gps导航的环境检测船设计
摘 要 随着现代工业的快速发展，环境污染对人们的日常生活产生了很大的影响，环境的监测与治理越来越被人们所重视，其中水污染是最严重的环境污染之一。本课题针对水质的检测与分析，提出了一种以船为载体的智能水质检测系统。该系统以GPS为导航，船体搭载了水质PH检测系统、浊度检测系统、电导率检测系统、温度检测系统，实现了对指定水域的水质各项参数的采集与分析。本系统以STM32增强型微处理器为数据处理核心，把各个系统采集的水质参数进行计算，得到综合的水质数据，系统将综合数据经过无线传输到上位机显示与处理。船体的运行由船尾部的推进器实现，船控制器接收到位置信息，通过优化算法将电子罗盘与GPS的实时信号进行优化，以最近的路径行驶至指定区域检测。通过各个系统的仿真实验，环境检测船的数据输出正常，工作稳定,组装后整个检测系统可以按照设计正常运行。该系统将水质数据连续，直观的呈现在观测者面前，具有一定的应用前景。
目 录
1. 绪论 1
1.1课题研究的背景和意义 1
1.2国内外研究现状分析 2
1.3系统的关键技术 2
2. 环境检测船的系统方案设计 4
2.1系统总体结构和设计框图 4
2.2定位与远程控制的实现 5
2.2.1定位传感器 5
2.2.2远程控制的方案设计 5
2.3数据采集系统的设计 6
2.3.1 PH采集系统的设计 6
2.3.2电导率采集系统的设计 6
2.3.3温度采集系统的设计 7
2.3.4浊度采集系统的设计 7
2.4控制器方案设计 8
2.5数据处理器的方案设计 8
2.6电机控制方案设计 9
2.7系统供电方案设计 9
2.8本章小结 10
3. 环境检测船的硬件设计 11
3.1机械结构 11
3.2系统电源的设计 11
3.3主控制器的设计 12
3.3.1晶振电路设计 12
3.3.2主处理器电源与ADC基准电压设计 13
3.3.3主控制器接口分配 13
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
3.4采集系统的设计 13
3.4.1 PH采集电路设计 13
3.4.2电导率采集电路设计 14
3.4.3温度采集电路设计 16
3.4.4浊度采集电路设计 17
3.5 SI4432无线电路的设计 17
3.6电机驱动的设计 18
3.6.1电机驱动芯片供电路设计 18
3.6.2逻辑转换电路设计 19
3.6.3全桥驱动设计 19
3.7 GPS接口电路设计 20
3.8本章小结 21
4. 环境检测船的软件设计 22
4.1上位机软件的设计 22
4.2主处理器系统时钟初始化程序设计 22
4.3 GPS位置信息获取程序设计 22
4.4电子罗盘采集程序设计 24
4.5无线通讯程序设计 24
4.6 A/D采集程序设计 25
4.7 PWM程序设计 26
4.8本章小结 27
5．环境检测船的调试 28
5.1环境检测船实物图 28
5.2 PH值的标定 28
5.3电导率的标定 30
5.4温度的标定 30
5.5浊度的标定 31
5.6上位机测试 32
6. 总结和展望 33
参考文献 34
附录 35
附录1主控制器原理图 35
附件2浊度采集系统原理图 37
附录3主控制器时钟初始话程序 38
附件4主处理器PWM输出配置 38
致谢 40
1. 绪论
现在的日常生活和工业生产中，对水质的检测分析是必要的。人们的日常生活中都离不开水，如果人们的水资源被污染不能饮用，人类将面对一个巨大的灾难，我国对水质的检测和水质的安全方面越来越重视。现阶段我国的水质检测与研究还是停留在人工操作阶段，没有实现水质检测的智能化。人工操作需要动用大量的人力物力，许多危险与恶劣条件下的检测人们无法完成，并且测量的数据往往不能保证绝对的正确。所以制造一种智能的水质检测系统是非常有必要的，系统可以到达人们无法到达的地方检测，可以节约人员的浪费，并且可以实现检测数据的连续化，还可以远程操控检测系统进行指定区域检测，这样更有利于工作人员更好的做出判断，用最短的时间处理水质问题，实现水质检测系统的智能化是非常有意义的。
1.1课题研究的背景和意义
现阶段，全世界的重工业还是占主导地位，各种的工业废水，空气污染对人们的危害越来越大。水是人们赖以生存的资源，随着这些工业污染的影响水污染也是愈发严重。水污染可以分为很多种，其中最重要的一种就是水质的化合物污染和无机化合物的污染，其所指的是相关水域中溶解氧减少，溶解盐类增加，并且水域中的水硬度越来越大，水中酸碱度不平衡或者水中出现了含有某种有毒化学物质等。
通过有关部门发公布的数据，在1993年，全国各地各类污水排放达到了惊人的356亿吨，蓄水能力巨大的密云水库也只不过是其十三分之一。这些庞大的污水有些被排放到了内陆湖，河道甚至水库，更有甚者直接排放到大海，对水资源危害甚大。在一次由十五省组织的调查中，在1993年一年里由于污水排放导致的渔业污染事故达到500起，由于渔业的污染产生了巨大的经济损失，据不完全统计损失达到了4.2亿元。由于污水直接排放到了大海，整个沿海地区养殖业连续引发了传染性病害，病害感染面积已经达到了168万亩。由于这些地区大量养殖对虾，所以病害对对虾养殖产生了严重危害，大概统计一年对虾减产了12万吨，产生了近35亿元的经济损失。农业需要给农作物灌溉，工厂需要水进行炼制，所以水污染严重影响了工农业的正常发展。根据1993年的不完全统计，我国由于引进了污染的水质所导致的农田污染，其面积可达400万亩，由于农田的污染，很多农田出现了减产和绝收的现象。
本课题研究水质检测系统可以用最快的速度得到相关水域的水质信息，实时掌握了水域的水质信息，相关人员才能以最快的速度做出正确的判断，避免水质的进一步恶化，本课题的研究将给水质污染的治理提供了一个有力的工具。
1.2国内外研究现状分析
现在我国已经研制出很多针对于水质检测仪器，有固定式的，有便携式的，还有智能的。但是现阶段这些测量仪器还不能更好的推广，因为其价格都是居高不下的，还有一些智能仪器的技术不能开源。这些仪器还有一个特点，不能实现一个完整的系统，很多的测量还是依靠人工测量才能实现，增大了水质测量的难度。现阶段随着检测方向的扩展，迫切需要在恶劣环境下的测量仪器，这对水质检测提出了又一个研究方向。
目 录
1. 绪论 1
1.1课题研究的背景和意义 1
1.2国内外研究现状分析 2
1.3系统的关键技术 2
2. 环境检测船的系统方案设计 4
2.1系统总体结构和设计框图 4
2.2定位与远程控制的实现 5
2.2.1定位传感器 5
2.2.2远程控制的方案设计 5
2.3数据采集系统的设计 6
2.3.1 PH采集系统的设计 6
2.3.2电导率采集系统的设计 6
2.3.3温度采集系统的设计 7
2.3.4浊度采集系统的设计 7
2.4控制器方案设计 8
2.5数据处理器的方案设计 8
2.6电机控制方案设计 9
2.7系统供电方案设计 9
2.8本章小结 10
3. 环境检测船的硬件设计 11
3.1机械结构 11
3.2系统电源的设计 11
3.3主控制器的设计 12
3.3.1晶振电路设计 12
3.3.2主处理器电源与ADC基准电压设计 13
3.3.3主控制器接口分配 13
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
3.4采集系统的设计 13
3.4.1 PH采集电路设计 13
3.4.2电导率采集电路设计 14
3.4.3温度采集电路设计 16
3.4.4浊度采集电路设计 17
3.5 SI4432无线电路的设计 17
3.6电机驱动的设计 18
3.6.1电机驱动芯片供电路设计 18
3.6.2逻辑转换电路设计 19
3.6.3全桥驱动设计 19
3.7 GPS接口电路设计 20
3.8本章小结 21
4. 环境检测船的软件设计 22
4.1上位机软件的设计 22
4.2主处理器系统时钟初始化程序设计 22
4.3 GPS位置信息获取程序设计 22
4.4电子罗盘采集程序设计 24
4.5无线通讯程序设计 24
4.6 A/D采集程序设计 25
4.7 PWM程序设计 26
4.8本章小结 27
5．环境检测船的调试 28
5.1环境检测船实物图 28
5.2 PH值的标定 28
5.3电导率的标定 30
5.4温度的标定 30
5.5浊度的标定 31
5.6上位机测试 32
6. 总结和展望 33
参考文献 34
附录 35
附录1主控制器原理图 35
附件2浊度采集系统原理图 37
附录3主控制器时钟初始话程序 38
附件4主处理器PWM输出配置 38
致谢 40
1. 绪论
现在的日常生活和工业生产中，对水质的检测分析是必要的。人们的日常生活中都离不开水，如果人们的水资源被污染不能饮用，人类将面对一个巨大的灾难，我国对水质的检测和水质的安全方面越来越重视。现阶段我国的水质检测与研究还是停留在人工操作阶段，没有实现水质检测的智能化。人工操作需要动用大量的人力物力，许多危险与恶劣条件下的检测人们无法完成，并且测量的数据往往不能保证绝对的正确。所以制造一种智能的水质检测系统是非常有必要的，系统可以到达人们无法到达的地方检测，可以节约人员的浪费，并且可以实现检测数据的连续化，还可以远程操控检测系统进行指定区域检测，这样更有利于工作人员更好的做出判断，用最短的时间处理水质问题，实现水质检测系统的智能化是非常有意义的。
1.1课题研究的背景和意义
现阶段，全世界的重工业还是占主导地位，各种的工业废水，空气污染对人们的危害越来越大。水是人们赖以生存的资源，随着这些工业污染的影响水污染也是愈发严重。水污染可以分为很多种，其中最重要的一种就是水质的化合物污染和无机化合物的污染，其所指的是相关水域中溶解氧减少，溶解盐类增加，并且水域中的水硬度越来越大，水中酸碱度不平衡或者水中出现了含有某种有毒化学物质等。
通过有关部门发公布的数据，在1993年，全国各地各类污水排放达到了惊人的356亿吨，蓄水能力巨大的密云水库也只不过是其十三分之一。这些庞大的污水有些被排放到了内陆湖，河道甚至水库，更有甚者直接排放到大海，对水资源危害甚大。在一次由十五省组织的调查中，在1993年一年里由于污水排放导致的渔业污染事故达到500起，由于渔业的污染产生了巨大的经济损失，据不完全统计损失达到了4.2亿元。由于污水直接排放到了大海，整个沿海地区养殖业连续引发了传染性病害，病害感染面积已经达到了168万亩。由于这些地区大量养殖对虾，所以病害对对虾养殖产生了严重危害，大概统计一年对虾减产了12万吨，产生了近35亿元的经济损失。农业需要给农作物灌溉，工厂需要水进行炼制，所以水污染严重影响了工农业的正常发展。根据1993年的不完全统计，我国由于引进了污染的水质所导致的农田污染，其面积可达400万亩，由于农田的污染，很多农田出现了减产和绝收的现象。
本课题研究水质检测系统可以用最快的速度得到相关水域的水质信息，实时掌握了水域的水质信息，相关人员才能以最快的速度做出正确的判断，避免水质的进一步恶化，本课题的研究将给水质污染的治理提供了一个有力的工具。
1.2国内外研究现状分析
现在我国已经研制出很多针对于水质检测仪器，有固定式的，有便携式的，还有智能的。但是现阶段这些测量仪器还不能更好的推广，因为其价格都是居高不下的，还有一些智能仪器的技术不能开源。这些仪器还有一个特点，不能实现一个完整的系统，很多的测量还是依靠人工测量才能实现，增大了水质测量的难度。现阶段随着检测方向的扩展，迫切需要在恶劣环境下的测量仪器，这对水质检测提出了又一个研究方向。
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