大賽獲獎(jiǎng)作品展示，降雨量檢測(cè)及水質(zhì)分析系統(tǒng)的完整設(shè)計(jì)方案

一、項(xiàng)目概述

1.1 引言

1.1.1編寫(xiě)目的

本文檔用于說(shuō)明項(xiàng)目基本情況及項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的計(jì)劃安排。

1.1.2 背景

項(xiàng)目背景:

從天空降落到地面上的雨水，未經(jīng)蒸發(fā)、滲透、流失而在水面上積聚的水層深度，稱為降雨量（以毫米為單位），它可以直觀地表示降雨的多少。測(cè)定降雨量常用的儀器包括雨量筒和量杯。

環(huán)境中的各項(xiàng)因素的監(jiān)測(cè)有一定的重要意義，環(huán)境中的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有溫濕度、風(fēng)向風(fēng)速、 雨量、氣壓等等，每一種監(jiān)測(cè)均有一定的作用，溫濕度監(jiān)測(cè)儀對(duì)于環(huán)境中的溫濕度能做 到實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，溫濕度不僅僅影響著植物的有機(jī)物質(zhì)合成量，同時(shí)對(duì)于人的感官舒適度 有很大的影響作用，而溫濕度與風(fēng)向風(fēng)速兩者相結(jié)合則是對(duì)于環(huán)境中的風(fēng)林火線的預(yù)測(cè) 有一定的關(guān)系，風(fēng)向風(fēng)速的預(yù)測(cè)則是借助風(fēng)向風(fēng)速儀來(lái)進(jìn)行操作，而雨量的監(jiān)測(cè)對(duì)于農(nóng) 業(yè)上的灌溉有一定的指導(dǎo)作用，通過(guò)使用雨量監(jiān)測(cè)以來(lái)進(jìn)行對(duì)降雨量的測(cè)量，以此來(lái)進(jìn) 行制定合理的灌溉措施。

雨量的檢測(cè)不僅僅用于農(nóng)業(yè)中，降雨量的監(jiān)測(cè)為我們的安全出行有著很大的幫助，對(duì)于輪船以及飛機(jī)的安全抵達(dá)有很大的影響作用，在降雨量到達(dá)一定的等級(jí)之后，這兩種交通方式很有可能被禁止出行。

1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)

目前， 國(guó)內(nèi)許多水文站監(jiān)測(cè)水位和降雨量仍采用人工方法。 該方法不但存在測(cè)量的人身安全問(wèn)題， 而且還存在數(shù)據(jù)測(cè)量難以準(zhǔn)確、 監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性不強(qiáng)等問(wèn)題。 為了實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)水位及降雨量，我們可采用一種基于GSM的水位與降雨量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 該系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心， 利用全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM公眾無(wú)線通信網(wǎng)的SMS服務(wù)傳輸遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)， GSM網(wǎng)覆蓋面廣、 一次投入少、運(yùn)營(yíng)成本低、 運(yùn)行可靠、 抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了江河、 湖泊及水庫(kù)等水位和該區(qū)域降雨量的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè),同時(shí)能實(shí)現(xiàn)水文站的無(wú)人值守功能。

目前市場(chǎng)上所見(jiàn)的降水自動(dòng)采樣器主要有以下幾類：

（1）單機(jī)運(yùn)行類：降水時(shí)自動(dòng)打開(kāi)桶蓋，降水結(jié)束時(shí)自動(dòng)關(guān)閉?；緵](méi)有實(shí)現(xiàn)降水信息的采集，如降雨開(kāi)始/結(jié)束時(shí)間、降雨量等。

（2）近距離通訊類：該類采樣器除具備單機(jī)運(yùn)行類的功能基礎(chǔ)上，還可以采集一些簡(jiǎn)單的信息，如降雨開(kāi)始/結(jié)束時(shí)間、降雨量等，而且具備一定的進(jìn)距離通訊手段，可以將信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。目前最常用的通訊方式就是RS485通訊方式，通訊距離在1200米之內(nèi)。

（3）遠(yuǎn)距離通訊類：與近距離通訊類采樣器相比，該類采樣器主要采用遠(yuǎn)距離無(wú)線通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。目前最常用的方式就是利用移動(dòng)通訊公司提供的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，如短消息、GPRS、CDMA或3G通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸。由于采用了移動(dòng)通訊公司的通訊網(wǎng)絡(luò)，傳輸距離基本不受限制，在全國(guó)范圍內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)傳輸。唯一的缺點(diǎn)就是采樣器所在的位置必須是在通訊信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)。

（4）多功能型：這類采樣器基本上在（3）類基礎(chǔ)上，可以采集更多的降水信息，如實(shí)現(xiàn)分段定時(shí)采樣，實(shí)現(xiàn)PH值、電導(dǎo)率等的在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了更高級(jí)別的智能化。這種類型的降水自動(dòng)采樣器正是今后的發(fā)展方向。

二、需求分析

2.1 功能要求

目前該類系統(tǒng)都是單機(jī)版的簡(jiǎn)單的管理軟件，基本具備以下幾個(gè)功能：

1. 通訊功能：與降水采樣器實(shí)現(xiàn)通訊，將收集到的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)；

2. 設(shè)置功能：可以設(shè)置相關(guān)的通訊參數(shù)，以及降水采樣器的工作方式等，可以對(duì)采樣器進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。

3. 數(shù)據(jù)管理功能：簡(jiǎn)單的軟件不具備此項(xiàng)功能。該功能實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)的管理功能，將采集到的信息寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，允許對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的信息進(jìn)行簡(jiǎn)單的查詢等操作。

4. 報(bào)表功能：對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的降雨記錄以列表的形式打印出來(lái)。

5. 降水判斷：檢測(cè)到降雨傳感器的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)蓋/關(guān)蓋。

6. 降水量的統(tǒng)計(jì)：能正確累計(jì)降水量，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)雨量計(jì)進(jìn)行累計(jì)。

7. Ph值、電導(dǎo)率及溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

8. 基于短消息的遠(yuǎn)程無(wú)線通訊方式。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 性能要求

目前這些單機(jī)類的信息管理系統(tǒng)存在如下缺點(diǎn)：

信息共享困難：信息保存在單機(jī)上，軟件也需要安裝在該計(jì)算機(jī)上。想利用其它計(jì)算機(jī)來(lái)訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)比較困難。

數(shù)據(jù)難以實(shí)現(xiàn)集中管理：當(dāng)多個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)站都安裝了降水采樣器后，如何將這些采樣器的信息集中起來(lái)，進(jìn)行對(duì)比分析等操作就成了難題。

不具備分析功能：由于單機(jī)版軟件的數(shù)據(jù)較少，基本上沒(méi)有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析、曲線顯示、靈活統(tǒng)計(jì)等功能。

軟件維護(hù)困難：?jiǎn)螜C(jī)版軟件容易受病毒破壞。需要用戶或廠家進(jìn)行重新安裝，給系統(tǒng)維護(hù)帶來(lái)額外的費(fèi)用。

因此，經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，目前還沒(méi)有針對(duì)降水采樣器的網(wǎng)絡(luò)版信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有較好的應(yīng)用前景，應(yīng)該盡快設(shè)計(jì)。

所以，預(yù)想系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到一下性能：

1. 信息共享

2. 數(shù)據(jù)集中管理

3. 分析功能

4. 方便的軟件維護(hù)功能

三、方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

主控模塊兒及周邊

3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置

1. EVK1100開(kāi)發(fā)板

2. Usb轉(zhuǎn)串口線

3. 串口線

4. 電導(dǎo)率傳感器

5. PH值檢測(cè)傳感器

6. GSM模塊（sim300cz）

7. 降水采樣器

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

3.4 系統(tǒng)軟件流程

程序運(yùn)行流程圖

3.4 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

本系統(tǒng)主要達(dá)到下述目標(biāo)：

1、系統(tǒng)應(yīng)能滿足現(xiàn)代降水采樣信息管理的要求，能容納多種信息，主要包括降水信息（降水開(kāi)始/結(jié)束時(shí)間）、每N分鐘采集到的降雨量、降水成分的分析信息（Ph值、電導(dǎo)率）。能對(duì)這些信息實(shí)現(xiàn)采集、處理、存儲(chǔ)、傳輸，按不同時(shí)段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算，存檔功能。

2、實(shí)現(xiàn)降水量、Ph值、電導(dǎo)率的的統(tǒng)計(jì)、分析、以及圖形化顯示。

3、系統(tǒng)應(yīng)有良好的開(kāi)放性，具有與多種降水采樣器進(jìn)行通信的能力。系統(tǒng)建成后，不同廠家、不同類型的采樣器，可以很方便地接入系統(tǒng)。主站系統(tǒng)硬件不依賴任何廠家，可以方便地在市場(chǎng)上采購(gòu)得到，以利系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充。

4、系統(tǒng)應(yīng)滿足高可靠性的要求。系統(tǒng)重要設(shè)備都應(yīng)能夠按冗余要求配置，包括主服務(wù)器、前置通訊設(shè)備、通訊通道等，或在將來(lái)很容易地實(shí)現(xiàn)冗余配置。

5、系統(tǒng)應(yīng)滿足對(duì)數(shù)據(jù)完整性和保密性的要求。

6、系統(tǒng)應(yīng)滿足對(duì)靈活性和可擴(kuò)充性的要求。在采樣器增加，或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)間隔時(shí)間縮短的情況下，系統(tǒng)能夠很方便地適應(yīng)擴(kuò)充的要求。

7、可實(shí)現(xiàn)故障顯示、查詢，異常分析等功能