基于物联网的水质在线监测系统设计

基于物联网的水质在线监测系统设计

【摘要】如今的互联网技术经过一个快速的发展阶段，就衍生出了我们“物联网技术”，物联网技术的出现就有了比互联网更多的应用空间，其中就有在水质监测中能够表现出来的作用。本文就针对物联网技术做了一个概述，和用于水质监测系统的物联网技术做了一个概述。同时针对这样的一个在线水质监测系统的设计中的硬件设计，和软件部分设计做了一个概述。

【关键词】水质监测；物联网；在线监测；自动控制

一、前言

通过物联网技术的引用，我们的水质监测手段得到了一个较好的扩充，我们可以利用物联网技术实现一个在线的，实时自动控制的水质监测系统。整个系统可以利用互联网技术，和物联网技术的综合运用，通过有效合理的硬件设计和选择，然后再结合软件部分的有效控制和人为干预，就实现了水质的实时在线监测，能够为水产养殖或者我们水库的环境监测都起到比较有效的作用。

二、物联网技术概述

其实整个物联网技术的运用，基本的工作也都是依赖于会联网技术所能够提供的“联系”作用上；也就是把传统的简单的计算机之间进行的信息交流，变为实际的物品和物品之间就可以进行的一种交流技术，能够让物与物之间的交流为我们的生活提供更多的便利。同样的物联网技术也是通过识别设备进行识别，或者利用一些感应设备进行感应，然后再通过处理和传输设备进行数据信息的传输，实现不同设备之间的交流，协同完成复杂的工

作，这样就能够实现一个从设备的的自动识别开始，到设备的自动化追踪，然后再到设备的全程监控，实现监管的全信息化物对物的“互联网技术”，这样的互联网技术如今也就被定性为“物联网技术”。

要通过建立一个物联网的系统，实现对水质的全程自动监控就需要在被监控的水域水面做好整个系统的节点布置，做好整个系统的收集部分的处理，整个水上节点布置情况，以及需要用到的“节点设备”如下：首先就是传感器部分（水质监测核心水质参数传感器节点，还有水质的参数调节节点）；然后就是信息采集的部分（其中包括视频的监视设备，组建一个视频监控系统）；而后是传输设备（包括无线传输网关，多采用gprs网关传输；还有就是视频信号传输多采用3g信号传输；在服务器中，还有有线传输的链接）；最后就是中央的处理部分（服务器；处理器；运算器；还有人工控制的部分，以及人工监控的部分）。这些部分的功能就是，通过传感器把水质的情况直接收集，包括水质的酸碱性，水中的含氧量，水中的温度，环境的温度，水的水位情况，都是采集的重要内容；然后就是视频监控器，监测整个水质监测系统运行的区域，可以实时的看到区域的情况，对不正常的情况可以及时发现，并进行处理；然后由gprs和3g信号分别把，传感器的信息和视频监控器的信息同时传输到服务器；最后就是通过服务器进行信号的处理，就可以自动的实现对水质的监控，系统可以自动的调用水泵或者一些增氧过滤设备，自动的实现对水质的监控和调节，对于监控系统没有办法处理的问题，自动报警，通知人工进行处理，结合远程的视屏设备和操作设备，就可以实现人工的运程控制，甚至可以人工通过手机，平板电脑等实现实时接收信息，和处理。

三、基于物联网的水质监测系统硬件设计

1、水质检测传感器的选择

能够运用物联网水质检测系统的区域，一般是以水产养殖，或者水库库区的检测。所以对水质的检测主要是检测，水质的酸碱度，水质的含氧量，水的温度和水域的环境温度，以及水的浑浊程度，以及整个水域的水位。所以所选择的传感器就首先要能够有以下的这些功能。同时传感器要能够实现信息的传输功能，要能够实现信号的接受的自动处理功能。不仅仅要准确性，还需要有一定的经济性。所以可以选择中国农大和北京创联共同开发的四类水质监测传感器，比如：DOIO、TSIO，或者WLIO，还有PHl0，他们都能够实现要求的水质检测功能。

2、检测系统的节点的接口电路设计

节点的设计要考虑能够起到信号放大的作用，能够远距离的稳定传输无线信号，所以最好选择有增益放大功能的信号传输节点接口，电路的设计要能够和传输设备的电路能够连接通用。往往接口的电压要求和传感设备的电路电压要求不一样，这样就需要对接口信号设备的电路进行改造，使之相匹配，传感设备和信号传输的设备都要能够顺利的运行。

4、增氧设备、水泵的控制电路设计

主要就是要在增氧设备、水泵设备中加入一个制动控制器，这个自动控制器能够和信号传输设备相连，通过接收到的信号自动进行调节控制，使增氧设备、水泵设备能够实现自动开关。实现水质的自动调节功能。

同时需要设计整个系统的传输信号，并且要和通讯模块相连，还要设计好中央处理器部分的信号接受传输部分，加入储存单元，要能够和互联网相连接，并且做到节电自动控制。

四、基于物联网的水质检测系统软件设计

1、感知层WSN软件子系统设计，基于ZigBee 2007Pro开发的具有自组网功能的星型网络。其中，帧类型主要有节点入网、获取网络参数、获取传感器参数、调节水质参数等。只要在下行链路中下发指定格式的指令，便可通过上行链路获取数据，得到需求的参数。

2、传输层ZigBee／GPRS无线网关软件子系统设计，ZigBee／GPRS无线网关用于完成管理控制、协议转换以及数据转发功能，可以支持WSN网络数据协同和汇聚，并支持GPRS接入，实现互联网连接。

3、应用层水质监控信息管理系统设计，应用层水质监控信息管理系统采用B／S架构设计，通过WebService提供面向ZigBee／GPRS网关和用户的服务。主要子系统包括水质环境监控子系统、专家决策及知识查询子系统、系统配置子系统、在线技术支持子系统。

五、结束语

通过研究探讨，我们发现把物联网技术确实运用到水质监测工作中，能够起到比较明显且比较有效的作用。首先就是能够减少人力的只用，减少监测工作的人力成本；其次，能够提高水质监测的准确性，为水质的可控制工作提供新有效地的帮助；然后还能够有效地让在线水质检测系统更快速地得到水质信息，更好的的数字化技术结合，提高在线水质检测的效果；整个基于物联网技术的水质监测系统确实能够有效地帮助到水质监测工作，未来的运用空间还很大。

参考文献

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