在我国，水污染现已成为严峻的环境问题。现有水质监测体系的办法大多分为两类：(1)选用人工操作的办法，其监测体系巨大，完结测验进程所用时刻比较长。(2)现场进行测验的办法，其对水质测验的参数比较单一，不能实时传输测验数据[1]。依据这两类办法的监测体系，所得数据代表性差,无法及时反映水污染的改变情况,现已满意不了现代环境监测和维护的要求。因而，研制可以对水质进行主动采样、多参数监测﹑主动化剖析以及对监测数据无线传输的水质监测体系十分必要。
近年来，嵌入式技能得到了广泛重视并取得了飞速发展，其运用规模越来越广。依据该技能的设备具有体积小、成本低和功用安稳等明显利益[2]。而GPRS技能是为无线数据传输服务量身定做的，该技能具有实时性强、设备成本低、维护费用低、价格便宜、合适不定期和长期的数据传输等许多利益[3]。
本文提出了一种依据嵌入式技能和GPRS技能的多参数微小型水质监测体系的规划办法。介绍了该监测体系的监测原理，给出了体系的全体方案，剖析了体系的全体结构以及功用，规划了体系的操控硬件和软件。
1 体系丈量原理
该体系水质参数的丈量原理是以朗伯—比尔规律为理论基础的，其表达式为：
其间，A为介质的吸光度，I为入射光的强度，I′为光经过介质吸收后的透射光强，C为介质的摩尔浓度，l为光程长，ε为介质的摩尔吸收系数。在丈量中，选用已知P物质的标准溶液和不知道P物质的被测溶液比较特定波长吸收程度的办法，来取得P物质在被测溶液中的浓度。为了扣除蒸馏水在该特定波利益的吸光度值，选用蒸馏水为参比溶液。首要用仪器对P物质的N个不同浓度的标准溶液进行丈量，得到吸光度值Ai（i=1,2,3…N）。以P物质的浓度Ci为横坐标、吸光度值Ai为纵坐标，运用最小二乘法便可得出P物质的标定曲线，其表达式为：
A=bC+k (2)
其间：A为P物质的吸光度，C为P物质摩尔浓度。因为光谱仪精度要素，实践计算出的标定曲线是一条不过原点的直线。当丈量P物质在被测溶液中的不知道浓度时，只需测出不含P物质时的杯空白吸光度A空白和含有P物质溶液的吸光度AP，即可将（AP-A空白）代入式(2)，得出被测溶液中P物质的浓度。
2 水质监测体系全体结构
图1为多参数微小型水质监测体系的原理框图，分为单片机丈量操控体系和ARM硬件操控体系。嵌入式ARM体系首要完结全体操控，经过对触摸屏菜单的操作，对单片机丈量体系宣布操控指令，可以完结对水中的铬、铅、A表面活性剂、化学耗氧量（COD）、氨氮、总磷和蒸发酚的标定，单步丈量和顺次丈量。然后嵌入式ARM体系经过微型光谱仪对光谱数据收集，经过数据处理，完结对水中各个参数含量的测验。而经过测验之后，可以经过GPRS网络，实时地将丈量数据传输到远端管理人员的PC机上，然后完结对库区和大江大河环境水质情况的实时监测。
2.1 单片机丈量操控体系
单片机操控体系首要由单片机处理器及钨丝灯光源﹑透镜﹑光纤探头、样品水池﹑清洗拌和组织﹑直线导轨组织﹑蠕动泵阵列﹑反响测验室阵列﹑电磁阀阵列和操控电路等组成。光源、镜头、光探头、清洗拌和针、注入清水及试样的管头号组装在直线导轨的移动滑块上。检测时，单片机首要操控直线导轨上的移动滑块至第一个反响测验室，操控蠕动泵抽取清水至测验室，然后操控清洗拌和组织，运用拌和针拌和，待拌和完结，翻开相应电磁阀，扫除清水；接着运用蠕动泵别离抽取适量的样品溶液和试剂溶液，运用拌和针充沛拌和，待反响充沛；最终，单片机操控点亮光源，由钨丝灯发生的可见光经过透镜聚光后穿过测验室，由微型光谱仪勘探头把透射光导入光谱仪，记载光谱数据，然后将光谱数据传入ARM体系，进行水质参数浓度的剖析。此刻第一个参数测验结束，依照上述过程可完结水样中7种参数含量的测验。
因为水质中各个参数的吸收光波长不同，光谱的大致规模在400 nm～700 nm之间，因而，本体系中挑选了体积小﹑寿命长﹑价格低的12 V 25 W的溴钨灯作为光源。
2.2 ARM硬件操控体系
ARM硬件操控体系的使命首要包含：光谱数据的接纳与剖析处理、操控单片机体系、丈量数据发射、人机对话等，其结构框图如图2所示。水质参数开端检测后，首要经过LCD触摸屏对该体系的各个参数进行设定，ARM体系与单片机体系通讯，告诉单片机体系的各个模块预备测验。然后ARM体系向单片机体系发送测验第一个参数的指令，单片机体系依照制定好的过程，完结试剂和样品溶液的充沛反响，然后翻开光源。这时，光谱仪的光线探头定位在第一个反响测验室的透射光孔处，透射光进入光谱仪的光纤探头，经过光纤传输，光谱仪开端收集数据，待收集完结后，经过光谱仪与ARM体系的衔接并口传入ARM处理器S3C2440A中，然后ARM处理器对收集的数据进行处理，并存储处理成果以及在LCD触摸屏上显现该参数的吸光度曲线。待这些完结之后，ARM体系发送指令，告诉单片机体系开端测验第二个参数，直至7个参数悉数测验结束停止。因为GPRS模块经过串口与S3C2440A相衔接，ARM处理器经过串口发送AT指令对GPRS模块操作。测验完结之后，ARM处理器对已存储参数的浓度进行数据传输，经过GPRS网络将数据传输到远端的PC机端。
本体系选用三星公司出产的ARM9芯片S3C2440A作为处理器，它是一款低功耗的32位处理器。体系选用的光谱仪为重庆大学微体系研究中心自主研制的微型光谱仪，光谱规模330 nm～780 nm，光谱带宽≤2 nm，波长精确性+0.9，分辨率≤2 nm，契合体系的要求。GPRS模块选用西门子公司出产的MC35I，该模块支撑GPRS Class 8级以及短信功用。
3 体系的软件规划和数据处理
多参数微小型水质监测体系的软件规划由参数标定部分、参数吸光度值收集和处理、GPRS无线传输和操控部分组成。
3.1 参数标定及吸光度值收集和处理的规划
参数的标定是依据朗-伯比尔规律和仪器的体系差错考虑的。在每次丈量之前要进行参数的标定，首要是设置光谱仪的参数即积分时刻和参阅电压，接着ARM体系向单片机体系发送指令，单片机体系操控各个组织。测验第一个参数，ARM体系操控光谱仪从中读取该参数的吸光度值，并存储在FLASH中，直至第七个参数测验结束。此刻，处理器依据存储的数据作出7条标定曲线，并显现在LCD上。在收集被测溶液的参数吸光度值时，过程和参数标定根本相同，只是在最终运用标定曲线计算出该参数的浓度值。参数标定及吸光度值收集和处理流程如图3所示。
体系测验时可能会存在随机差错，由差错理论可知，当丈量次数无限增大时，随机差错趋向于零，丈量的算术平均值趋向于真值。但当n>10今后，算术平均值的标准差改变缓慢，因而，测验10次数据比较适中[4]。从图3的流程图中可以看出，体系标定和测验都是10次丈量，所以本体系已从软件规划考虑，减少了体系的随机差错。
3.2 GPRS无线传输和操控规划
GPRS无线传输和操控的完结是经过GPRS的收发短信完结的。在运用GPRS网络传输时，首要运用PPP拨号，使GPRS模块和GPRS网络的网关支撑节点GGSN树立一条逻辑通路，然后完结与Internet的无线衔接，衔接完结之后就可以完结短信的收发[5、6]。本体系设置了一些可以供长途管理员进行长途操控的指令，在短信接纳阶段，ARM体系经过判别接纳的短信内容是回复内容仍是长途操控。假如回复内容是1，则阐明PC机端现已收到发送的数据；假如回复内容是3，则阐明PC机端没有收到发送的数据，持续重发；假如回复内容是2，则阐明PC机端向ARM体系发送指令，这样就可以使测验人员不在现场时也能进行实时测验。图4为GPRS短信收发流程图。
在以上规划基础上，对样机的各个模块进行了加工、安装和联合调试，并且用触摸屏操控各个体系进行了归纳调试。测验成果显现，各个组织的操控精度很高且作业速度也契合规划要求。光谱仪收集数据和GPRS模块长途传输操控正常，体系运转状况较好，整机作业安稳。
多参数微小型水质监测体系选用了嵌入式技能和 GPRS技能进行规划开发，有用完结了对环境水样中的铬、铅、A表面活性剂、化学耗氧量（COD）、氨氮、总磷和蒸发酚的实时检测与长途监测，与现在国内外同类水质监测体系比较具有体积小、可靠性高、效率高、成本低、功耗低、实时监控等特色。不只确保了监控人员可以及时精确地收到多参数微型水质监测体系发送的水质数据，并且确保了多参数微型水质监测体系也可以及时收到监控人员的反应信息，运用者和监控中心能做到实时通讯，然后完结了真实的实时监测，具有杰出的运用远景。
