基于ARM9的船載海水監(jiān)測系統(tǒng)設計

摘要：為滿足對海岸線水域監(jiān)測海量數(shù)據(jù)的需求，設計一種隨航船運行的海水參數(shù)測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)在ARM9平臺上，對電源、通信接口、控制接口及A／D等硬件電路進行了擴展，并通過EVC 4．0編寫的應用程序實現(xiàn)自動控制，依次完成對水質參數(shù)的測量，對GPS定位參數(shù)的讀取，通過GPRS短信發(fā)送終端將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，以及將數(shù)據(jù)存儲在機帶SD卡中等工作。系統(tǒng)可同時完成8路A／D轉換，適于多種海水參數(shù)的測量，體積小，應用靈活，且自帶LCD觸摸屏，操作方便。由Visual Studio 2010中C#編寫的數(shù)據(jù)中心PC程序，是整個系統(tǒng)的一部分。以GPRS為載體，實現(xiàn)了遠程數(shù)據(jù)傳輸及簡單的遠程控制。
關鍵詞：ARM9；海水監(jiān)測；遠程數(shù)據(jù)傳輸；水質參數(shù)

0 引言
海岸帶是海洋中對人類活動最為敏感的部分，人類活動會對其生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能產(chǎn)生嚴重影響。這使得海岸帶成為海洋生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。因此，海岸帶的安全與管理已成為國際熱門研究領域。海岸帶的科學管理是建立在大量數(shù)據(jù)的基礎上進行的。傳統(tǒng)的海岸帶調(diào)查，需要大量的人力物力，而且獲得的數(shù)據(jù)非常有限，高通量海岸帶數(shù)據(jù)獲取已成為制約海岸帶科學管理的主要瓶頸。
以美國和歐盟為代表的海洋研究水平較高的國家，開發(fā)了多種形式的海洋監(jiān)測系統(tǒng)，如浮標(Buoy)、拖曳式監(jiān)測船(Tow)、水下滑翔機(Glider)、衛(wèi)星遙感、海底觀測站等，來獲取海量數(shù)據(jù)。
在此，介紹一種新的海洋數(shù)據(jù)采集方法，并研制出一套采集系統(tǒng)——船載監(jiān)測系統(tǒng)(Automated Instrument Packages on Ships of Opportunities)。它是一種將多種海洋環(huán)境監(jiān)測傳感器集成在一起，隨船的航行，在沿線進行整條航線實時采樣，獲得數(shù)據(jù)既可直接通過
遠程傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，也可以將數(shù)據(jù)儲存在船上，定期獲取數(shù)據(jù)的一種海洋數(shù)據(jù)采集模式。
與其他海洋數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比，船載監(jiān)測系統(tǒng)有如下優(yōu)點：
(1)能源充足。船舶可以為系統(tǒng)提供能源，便于更多復雜分析系統(tǒng)的應用，因此可根據(jù)不同功能需求，采用不同傳感器，集成相應的船載監(jiān)測系統(tǒng)。
(2)工作環(huán)境良好。船舶內(nèi)部可保證系統(tǒng)工作條件，便于安裝較為精致的設備。
(3)便于維護。不需輔助維修費用，維護成本低。
(4)數(shù)據(jù)來源廣、準確度高，可獲取不同時間和空間的數(shù)據(jù)參數(shù)。
綜合以上優(yōu)點，可以看到船載監(jiān)測系統(tǒng)應用前景廣闊。將系統(tǒng)放在不同航線上的商運船上，可建立我國整個海岸監(jiān)測系統(tǒng)；如果放在遠洋船上，則可得到大量的大洋表面海水數(shù)據(jù)。

1 系統(tǒng)原理
系統(tǒng)以ARM9為控制核心，由采樣、測試、存儲及發(fā)送等部分組成。系統(tǒng)啟動后，由軟件控制開啟抽水泵，通過安裝在貯水裝置中的傳感器測量海水pH、電導率、溶氧量、溫度等參數(shù)，并由GPS獲取位置參數(shù)，海水參數(shù)及位置參數(shù)存儲在系統(tǒng)自帶SD卡中，或經(jīng)GPRS將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心的PC機或工控機由同樣的GPRS接收數(shù)據(jù)，并由數(shù)據(jù)中心程序處理后，存儲在數(shù)據(jù)庫中。工作原理如圖1所示。

2 硬件設計
2．1 箱體設計
整個系統(tǒng)裝于不銹材料的箱體內(nèi)，可保護系統(tǒng)在一定惡劣天氣情況下正常工作。箱體尺寸為555 mm×519 mm×454 mm，分為三層，上層為可推拉配電箱，中間層為貯水箱及水泵，下層放蓄電池。箱體上蓋及前后壁可以向側面打開，整體安裝及移動方便。結構如圖2所示。