【摘 要】
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中国淡水资源匮乏,且水资源分布不均匀。同时科学技术的迅速发展也给环境带来了巨大的压力,造成的水污染成为中国面临的重要问题,水污染治理是一项艰巨的任务,水质监测是预防水污染的重要手段之一,水质监测对于保护和利用水资源具有重要意义。传统的水质监测周期长且耗费大量的人力物力,大多数通信方式为有线通信,无法实现数据无线传输。针对当前水质监测系统监测数据单一、有线通信方式、监测周期长等问题,本文根据对现有无
【基金项目】
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国家自然科学基金重大研究计划培育项目（92052106）； 国家自然科学基金（61771385）； 陕西省杰出青年科学基金（2020JC-42）； 固体激光技术重点实验室开放基金（6142404190301）； 西安市高校人才服务企业工程项目（GXYD14.26）
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中国淡水资源匮乏,且水资源分布不均匀。同时科学技术的迅速发展也给环境带来了巨大的压力,造成的水污染成为中国面临的重要问题,水污染治理是一项艰巨的任务,水质监测是预防水污染的重要手段之一,水质监测对于保护和利用水资源具有重要意义。传统的水质监测周期长且耗费大量的人力物力,大多数通信方式为有线通信,无法实现数据无线传输。针对当前水质监测系统监测数据单一、有线通信方式、监测周期长等问题,本文根据对现有无线通信技术进行对比之后,最终采用LoRa无线通信、物联网和嵌入式等相关技术设计出基于LoRa和物联网云平台的水质监测系统,其主要内容包括:1.利用水质监测系统的硬件设计实现水质数据的采集处理和数据的无线传输。水质监测终端选用STM32微处理器作为监测系统的控制中心,进行多传感器采集电路的设计、GPS/北斗定位电路的设计、无线通信电路设计和电源电路的设计。实现水质环境中温度、电导率、溶解氧（DO）、氧化还原电位（ORP）、风速风向、PM2.5/PM10等参数的采集和终端定位,最终实现数据的远程传输。2.利用LoRa无线通信协议、4G技术实现监测终端和应用软件之间的通信,完成上位机软件登录和OneNET云平台入网,上位机软件通过串口接收处理水质数据,云平台中使用MQTT协议传输水质数据,最终实现数据的显示和存储。应用层软件包括基于Qt的水质监测上位机软件和水质监测系统APP,实现水质数据显示和监测终端的定位,数据曲线为预测水污染事件提供科学依据。3.综合集成并对其性能测试。测试包括终端是否能够采集温度等9种参数,LoRa通信质量和应用软件测试。最终测试表明,监测终端能够正常采集数据,OneNET云平台可对数据进行可视化显示和存储,上位机软件和水质监测系统APP可以实现水质数据存储和定位信息的显示等功能。本系统基于LoRa和物联网云平台的水质监测系统实现了多种水质数据的集中采集和处理,系统能够采集电导率等9种参数,因此集成度高,且设备体积小易于安装,数据可以无线传输并且可以可视化显示,满足大多数水质监测应用场景,具有一定的实用价值。
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