环境水质远程监测技术研究

环境水质远程监测技术研究

冯磊刘立雪

黑龙江省环境监测中心站黑龙江哈尔滨150056

摘要：水质监测作为我国保护水资源和环境、控制污染、统筹城乡规划的一项重要工作，对今后环境保护工作具有一定的意义。然而，由于国内科技水平的落后，相关的水质监测方法已不能满足提高水质监测精度和智能化的要求。因此，研制一种时间灵敏、智能化的检测系统成为检测人员的重点研究对象。

关键词：环境水质；远程监测技术；应用

前言：近年来，工业化程度的不断提高造成了环境污染。在诸多污染中，水体污染对人类的健康带来严重危害，并成为制约我国经济社会发展的重要因素。因此，开展水质资源的监测与治理工作显得尤为重要。水质监测是水资源环境保护及治理的基础，而基于远程水质监测技术已成为现代水质监测的重要发展方向。

1水质监测系统设计

无线传感器网络（WSN）是一种分布式的传感网络，它可以感知到外部世界的传感器，具有灵活性、自组织的特点，并且具有较强的无线通信能力和计算能力。这种传感器网络可以与通信技术、网络技术、数字化技术紧密联系起来，为用户在任何时间、地点和环境提供了丰富的信息、无线传感器网络的快速部署和自组织。它广泛应用于国防、国家安全。环境监测、交通管理、保健、制造业、反恐怖主义、反恐怖主义和其他领域。WMS将使用一个传感器节点的三层体系结构（节点层）-（网关）监控中心（服务层），它确定了三个组成部分：传感器节点部署在测试区域，测试区域的网关部署D，和传感器节点部署在被动监测中心形成一个监测网络的一个或多个水质数据收集。根据存储操作，发送到网关收集质量数据，这些数据会被传输到监控中心，然后由监控中心将接收到的数据的分析，水污染防治和水污染防治的超标报警和远程技术支持最终用户可以使用移动电话或其他设备试水PC实时监控。对大范围大面积的水质监测来说，其能够起到及时的数据显示效果，工作人员能够及时发现水质问题并解决。同时，监控中心可以灵活配置传感器节点的采样频率、传输功率等参数，满足不同地区和不同水质监测要求。为克服GSM网络在数据应用中的不足，GPRS网络应运而生，GPRS将是第三代移动和数据网络相结合的重要里程碑。IP服务被其带入更广泛的移动市场，更为移动网络带来较多附加产业效益。GPRS网络的升级十分简单，只需要在原有的GSM网络中添加一些网络节点，就可以成功完成升级。

2相关技术简介

2.1MK60N512VMD100单片机

MK60N512VMD100芯片是KinetisK60系列MCU，采用AＲMCortex-M4内核，其性能可达到1.25DMIPS/MHz。它具有高达128kB的RAM、16位ADC、12位DAC、16通道DMA、16位低功耗定时器等模块。硬件加密支持DES、AES、MD5和SHA等算法，以最小的CPU负载提供快速、安全的数据传输和存储。

2.2水质监测传感器

2.2.1温度传感器DS18B20、DHT11温湿度传感器本设计选择DS18B20温度传感器对温度进行监测。它有以下几个主要特点:

(1)测温范围大，为－50℃～124℃。

(2)测温精度高，可分辨温度高达0.0625℃。

(3)测温方便，它和微处理器是进行的单总线通信，即由一根线进行信号控制和数据交换，且不需要任何外围元件。在3.0伏～5.5伏，该元件可以照常运作。DS18B20响应快、抗扰强、价格低，是一种应用广的高性价比的传感器。另外选择DHT11温湿度传感器对湿度进行监测。该传感器具有可靠性高、稳定性强、成本廉价等特点。它有以下几个主要特点:它和微处理器是进行的单总线通信，即由一根线进行信号控制和数据交换，且不需要任何外围元件。

2.2.2pH传感器、浊度传感器、TDS传感器

pH计(即pH传感器)采用两点校正的方法进行标定，通过标定公式，画出标定曲线。pH电极通BNC接口输出的是mv信号，通过信号放大电路，单片机再进行处理。之后根据标准曲线将输出的电压信号转换为待测溶液的pH值。浊度传感器原理:利用光的折射作用，辅以光学二极管和晶体管，以液体溶液的透光率和散射率为指标，得出浊度情况，最后再根据光学传感器从光源到接收器得到的光线量，从而计算浊度。TDS传感器原理:TDS表明1升水中的离子总量。而溶液的电导率等于溶液中所有离子的电导率之和。因而，通过测量水的电导率可以间接的反映水质的TDS数值。

2.3GPRS无线通讯模块

DTU模块是通过GPＲS网络实现串口与互联网之间的数据传输。具体的讲，该模块支持4路Socket通讯，可将设备采集到的数据，通过GSM/GPRS网络发送至远程端(即目标服务器或者远程端的串口设备)，然后远程端对数据进行处理。当模块工作在透传模式时，将作为一个TCP/UDPClient端去主动连接用户所设置的目标IP/端口所映射的服务器主机，连接后建立一个稳定的数据传输通道。

2.4ASP.NET技术

ASP.NET隶属于Microsoft.NET框架，运行于IIS上，是一种用于创建基于Web的应用程序的编程模型。NET框架内核有三部分组成，包括CLR、编程工具和BCL。其中CLR即为公共语言运行库，在运行期间管理程序的执行;而编程工具涵盖了编码和调试需要的一切;BCL即为基类库，提供了一系列用于处理请求和生成响应的公共代码。

3主要功能页面实现

3.1水纹视频跟踪

利用腾讯云直播API，主要采用ＲTMP技术，根据水质监测端的推流地址，获取音视频数据实现水纹视频画面的实时更新。

3.2实时轨迹跟踪与异常标定

调用百度地图API，利用AJAX发出异步请求，从数据库中实时获取水质数据和位置信息，实时绘制作业轨迹。根据生活饮用水卫生标准(GB5749—2006)及地表水环境质量标准(GB3838-2002)，并配合水质监测系统的传感器配置，制定出符合双方要求的水质标准，然后根据水质参数，判断该水质区域是否异常，若异常则标定该点。当选中其中一个采样点时，可以切换监测视频页面。

3.3水质参数走势分析

根据需要可以选择水质参数(pH值、浊度、tds值、温度、湿度)中的任意一种参数，观察其波动情况。

结束语

采用高性能数据库，易于数据的并发管理。通过使用高性能的低功耗模块，来增强系统的整体性能。在今后的系统运用中，将结合实际情况，对系统性能进一步优化，提高系统效率。

参考文献：

［1］魏康林.基于微型光谱仪的多参数水质检测仪关键技术研究［D］.重庆:重庆大学，2017.

［2］周苏怡.基于微型光谱仪的多参数水质检测仪自检系统设计与实验［D］.重庆:重庆大学，2016