基于ARM的给水管线数据采集系统设计
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摘要：为了及时发现给水管线中出现的漏损，水污染等问题，降低城市给水管线的漏损率，本文设计了一种基于arm的给水管线数据采集系统。该系统采用Freescale i.MX6Q作为主控芯片实现了数据的采集、转换和存储；以VS2015为平台利用C#语言编写上位机软件实现数据的实时显示，便于对管线运行状态的实时监控。实验测试结果表明：该数据采集系统能够实现对给水管线中数据的实时采集，对实际工程中提高管线的给水效率具有重要意义。
关键词：Cortex-A9；数据采集；给水管线；i.MX6Q
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）04-0260-03
The Design of Data Acquisition System in Water Supply Pipeline Based on ARM
ZHANG Zhao-xiang
（Anhui JianZhu University， Hefei 230022， China）
Abstract： In order to find problems like leakage and water pollution which are commonly seen in water supply pipeline and reduce the leakage rate of urban water supply pipeline， the data acquisition system in water supply pipeline based on ARM is designed. Freescale i.MX6Q is used as main control chip to realize the acquisition， switch and storage of data in the system. C# language is used to write upper computer software to realize the real-time display of data based on VS2015 as platform in order to real-time monitor the running status of pipelines. The experiment results show that the data acquisition system can realize the real-time collection of data in water supply pipeline， which have a great significance to improve the water supply efficiency in the practical engineering.
Key words： Cortex-A9； data acquisition； water supply pipeline； i.MX6Q
1 背景
城市o水管线中经常发生漏损，爆管，二次污染等事故，造成了大量的水资源的浪费，对居民的用水安全产生了极大的危害[1-2]。然而，依靠传统的管理方式对给水管线进行监测已经远远不能满足当下社会的需要。在科学技术高速发展的今天，如何全面、有效、实时、准确地对给水管线进行全方位的数据采集，已经成为供水企业当下面临的主要问题。
在给水管线运行过程中，为了实时掌握给水管线的运行状态，通常需要对管线中压力，流量，水质（pH值、溶解氧、电导率）等参数进行监测。通过实时采集给水管线中各种参数，分析管线水压是否正常，诊断水质受污染的程度[3]。基于上述问题，本文设计了一种采用Freescale i.MX6Q作为主控芯片的给水管线数据采集系统。该系统对给水管线中传感器的数据进行采集和实时显示，以便后期数据的分析和处理，为给水管线稳定运行和居民用水安全提供了保障。
2 系统总体结构设计
本文设计的给水管线数据采集系统包括现场传感器，数据传输和上位机软件。系统总体结构框图如图1所示。在该系统结构框图中，布置在给水管线中的压力传感器，流量传感器和水质传感器将采集到的数据通过数据采集器完成存储和转换，再通过Internet发送到上位机，上位机以表格或曲线的形式显示各传感器采集的数据，采集的数据实时存储到数据库中。若水压，流量或水质发生异常时，上位机通过与之连接的GPRS模块，及时发送短信通知现场工作人员，以便及时处理。
3 硬件设计
给水管线数据采集系统中的硬件部分采用Freescale i.MX6Q为主控芯片、RTL8211E以太网芯片为通信模块、AD7266为同步采样A/D模块。系统硬件结构如图2所示。整个硬件系统共分为三个模块： 主控模块、数据采集模块和通信模块。终端的主控模块包括控制芯片电路、存储电路、电源电路以及串口和JTAG接口电路；数据采集模块包括传感器电路、RS-232接口以及12位A/D转换电路；通信模块包括以太网芯片以及电路，通过RJ-45端口与互联网相连，实现数据网络化。
在给水管线数据采集系统的硬件结构设计中，给水管线中水压、流量和水质（pH值、溶解氧、电导率）等传感器完成各项参数的实时采集和转换；采集的数据通过主控模块进行存储和整合；最后由通信模块将采集到的数据通过TCP服务经Internet网传输到上位机中。
3.1 主控模块
该系统主控模块中主处理器采用的是Freescale i.MX6Q新一代应用处理器[4-5]。该处理器基于ARM Cortex-A9架构，40nm工艺制程，最高运行频率可达1.2GHz，具有ARMv7TM、Neon、VFPV3和Trustzone支持。处理器内部为64/32位总线结构，32/32KB一级缓存，1M 二级缓存，最大支持4096x4096 pixels分辨率，视频编码支持MPEG-4/H.263/H.264 达到1080p@30fps ，解码MPEG2/VC1/Xvid 视频达到1080p@30fps，支持高清HDMI TV 输出。