基于ARM9的船载海水监测系统设计

摘要：为满足对海岸线水域监测海量数据的需求，设计一种随航船运行的海水参数测量系统。该系统在ARM9平台上，对电源、通信接口、控制接口及A／D等硬件电路进行了扩展，并通过EVC 4．0编写的应用程序实现自动控制，依次完成对水质参数的测量，对GPS定位参数的读取，通过GPRS短信发送终端将数据发送到数据中心，以及将数据存储在机带SD卡中等工作。系统可同时完成8路A／D转换，适于多种海水参数的测量，体积小，应用灵活，且自带LCD触摸屏，操作方便。由Visual Studio 2010中C#编写的数据中心PC程序，是整个系统的一部分。以GPRS为载体，实现了远程数据传输及简单的远程控制。
关键词：ARM9；海水监测；远程数据传输；水质参数

0 引言
海岸带是海洋中对人类活动最为敏感的部分，人类活动会对其生态系统的结构和功能产生严重影响。这使得海岸带成为海洋生态环境脆弱区。因此，海岸带的安全与管理已成为国际热门研究领域。海岸带的科学管理是建立在大量数据的基础上进行的。传统的海岸带调查，需要大量的人力物力，而且获得的数据非常有限，高通量海岸带数据获取已成为制约海岸带科学管理的主要瓶颈。
以美国和欧盟为代表的海洋研究水平较高的国家，开发了多种形式的海洋监测系统，如浮标(Buoy)、拖曳式监测船(Tow)、水下滑翔机(Glider)、卫星遥感、海底观测站等，来获取海量数据。
在此，介绍一种新的海洋数据采集方法，并研制出一套采集系统——船载监测系统(Automated Instrument Packages on Ships of Opportunities)。它是一种将多种海洋环境监测传感器集成在一起，随船的航行，在沿线进行整条航线实时采样，获得数据既可直接通过
远程传输到数据中心，也可以将数据储存在船上，定期获取数据的一种海洋数据采集模式。
与其他海洋数据采集系统相比，船载监测系统有如下优点：
(1)能源充足。船舶可以为系统提供能源，便于更多复杂分析系统的应用，因此可根据不同功能需求，采用不同传感器，集成相应的船载监测系统。
(2)工作环境良好。船舶内部可保证系统工作条件，便于安装较为精致的设备。
(3)便于维护。不需辅助维修费用，维护成本低。
(4)数据来源广、准确度高，可获取不同时间和空间的数据参数。
综合以上优点，可以看到船载监测系统应用前景广阔。将系统放在不同航线上的商运船上，可建立我国整个海岸监测系统；如果放在远洋船上，则可得到大量的大洋表面海水数据。

1 系统原理
系统以ARM9为控制核心，由采样、测试、存储及发送等部分组成。系统启动后，由软件控制开启抽水泵，通过安装在贮水装置中的传感器测量海水pH、电导率、溶氧量、温度等参数，并由GPS获取位置参数，海水参数及位置参数存储在系统自带SD卡中，或经GPRS将数据发送到数据中心。数据中心的PC机或工控机由同样的GPRS接收数据，并由数据中心程序处理后，存储在数据库中。工作原理如图1所示。

2 硬件设计
2．1 箱体设计
整个系统装于不锈材料的箱体内，可保护系统在一定恶劣天气情况下正常工作。箱体尺寸为555 mm×519 mm×454 mm，分为三层，上层为可推拉配电箱，中间层为贮水箱及水泵，下层放蓄电池。箱体上盖及前后壁可以向侧面打开，整体安装及移动方便。结构如图2所示。