基于FPGA的水质监测平台设计与研究

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水质与人们的生产生活息息相关,作为水质信息的直接来源,参数监测一直是水质研究的前沿方向之一。本文在传统仪表监测基础上,设计FPGA水质综合监测平台,结合水质预测算法,以本地服务器、Web、移动客户端三端综合的方式完成水质参数的获取及显示。本文主要研究内容有:根据平台需求对分析仪器进行选型,确定采水方案,完善水质预处理措施,完成平台硬件电路设计。采用FPGA对Modbus总线协议进行模块化设计,完成硬件间数据传输,并对功能进行仿真调试。根据人们对水质预测的需求,设计水质预测算法。采用BP神经网络对污染水体的恢复时间进行预测,以污水处理厂水质处理方式为例,获取水质参数,建立算法模型,经测试数据验证,预测值与实测值相关系数为0.9672。采用支持向量回归算法对水质短时预测建立算法模型,并通过遗传算法对模型进行优化,结果表明:优化后,模型预测拟合效果较好,相关系数达到0.9988。采用TCP/IP协议对GPRS模块服务端进行开发,搭建本地服务器完成数据的无线接收。建立本地、云端、移动端三级数据库,完善数据存储功能,做到异常情况下数据的保留,利用ODBC、JDBC机制完成数据库的连接。在ASP.Net框架下,搭建基于WebForm的水质监测网页。采用MVC框架对移动终端进行设计,在Android平台下完成MPAndroidChart图表库的开发。运用多线程机制、ListView适配器、Activity生命周期特点、相关组控件及数据库的交互技术,设计用户登入注册、站点选择、参数显示、警戒值设置、水质曲线趋势图等功能模块。对设计的水质监测平台进行测试,网页及移动端数据通信无误,达到预期效果,具有一定应用前景,可对水质监测系统提供一定的理论支持。
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