基于ARM9智能环境在线监测数据采集系统的研究

论文摘要

环境监测作为环保各项工作的数据来源、污染度量、环境决策与管理的依据以及环境执法体系的组成部分,在我国环保工作中发挥着重要作用。随着嵌入式技术、网络通信技术的发展,智能化、自动化、网络化、分布式监控系统的研究,对完善我国环境监测工作中存在的问题有着重大的社会经济价值和重要的战略意义。原监测点系统以工业控制计算机作为核心硬件平台,采用8bit/16bit的单片/单板机作为前置采样机接入模拟、数字等各种形式的监测数据,跨平台Java数据采集子系统完成各种仪器的宽接入。针对此系统在可靠性、可扩展性以及项目成本方面存在的不足,本文提出以嵌入式Linux和ARM9作为监测点子系统的软硬件平台,采用插件和反控的设计思想实现控制中心对监测子站的集散控制,设计了采样控制、数据储存、GPRS等多种通讯方式,实现了如数字量、COD、流量计等各种数据的宽接入。建立嵌入式开发环境、进行Linux内核的配置与裁剪、移植嵌入式Web服务器和USB摄像头等外部设备驱动程序、搭建Java运行环境,实现了原系统中部分Java程序在Linux平台上的运行,分析了流量计前置采样设备的详细设计。同时本文将智能报警与基于Web视频监控引入到环境监测中。移植UDHCP自动获取监测点网络地址程序,实现监测点网络参数的自动配置;添加烟雾和人体传感器模块捕获现场异常情况,编写基于SMTP协议的智能邮件和基于AT指令的手机短信程序,当传感器触发I/O信号时,智能报警子程序将异常信息和视频数据发送到指定人员的邮箱和手机;基于嵌入式Web的视频监控采用CGI程序实现监测页面的多级别用户权限控制,提高了监测现场数据的安全性。这些功能模块的实现使环境监测达到真正的无人职守,对提高系统的智能性和防止偷排漏排有着重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.2 工业监控系统研究状况
• 1.2.1 相关工业监控系统分析
• 1.2.2 环境在线监测信息系统
• 1.2.3 环境监测信息概述
• 1.3 环境监测的现状与发展
• 1.3.1 我国环境监测的历程和现状
• 1.3.2 国外同类系统的研究应用情况
• 1.3.3 我国环境监测系统不足与机遇
• 1.4 本项目的创新点与论文章节安排
• 1.4.1 本系统的技术创新点
• 1.4.2 论文章节安排
• 第二章 系统总体方案的研究与分析
• 2.1 系统目标规划和方案设计
• 2.1.1 环境在线监测系统目标规划
• 2.1.2 环境在线监控中心功能分析
• 2.1.3 环境在线监测子站功能分析
• 2.2 监测点核心功能模块
• 2.2.1 有线无线网络连接方式
• 2.2.2 监测子站逻辑通信方式
• 2.2.3 远程控制
• 2.3 本项目的设计要求与特色
• 2.3.1 应用技术的先进性
• 2.3.2 系统软件的兼容性
• 2.3.3 系统的可扩展性
• 2.4 监控子站系统硬件规划
• 2.4.1 硬件系统组成
• 2.4.2 软件模块构成
• 2.5 软件系统开发语言
• 2.5.1 用户交互层开发语言
• 2.5.2 采样计算与智能报警模块
• 2.6 本章小结
• 第三章 监测点系统软硬件平台体系结构
• 3.1 硬件平台选择比较性分析
• 3.1.1 嵌入式系统的特点
• 3.1.2 ARM嵌入式处理简介
• 3.2 监测点硬件平台结构
• 3.2.1 FIC8120 嵌入式核心平台
• 3.2.2 FIC8120 开发平台硬件实物介绍
• 3.2.3 GPRS通信模块
• 3.2.4 智能传感器模块
• 3.3 监测点软件平台构建
• 3.3.1 嵌入式操作系统选择
• 3.3.2 Linux内核特征与结构
• 3.3.3 嵌入式Linux Bootloader
• 3.4 嵌入式Web技术
• 3.4.1 嵌入式WEB技术的特点
• 3.4.2 嵌入式Web服务器结构
• 3.5 本章小结
• 第四章 数据采集模块的设计与实现
• 4.1 系统软件设计概述
• 4.1.1 FIC8120 开发包介绍
• 4.2 Linux系统定制与移植
• 4.2.1 软件开发平台方案
• 4.2.2 建立交叉编译系统
• 4.2.3 Linux内核编译
• 4.2.4 下载系统内核镜像文件
• 4.3 搭建Java运行环境
• 4.3.1 Java虚拟机原理分析
• 4.3.2 Java虚拟机结构分析
• 4.3.3 Java运行环境组件介绍
• 4.3.4 Java运行环境实现过程
• 4.3.5 Java串口通讯模块
• 4.3.5.1 Java串口驱动
• 4.3.5.2 RXTX介绍及其配置方法
• 4.3.5.3 Java串口采样程序
• 4.4 流量采集模块的集成
• 4.4.1 流量计原理和基本结构
• 4.4.2 数据处理单元软件实现
• 4.4.2.1 软件算法技术指标分析
• 4.4.2.2 人机界面的软件实现
• 4.4.2.3 存储计算模块的软件实现
• 4.4.2.4 串口监听模块
• 4.5 A/D转换采样模块的设计
• 4.5.1 A/D转换模块的硬件设计
• 4.5.2 基于最小二乘法的A/D转换程序
• 4.6 本章小结
• 第五章 智能视频监控子系统设计与实现
• 5.1 智能监控模块功能分析
• 5.2 嵌入式网络视频监控
• 5.2.1 Video4 Linux 视频采集
• 5.2.2 嵌入式Web服务器移植
• 5.2.2.1 Boa嵌入式Web服务器移植流程
• 5.2.2.2 CGI程序的设计
• 5.2.2.3 监控页面程序设计
• 5.3 UDHCP自动获取IP
• 5.3.1 UDHCP协议原理分析
• 5.3.2 Linux DHCP客服端的配置
• 5.4 智能邮件报警模块
• 5.4.1 多传感器触发子程序
• 5.4.2 智能邮件子程序的实现
• 5.4.2.1 SMTP协议原理分析
• 5.4.2.2 SMTP发送邮件程序设计
• 5.5 基于GPRS智能短信模块
• 5.5.1 GPRS硬件平台的设计
• 5.5.2 智能短信报警软件设计
• 5.5.2.1 AT指令介绍
• 5.5.2.2 基于AT指令的串口程序
• 5.6 本章小结
• 第六章 系统测试与实验
• 6.1 OPM-410 型UV计参数实验
• 6.1.1 OPM-410 型UV计工作原理
• 6.1.2 UV计实验及误差分析
• 6.2 AD转换模块实验及误差分析
• 6.2.1 AD转换模块误差分析
• 6.2.2 AD转换协议测试
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录1 人机交互界面任务子程序
• 附录2 数据处理任务模块子程序
• 附录3 嵌入式Web用户权限管理程序
• 附录4 智能邮件报警程序
• 附录5 基于AT指令的手机短信程序
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢