基于ARM9的船載海水監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為滿足對海岸線水域監(jiān)測海量數(shù)據(jù)的需求，設(shè)計(jì)一種隨航船運(yùn)行的海水參數(shù)測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)在ARM9平臺(tái)上，對電源、通信接口、控制接口及A／D等硬件電路進(jìn)行了擴(kuò)展，并通過EVC 4．0編寫的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，依次完成對水質(zhì)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(chǔ)在機(jī)帶SD卡中等工作。系統(tǒng)可同時(shí)完成8路A／D轉(zhuǎn)換，適于多種海水參數(shù)的測量，體積小，應(yīng)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(gè)系統(tǒng)的一部分。以GPRS為載體，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸及簡單的遠(yuǎn)程控制。
關(guān)鍵詞：ARM9；海水監(jiān)測；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸；水質(zhì)參數(shù)

0 引言
海岸帶是海洋中對人類活動(dòng)最為敏感的部分，人類活動(dòng)會(huì)對其生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生嚴(yán)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(lǐng)域。海岸帶的科學(xué)管理是建立在大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)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(xué)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(biāo)(Buoy)、拖曳式監(jiān)測船(Tow)、水下滑翔機(jī)(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(jìn)行整條航線實(shí)時(shí)采樣，獲得數(shù)據(jù)既可直接通過
遠(yuǎn)程傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，也可以將數(shù)據(jù)儲(chǔ)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(diǎn)：
(1)能源充足。船舶可以為系統(tǒng)提供能源，便于更多復(fù)雜分析系統(tǒng)的應(yīng)用，因此可根據(jù)不同功能需求，采用不同傳感器，集成相應(yīng)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(shè)備。
(3)便于維護(hù)。不需輔助維修費(fèi)用，維護(hù)成本低。
(4)數(shù)據(jù)來源廣、準(zhǔn)確度高，可獲取不同時(shí)間和空間的數(shù)據(jù)參數(shù)。
綜合以上優(yōu)點(diǎn)，可以看到船載監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用前景廣闊。將系統(tǒng)放在不同航線上的商運(yùn)船上，可建立我國整個(gè)海岸監(jiān)測系統(tǒng)；如果放在遠(yuǎn)洋船上，則可得到大量的大洋表面海水?dāng)?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(chǔ)及發(fā)送等部分組成。系統(tǒng)啟動(dòng)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(dǎo)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(chǔ)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(jī)或工控機(jī)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(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。工作原理如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)
2．1 箱體設(shè)計(jì)
整個(gè)系統(tǒng)裝于不銹材料的箱體內(nèi)，可保護(hù)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(cè)面打開，整體安裝及移動(dòng)方便。結(jié)構(gòu)如圖2所示。