基于嵌入式技术的无线供水测控系统设计

摘要：为了便于对水源地供水系统进行方便、快捷、有效的控制，减少供水成本，提高供水系统的可靠性，文中研究并设计了一种基于ARM的嵌入式技术、无线传输技术的水井远程测控系统。该系统实现了水井生产现场工作参数的监测、对生产方式的远程控制、无线传输等功能。实际应用表明，该系统具有操作简便、测试准确的特点，达到了设计要求。
关键词：ARM；嵌入式；无线传输；测控

目前工业供水点的生产操作主要依靠人工完成。为了确保工业供水点各个水井的正常工作，水井调度站需要24小时有人值守，调度人员实行分班调换的方式确保工业供水生产的正常运行。由于采用人工控制方式，这样就给在夜间、气候恶劣时执行现场任务的调度人员带来了很大的难度以及产生上难以预料的事故。另外，在工业供水点，一些水井与调度站之间的距离达数千米，水井和调度站之间的道路情况很差，也给到现场进行操作带来了很大的难度。
随着计算机技术、通信技术、数据采集技术的发展，测控技术也得到了迅速发展。基于ARM的嵌入式系统作为核心处理器，它体积小，结构紧凑，可作为一个部件埋藏于所控制的装置中。它提供用户接口，管理有关信息的输入输出，监控设备工作，使设备及应用系统有较高智能和性价比。嵌入式系统的硬件以芯片、模板、组件、控制器形式埋藏于设备内部，软件一般采用实时多任务操作系统和相应的应用软件，一般固化在闪存中。软件硬件可裁剪，非常适合构成一种高性能、高可靠性、低成本、小体积、低功耗的测控系统。文中设计了基于嵌入式技术的无线供水测控系统可大幅度节省人力资源、有利于工业供水的安全生产以及提高生产效率。

1 基于ARM的嵌入式系统总体设计方案
整个测控系统由工业供水测控单元、无线数据通信系统和主控计算机3大主要部分组成。
工业供水测控单元是整个系统的核心，它主要由嵌入式核心、数据采集模块、控制输出模块、通信模块4部分组成。其中：数据采集模块通过各种传感器采集工业供水现场的各种数据和参数；控制输出模块通过继电器来切换工业供水现场的各种运行状态；通信模块负责与主控计算机通信，传送各种数据与命令。嵌入式核心是现场控制单元的核心部分，它负责协凋、调度各个任务的运行从而实现各种功能。
主控计算机是整个系统的系统管理中心及用户窗口。一方面，它负责接收现场控制单元发送过来的各种数据，整理、保存在数据库中并在屏幕上显示最新信息；另一方面，管理人员可以通过主控软件提供的控制命令，控制现场控制单元，随时对生产现场进行生产方式的转换。
系统的整体工作原理为：系统通过安插于生产现场的各种传感器采集生产数据及各个参数，在操作系统通讯任务的调配下与主控计算机之间交换数据；同时接收主控计算机发出的动作命令，处理器收到命令后指挥各个继电器动作从而实现对生产设备的控制；处理器在收到传感器采集的数据后自行分析比较，当数据数值超出正常范围时处理器会按既定程序对生产设备实施相应的保护操作，同时将错误类型信息通过无线方式上报给主控计算机；处理器可通过UART1实时向外输出工作参数，以方便现场维护；操作系统中的LCD显示任务和键盘扫描任务可实时通过LCD显示器对外显示相应的工作状态参数，也可利用测控单元面板上的键盘对测控单元进行操作。

2 系统硬件设计
系统硬件结构分为供水测控单元部分、无线通讯部分。供水测控单元部分系统硬件结构示意图如图1所示。