吴文强.灰预测方法在阿图什市地下水水质预测中的应用[J]. 民营科技，2007，12：49-50.

[4]罗鸿兵，刘晓玲，梁洁.河流水环境健康风险监测与评价系统设计[J].中国环境监测，2008，04：61-66.

[5]陈娟，谢玲玲，马淑兰.灰色系统在水质预测中的应用[J].科教文汇（上旬刊），2008，07：275.

[6]彭彬.基于GIS和WSN的滇池水质实时监测与预测系统的开发与实现[D].昆明：云南师范大学，2015.endprint