污水处理用多参数智能测量仪的研究

论文摘要

污水资源再生作为一项新兴技术，可以实现生活污水的生态化、无害化处理，在国内外受到越来越多的重视。本课题针对污水处理厂的参数检测需求，选用SAMSUNG公司基于ARM9核的S3C2410X芯片作为CPU，扩展了CAN控制器、以太网芯片、液晶屏、键盘等外围设备，研制了一个可同时对三个水质监测参数进行检测的多参数智能测量仪。测量的参数指标主要包括：氧化还原电位，溶解氧、氨氮总量。氧化还原电位采用去极化法测量；溶解氧采用Clark溶氧电极进行测量；氨氮总量采用氨气敏电极测量方式。为提高测量精度和可靠性，测量仪在硬件方面设计了二阶低通有源滤波电路，滤除信号中携带的高频尖波。在软件方面，采用了中位值平均滤波法解决测量过程中存在的电磁干扰等问题；采用了Kalman滤波算法消除氨气敏电极测量时的测量噪声。由于不同污水处理厂的工作状况不同，仪器设计时兼顾了不同工作模式的需求。仪器具有的就地采集、存储、显示回放功能可使测量仪工作在单机模式；测量仪还设计了CAN总线和以太网接口方式，使用者可以自己选择接口方式，采用两种网络数据传输功能，通过网络测量实现对现场参数的监测以及优化控制。测量仪的软件采用嵌入式Linux作为操作系统，在目标板上移植了引导程序、Linux和文件系统，在此基础上开发了数据采集和数据处理软件。驱动程序作为应用程序访问底层硬件的接口，具有重要的作用。本论文按驱动的三个层次对CAN驱动程序的设计进行了论述，为CAN总线通信提供了保证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 水质检测现状
• 1.3 主要污水水质监测参数及其检测方法现状
• 1.3.1 DO监测
• 1.3.2 氨氮检测
• 1.3.3 氧化还原电位检测
• 1.4 智能仪器概述
• 1.4.1 智能仪器发展概况
• 1.4.2 嵌入式系统发展概述
• 1.4.3 嵌入式操作系统发展
• 1.5 课题的来源和意义
• 1.6 所做的主要工作
• 第二章 参数检测原理和相关技术理论
• 2.1 各参数检测原理
• 2.1.1 去极化法氧化还原电位测量原理
• 2.1.2 氨氮测量原理
• 2.1.3 溶解氧测量法
• 2.2 卡尔曼滤波
• 2.3 嵌入式系统设计
• 2.3.1 嵌入式系统设计概述
• 2.3.2 ARM微处理器
• 2.3.3 嵌入式操作系统
• 2.3.4 嵌入式操作系统选型
• 2.4 小结
• 第三章 多参数智能测量仪的硬件设计
• 3.1 多参数测量仪的功能要求
• 3.2 多参数测量仪原理框图
• 3.3 测量仪的硬件设计
• 3.3.1 参数测量
• 3.3.2 信号调理模块
• 3.3.3 数据采集A/D转换模块
• 3.3.4 微处理器与存储器扩展模块
• 3.3.5 LCD液晶显示接口
• 3.3.6 键盘控制接口
• 3.4 通信接口
• 3.4.1 CAN总线通讯接口
• 3.4.2 以太网接口
• 3.5 JTAG接口电路设计
• 3.6 小结
• 第四章 嵌入式系统软件开发平台建立
• 4.1 建立交叉编译环境
• 4.2 启动代码移植
• 4.3 Linux移植
• 4.4 文件系统移植
• 4.5 小结
• 第五章 多参数智能测量仪的软件设计
• 5.1 Linux设备驱动概述
• 5.2 CAN模块驱动的实现
• 5.2.1 硬件抽象层
• 5.2.2 功能函数层
• 5.2.3 应用程序接口层
• 5.3 应用程序设计
• 5.3.1 数据采集
• 5.3.2 数据处理
• 5.3.3 键盘中断处理
• 5.3.4 通讯子程序模块
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书