水资源短缺、水体污染严重,是我国当前面临的主要环境问题之一,这也促使着对于环境水质的监测变得非常必要。本文设计的低功耗在线水质监测系统,主要由电池供电模块、传感器模块、CC2640主控模块以及BLE数据接收模块组成,实现包括水体中的p H值、TDS(或电导率)以及水温度等参数的测量。论文的主要内容包括:对于长期在线运行的pH电极存在的线维护问题,本文提出了基于能斯特方程的在线斜率标定方法。该方法解决了因受结构限制而难以对电极进行在线标定的问题,同时通过实验验证了该方法满足系统设计要求。在pH测量上,还设计了低通FIR滤波器,满足了高分辨率的采样和高精度测量的需求。针对TDS(或电导率)测量,本文提出了基于单极性激励的TDS测量方法。通过改进设计TDS测量电路,消除了采用正负脉冲激励测量TDS值时的正负电源一致性的问题、降低了电路设计的复杂度,并通过实验测试得到该方法满足系统测量要求。对于系统低功耗设计,本文基于CC2640超低功耗芯片,从软件和硬件设计上,完成了在线水质监测系统的低功耗设计。硬件设计上实现了分时上电的电源管理方案,软件设计上基于CC2640的低功耗软件框架,完成了低功耗驱动和应用程序的设计,最终实现了系统以10分钟为周期唤醒系统时的系统功耗为0.149mA左右,可以实现以3000毫安时的电池作为系统电源时系统至少工作两年时间。综上所述,本文设计的系统在测量上基本满足水质监测的要求,同时在系统的低功耗设计上可以满足采用电池长时间工作的需求。通过进一步完善,系统可以作为在线水质监测系统的一个新的可选方案。
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