近年来,由于经济的发展和人们生活水平的提高,国家开始重视环境方面的问题,对于地表水生态,急需进行更加高效、完善的监测方案。在这种背景下,采用光谱分析和实时监测水质的技术应运而生。本论文在查阅、分析国内外光谱水质监测技术和站点实时监测的光谱水质监测设备基础上,针对地表水实时监测、无污染、设备便携、可靠性高、无人看守、体积小和多参数测量等需求,围绕水质COD、浊度、TN、TP参数,设计和研发了基于直接光谱法的站点式水质监测设备。本论文研究的主要内容包含设备的硬件系统设计、软件系统设计、机械结构设计和光谱水质参数分析与样机测量性能实验。硬件系统设计了一套光路系统和下位机系统。光路系统主由脉冲氙灯、光纤光谱仪、比色皿等组成,负责对水质光谱数据的采集。下位机系统主要以STM32为控制器,通过与各个外设模块相配合共同组成,负责控制、接收指令和发送数据。此外,作为创新和改进项目,还进行了设备的直流备份电源系统设计;软件系统主要编写了基于Keil5开发环境的下位机控制代码、光谱仪驱动控制和基于Py Qt5的上位机界面程序;针对站点式光谱水质监测设备的小型轻量化、便携等需求,在分析其他相关设备结构的基础上,对本设备优化,完成了设备箱体的结构设计,并绘制了该设备完整的三维仿真图,设计实现了比色皿的高精度定位,阐明了设备的工作流程。最后对测量的四种水质参数进行分析、建模等,成功实现了PCA-PLSR预测模型,并搭建了设备样机的实验平台,对设备进行测量性能实验研究,实验结果均在性能指标范围内。通过一系列实验,为本论文所设计设备的有效性、稳定运行性和可靠性提供了支持依据。