基于嵌入式技術的無線供水測控系統設計

摘要：為了便于對水源地供水系統進行方便、快捷、有效的控制，減少供水成本，提高供水系統的可靠性，文中研究并設計了一種基于ARM的嵌入式技術、無線傳輸技術的水井遠程測控系統。該系統實現了水井生產現場工作參數的監測、對生產方式的遠程控制、無線傳輸等功能。實際應用表明，該系統具有操作簡便、測試準確的特點，達到了設計要求。
關鍵詞：ARM；嵌入式；無線傳輸；測控

目前工業供水點的生產操作主要依靠人工完成。為了確保工業供水點各個水井的正常工作，水井調度站需要24小時有人值守，調度人員實行分班調換的方式確保工業供水生產的正常運行。由于采用人工控制方式，這樣就給在夜間、氣候惡劣時執行現場任務的調度人員帶來了很大的難度以及產生上難以預料的事故。另外，在工業供水點，一些水井與調度站之間的距離達數千米，水井和調度站之間的道路情況很差，也給到現場進行操作帶來了很大的難度。
隨著計算機技術、通信技術、數據采集技術的發展，測控技術也得到了迅速發展。基于ARM的嵌入式系統作為核心處理器，它體積小，結構緊湊，可作為一個部件埋藏于所控制的裝置中。它提供用戶接口，管理有關信息的輸入輸出，監控設備工作，使設備及應用系統有較高智能和性價比。嵌入式系統的硬件以芯片、模板、組件、控制器形式埋藏于設備內部，軟件一般采用實時多任務操作系統和相應的應用軟件，一般固化在閃存中。軟件硬件可裁剪，非常適合構成一種高性能、高可靠性、低成本、小體積、低功耗的測控系統。文中設計了基于嵌入式技術的無線供水測控系統可大幅度節省人力資源、有利于工業供水的安全生產以及提高生產效率。

1 基于ARM的嵌入式系統總體設計方案
整個測控系統由工業供水測控單元、無線數據通信系統和主控計算機3大主要部分組成。
工業供水測控單元是整個系統的核心，它主要由嵌入式核心、數據采集模塊、控制輸出模塊、通信模塊4部分組成。其中：數據采集模塊通過各種傳感器采集工業供水現場的各種數據和參數；控制輸出模塊通過繼電器來切換工業供水現場的各種運行狀態；通信模塊負責與主控計算機通信，傳送各種數據與命令。嵌入式核心是現場控制單元的核心部分，它負責協凋、調度各個任務的運行從而實現各種功能。
主控計算機是整個系統的系統管理中心及用戶窗口。一方面，它負責接收現場控制單元發送過來的各種數據，整理、保存在數據庫中并在屏幕上顯示最新信息；另一方面，管理人員可以通過主控軟件提供的控制命令，控制現場控制單元，隨時對生產現場進行生產方式的轉換。
系統的整體工作原理為：系統通過安插于生產現場的各種傳感器采集生產數據及各個參數，在操作系統通訊任務的調配下與主控計算機之間交換數據；同時接收主控計算機發出的動作命令，處理器收到命令后指揮各個繼電器動作從而實現對生產設備的控制；處理器在收到傳感器采集的數據后自行分析比較，當數據數值超出正常范圍時處理器會按既定程序對生產設備實施相應的保護操作，同時將錯誤類型信息通過無線方式上報給主控計算機；處理器可通過UART1實時向外輸出工作參數，以方便現場維護；操作系統中的LCD顯示任務和鍵盤掃描任務可實時通過LCD顯示器對外顯示相應的工作狀態參數，也可利用測控單元面板上的鍵盤對測控單元進行操作。

2 系統硬件設計
系統硬件結構分為供水測控單元部分、無線通訊部分。供水測控單元部分系統硬件結構示意圖如圖1所示。