基于Exynos 4412的小型移動水質監測系統的設計與實現

曹宏桂

摘要：針對目前我國水域污染頻發這一現狀，現有的移動監測設備體積太大且成本高昂，無法在偏遠水域普及的問題，文章設計了一套基于Exynos4412的小型水質監測系統，在Linux操作系統下利用3G無線通信技術進行遠程數據交互，實現遠程遙控。該系統搭載電子羅盤、超聲波測障模塊、GPS定位等模塊實現自主導航，設計了標準的4?20mA標準接口，實現水質5常數（pH、溫度、電導率、濁度、溶解氧）的采集，對于突發水域污染的應急處理有一定的實際意義。

關鍵詞：移動水質監測；突發水域污染；嵌入式Linux；Exynos4412

移動水質監測是近代計算機技術和嵌入式技術迅猛發展的結果。比如：Matthew等[1]介紹了一個在高度非結構化環境中的水下監測和測量的新的機器人裝置-水文AUV，可以在分布式的傳感網絡和協作機器人的幫助下實現低功耗的搜索、自主導航和數據采集。Robert等[2]研發了水下機器人并開發了配套的軟件，該機器人可以在惡劣的天氣和環境條件下完全自動化工作和遠程控制，但是成本較高。Shangchao等[3]設計了一種低成本的移動在線監測裝置。采用Cortex-A8作為核心處理器，通過GPS獲取位置信息，并通過3G無線傳輸與遙控中心進行通信，實現水質圖像及其長距離傳輸的顏色特征以及污染源的跟蹤。Zhu等[4]為解決水質檢測手動分析實時性差的問題，采用基于ZigBee的無線傳感器網絡實現了水質參數的遠程探測和實時監控功能。吳宇[5]設計了小型移動水質監測系統，可以實

現視屏輔助避障和3G無線通信。謝歡[6]利用遙感技術獲取地表水的顏色資料，然后大面積地對地表水的污染情況進行監測。

綜上所述可以發現對于移動水質監測裝置的研究現在主要存在的問題是造價昂貴，不夠靈活，在突發水域污染的情況下沒有溯源能力。

1 系統整體設計

船體上搭載的功能模塊包括：太陽能充電板、3G無線通信模塊、水質檢測模塊、GPS定位模塊、超聲波測障模塊、電子羅盤模塊。其組成框圖如圖1所示。

移動平臺使用Lmux操作系統，且系統所掛接的模塊較多，故選擇三星公司生產的Exynos4412微處理器。水質檢測模塊選擇RX71-0.2560D±0.05%精密電阻作為采樣電阻，將4?20mA電流轉換為0.24?1.2V，實現對溫度、PH值、溶解氧量、電導率、濁度等水質參數的采樣；電子羅盤模塊，選用霍尼韋爾公司推出的3軸數字羅盤HMC5883來測量移動水質監測平臺的運動方向，為系統的控制和導航提供基礎；GPS定位模塊和3G無線傳輸模塊，選用華為的MU609芯片來實現；超聲波測障模塊，根據聲波反射原理測量移動水質監測平臺前進方向和兩側是否存在障礙物，本文采用SRF05模塊實現；系統運動模塊和水泵控制模塊，選用常用的L298N搭建驅動電路；電源模塊，選用AMS1117系列電壓轉換芯片實現7V和5V的轉換，通過電壓轉換芯片S5M8767A實現3.3V，1.8V，1.2V，1V等電壓的管理，采用CN3722實現鋰電池的太陽能智能充電。

2 系統工作流程

由于整個系統搭載的功能模塊太多，如果僅僅執行裸機程序難以實現各個模塊之間穩定有序的運行，因此本文對開發板移植Linux操作系統，以管理和協調好各項復雜的任務。系統開始工作后，首先初始化各項數據，然后等待監控中心的指令，如果監控中心選擇的是手動模式則按照接收到的指令完成水質參數的采集，若接收到的指令為自動導航模式，則根據溯源算法獲取的坐標點，自動導航到該點進行采樣工作，然后將數據自動傳回監控中心，由監控中心計算下一個采樣坐標點，依次循環直到到達污染源所在位置，系統工作流程如圖2所示。

2.1 水質采樣流程

水質采樣獲取的數據是監控中心進行操作的基礎，故水質采樣的精確性至關重要，本文設計了8路水質采樣通道，當接收到采樣命令后，給傳感器供電然后延時1分鐘讓傳感器預熱達到穩定工作狀態，然后依次選通8路模擬開關完成8路模擬水質米樣通路的數值彳目息米集。其流程如圖3所示。

2.2 運動控制流程

如圖4所示，通過發送PWM信號即可控制小船上的兩個直流無刷電機動作，帶動移動水質監測平臺尾部的螺旋槳產生不同的轉速和轉向，推動移動水質監測平臺實現前進、左轉、右轉和不同的運動速度。

3 結語

針對目前突發水域污染存在的問題，本設計實現的小型移動水質監測系統，具有體積小、成本低、精度高、可自主導航等特點，可以應用于日常的水域水質巡檢，尤其對于突發水域污染的應急處理有一定的實際意義。

[參考文獻]

[1JMATTHEWD？JONATHANR？KANEU9etal.AhybridAUVdesignforshallowwaterreefnavigation[C].Barcelona：Proceedingsofthe2005InstituteofElectricalandElectronicEngineers，InternationalConferenceonRoboticsandAutomation，2005（4）：2105-2110.[2JROBERTK？ZYGMUNTW，KLESZCZA9etal.Mobilesailingrobotforautomaticestimationoffishdensityandmonitoringwaterquality[J].BioMedicalEngineeringOnline，2013（12）：60.

[3JSHANGCHAOD？JIANGY，YUW？etal.Researchonsmallmobilewaterqualityonlinemonitoringdevice[J].InternationalConferenceonControlandAutomation，2013（10）：351-356.

[4]WANGZ？WANGQ？HAOX.ThedesignoftheremotewaterqualitymonitoringsystembasedonWSN[C].Nanjing：InternationalConferenceonWirelessCommunications，InstituteofElectricalandElectronicEngineersPress，2009：3612-3615.

[5]吳宇.小型移動水質監測系統的研究[D].杭州：浙江大學，2013.

[6]謝歡.基于遙感的水質監測與時空分析[D].上海：同濟大學，2006.endprint