梁先宇 黃茂飛

摘要：水是人類和地球一切生物賴以生存不可缺少的重要物質，水資源是經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境改善和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可替代的自然資源，特別是人類日常的飲用水，它直接與我們的日常生產(chǎn)生活息息相關，尤其是隨著我國經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，城市化進程的不斷加快，我國的生產(chǎn)生活所排放的污染物已經(jīng)對水資源造成了污染，因此，必須要嚴格監(jiān)控水質狀況，只有保證水質狀況符合生產(chǎn)生活用水要求，才能促進我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展進步。故此，必須要高度重視水質在線監(jiān)測工作，通過引入高效的監(jiān)測系統(tǒng)，及時精確地監(jiān)測我國水質情況，文本旨在探討基于CAN總線的情況下，進行水質在線監(jiān)測嵌入式系統(tǒng)研究。

關鍵詞：基于CAN總線;水質在線監(jiān)測;嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）31-0262-02

水資源作為人類生存和發(fā)展的必不可少的重要資源，如果水資源一旦被污染，不單會直接影響到人們身體健康，還會對經(jīng)濟社會的發(fā)展造成阻礙作用，因此必須要高度重視水資源的保護工作，通過水質監(jiān)測來及時反映水質狀況，保證水質符合生產(chǎn)生活標準要求。但是我國水質監(jiān)測方面的工作還存在諸多問題，一是水質自動監(jiān)測能力還待提高。二是監(jiān)測設備落后。三是水質數(shù)據(jù)分析能力不強。因此，必須采取切實可行的辦法來提高我國水質監(jiān)測水平。通過探討基于CAN總線的水質在線監(jiān)測嵌入式系統(tǒng)，以此來保證我國水質監(jiān)測質量。

1水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的概述

水質監(jiān)測系統(tǒng)總體分為兩部分，分別是下位嵌人式監(jiān)測系統(tǒng)和上位遠程監(jiān)控中心，遠程監(jiān)控中心有以下幾方面的功能：

（1）實時監(jiān)控水質。水資源區(qū)域的水質參數(shù)情況可以通過該系統(tǒng)來進行實時監(jiān)測監(jiān)控，利用下位嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)所反饋的水質參數(shù)來分析水質狀況。

（2）數(shù)據(jù)綜合分析利用。主要作用是將系統(tǒng)所反饋的水質參數(shù)數(shù)據(jù)來分析水域的水質情況。

（3）方便建立水質歷史數(shù)庫。通過實時查詢記錄所監(jiān)測到的水質參數(shù)，建立該水域的歷史水質庫，通過歷史大數(shù)據(jù)的分析來反映水域的情況。

（4）方便綜合預測分析。在特定的時間段內，繪制水域的水質參數(shù)變化曲線圖，通過分析變化曲線圖，來預測水質可能的趨勢狀況。

下位嵌入式系統(tǒng)的功能主要功能是對水域進行在線監(jiān)測，及時獲取水質參數(shù)，反映水質實時狀況，分析水質參數(shù)，監(jiān)控異常指標的變化隋況。圖1為水質監(jiān)測系統(tǒng)總體情況效果圖。

2嵌入式水質在線監(jiān)測系統(tǒng)設計情況分析

2.1總體設計情況

嵌入式水質在線監(jiān)測系統(tǒng)從功能的角度可以分為三個模塊，分別是執(zhí)行器件模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、傳感器檢測模塊。

傳感器檢測模塊，其主要作用是用于處理監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分為兩個方面，一是水質參數(shù)數(shù)據(jù)，二是系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)。而文本中的通信數(shù)據(jù)由兩部分構成，分別是GPRS（3G）數(shù)據(jù)和CAN總線數(shù)據(jù)。CAN總結數(shù)據(jù)主要是作用于系統(tǒng)模塊間通信。而遠程監(jiān)控中心通信和監(jiān)測系統(tǒng)則要利用到GPRS（3G）數(shù)據(jù)。水質參數(shù)數(shù)據(jù)的處理功能也是由兩個部分所組成，分別是：一是歷史數(shù)據(jù)查詢和儲存，二是通過發(fā)揮傳感器檢測模塊的作用，用于接收該模塊的實時數(shù)據(jù)，并不斷更新處理模塊所檢測到的參數(shù)資料，以此達到水質參數(shù)監(jiān)測的目標。

傳感器檢測模塊所發(fā)出的信息主要都通過執(zhí)行器件模塊來接收，系統(tǒng)通過設置好相應的執(zhí)行器件，發(fā)揮其相應功能，從功能的角度劃分，系統(tǒng)執(zhí)行器件可分為六大部分。其執(zhí)行器件組成圖如圖2所示。對系統(tǒng)清洗用水和現(xiàn)場水樣通過排除系統(tǒng)來進行排水處理。這是排水功能的作用;基于現(xiàn)場水環(huán)境復雜多變的背景下，水中存在大量的藻類，傳感器探頭和系統(tǒng)管道都可能依附大量的藻類，這樣會造成傳感器失靈，檢測率降低、管道阻塞等問題，因此，要及時對系統(tǒng)進行清洗，保證系統(tǒng)干凈整潔，這就是系統(tǒng)清洗的作用。在檢測過程中，如果能將檢測所用的添加劑進行快速溶解，能有效加快速檢測進程，這就是攪拌部分的作用。提高測量的精確度就是離子強度劑的作用。根據(jù)現(xiàn)場水域的水樣情況來調節(jié)其PH值，確保離子傳感器在正常的水質環(huán)境下進行測量，這是緩沖液添加的作用。收集現(xiàn)場水域的水樣，以待開展下一步的檢測工作，這就是現(xiàn)場水樣采集的作用。

2.2硬件設計

嵌入式系統(tǒng)的硬件設計架構詳見圖2。

2.3水質監(jiān)測系統(tǒng)嵌入式應用軟件

根據(jù)水質監(jiān)測系統(tǒng)的硬件平臺情況，水質監(jiān)測系統(tǒng)嵌人式應用軟件分為三部分的內容，分別是執(zhí)行器件模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、傳感器模塊。

嵌入式應作軟件設計必須依靠嵌入式實時操作系統(tǒng)。正常情況下，嵌入式實時操作系統(tǒng)有以下幾方面的優(yōu)勢特點：

（1）適應性強。嵌入式硬件平臺具有較大的兼容性，所以嵌入式操作系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的產(chǎn)品需要來動態(tài)提供相應的功能。

（2）實效性強，能夠根據(jù)即時的需要進行系統(tǒng)的實時響應，滿足實時需求。

（3）存在較高的可移植性。為了保證在不同嵌入式硬件平臺都可以應用嵌入式操作系統(tǒng)，嵌入式操作系統(tǒng)具備極強的兼容性，可以簡單高效穩(wěn)定地將操作系統(tǒng)移植到任何場景下的硬件平臺。

（4）操作系統(tǒng)具有極高的可靠性和安全性。由于嵌人式系統(tǒng)面對的作來環(huán)境十分繁復多變，外界干擾因素較多，由于嵌入式實時系統(tǒng)具有極高可靠性和安全性，可以有效保證系統(tǒng)的容錯空間和防錯能力。為水質監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定提供有力的保障。

3CAN總線

3.1CAN總線的概述

CAN總線是西方國家20世紀80年代所提出來概念，其英語全稱為controller area network，CAN總線具有眾多優(yōu)點，其優(yōu)點分別為維護成本低、抗干擾能力高、可靠穩(wěn)定。因此，CAN憑借著自身的優(yōu)點，在智能監(jiān)測裝置、工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場這些應用場景中越來越受到廣泛使用，CAN總線可以通過發(fā)揮模塊化的作用，保證實時通信系統(tǒng)的效果。因此，它在各行各業(yè)都有著廣泛的發(fā)展空間。

3.2CAN總線性質

CAN總線實質是一種串行通信總線，它的出現(xiàn)豐富和發(fā)展了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的內涵，因此CAN總線與其他現(xiàn)場總線相比，它具有更大的領先優(yōu)勢，CAN總線通信優(yōu)勢和特點主要有以下幾個方面：

（1）CAN總線通信速率更高，通信可承受的距離更長。

（2）CAN總線所采用的傳輸方式為差分信號傳輸方式，只需2條信號線，就可以保證高效高質的通信。

（3）CAN總線發(fā)送消息的方式運用短幀格式，需要通過CRC對每幀數(shù)據(jù)信息進行檢驗，以此方式來保證通信的質量，因此它極大地保障了系統(tǒng)的抗干擾性，而且還能大幅度地減少數(shù)據(jù)出錯的可能性。

（4）CAN總線具有仲裁技術非常具有優(yōu)勢，它通過非破壞性總線仲裁技術，發(fā)揮載波監(jiān)聽多路訪問方式以及逐位仲裁的作用，有效保證CAN總線的使用效率和實時性。

（5）利用配置發(fā)送遠程幀的作用，在遠程數(shù)據(jù)請求的過程中，CAN總線上節(jié)點能夠利用其他節(jié)點的數(shù)據(jù)。保證多節(jié)點的高效運用。

3.3 CAN總線的網(wǎng)絡結構情況

CAN總線作為一種總線型網(wǎng)絡，圖C就是CAN總線的網(wǎng)絡拓撲結構效果圖。在不需要斷電的情況下，在總線的節(jié)點數(shù)上，CAN總線能夠實現(xiàn)自由減少或增加節(jié)點。因此，利用CAN總線，維護和組網(wǎng)更加便利。

4結束語

水質狀況的好壞直接影響到人們生產(chǎn)生活的質量，為保證水質狀況符合生產(chǎn)生活的標準要求，必須要對水質進行嚴格監(jiān)測，通過監(jiān)視和測定水體中的污染物種類、污染物的濃度情況以及變化趨勢。因此，應積極發(fā)展基于CAN總線下的水質在線監(jiān)測嵌入式系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)來實現(xiàn)高效監(jiān)測水質狀況，及時反饋水質參數(shù)，方便技術人員分析水質狀況和預測水質趨勢。為保證水資源質量提供有力的數(shù)據(jù)支持。