水質(zhì)監(jiān)測(cè)是水資源管理和保護(hù)的重要手段。當(dāng)前，我國(guó)進(jìn)入了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新時(shí)期，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的深入應(yīng)用和快速發(fā)展，有利于提高我國(guó)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的信息化和智能化水平。開展水質(zhì)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水體質(zhì)量的連續(xù)觀測(cè)，及時(shí)獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的水質(zhì)情況和總體變化趨勢(shì)，為預(yù)測(cè)和防治水體污染及生態(tài)破壞等問題提供數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)依據(jù)。此外，魚類的行為及生理特征與水環(huán)境質(zhì)量密切相關(guān)，通過觀測(cè)魚體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)評(píng)估水質(zhì)污染等級(jí)也是水質(zhì)監(jiān)測(cè)的重要手段。因此，智能高效的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在水環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及有效治理中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，從功能結(jié)構(gòu)上可以劃分為三部分，分別為感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用服務(wù)層，如圖1所示。

在感知層中，通過各類電化學(xué)式使水質(zhì)傳感器對(duì)水質(zhì)信息進(jìn)行采集。本書所研制的系統(tǒng)采用的水質(zhì)傳感器主要有溫度傳感器、溶解氧傳感器、濁度傳感器、pH傳感器、電導(dǎo)率傳感器、鹽度傳感器、氨氮傳感器和COD傳感器等。水質(zhì)傳感器大多是輸出為模擬信號(hào)的電化學(xué)類傳感器。其中，部分水質(zhì)傳感器監(jiān)測(cè)到的水質(zhì)信號(hào)比較微弱，如pH傳感器、溶解氧傳感器及氨氮傳感器。因此需要設(shè)計(jì)調(diào)理電路，將微弱電信號(hào)進(jìn)行放大和調(diào)理。目前，大多數(shù)的水質(zhì)處理電路可以將微弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換成萬用表可直接測(cè)量的電流信號(hào)或者電壓信號(hào)。通過相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換模塊和相應(yīng)的水質(zhì)算法便可以得到感知層的傳感數(shù)據(jù)。

為了實(shí)現(xiàn)水域的全面監(jiān)測(cè)，水質(zhì)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)分布于湖泊或者江河的不同位置，各個(gè)節(jié)點(diǎn)采集的信息經(jīng)過處理后采用近距離通信技術(shù)將水質(zhì)信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)再采用遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)的水質(zhì)信息發(fā)送到云平臺(tái)。在網(wǎng)絡(luò)傳輸層，本書設(shè)計(jì)的水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用5G網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò)將處理后的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)缴衔粰C(jī)軟件及手機(jī)APP應(yīng)用端。

在應(yīng)用服務(wù)層中，主要對(duì)大量的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)處理。根據(jù)用戶的需求，設(shè)計(jì)不同功能的軟件系統(tǒng)，為用戶提供豐富的特定服務(wù)。在應(yīng)用服務(wù)層，本書設(shè)計(jì)了基于組態(tài)的水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)軟件平臺(tái)和基于LabView的水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)軟件平臺(tái)，通過軟件平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)各類水質(zhì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、超標(biāo)報(bào)警、遠(yuǎn)程控制、預(yù)測(cè)預(yù)警等功能。