水質(zhì)監(jiān)測是水資源管理和保護的重要手段。當(dāng)前，我國進入了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新時期，推進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域的深入應(yīng)用和快速發(fā)展，有利于提高我國水質(zhì)監(jiān)測的信息化和智能化水平。開展水質(zhì)實時在線監(jiān)測能夠?qū)崿F(xiàn)對水體質(zhì)量的連續(xù)觀測，及時獲取監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的水質(zhì)情況和總體變化趨勢，為預(yù)測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)，通過觀測魚體運動狀態(tài)評估水質(zhì)污染等級也是水質(zhì)監(jiān)測的重要手段。因此，智能高效的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)在水環(huán)境實時監(jiān)測及有效治理中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

水質(zhì)遠程監(jiān)測系統(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)傳感器對水質(zhì)信息進行采集。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的電化學(xué)類傳感器。其中，部分水質(zhì)傳感器監(jiān)測到的水質(zhì)信號比較微弱，如pH傳感器、溶解氧傳感器及氨氮傳感器。因此需要設(shè)計調(diào)理電路，將微弱電信號進行放大和調(diào)理。目前，大多數(shù)的水質(zhì)處理電路可以將微弱電信號轉(zhuǎn)換成萬用表可直接測量的電流信號或者電壓信號。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)。

為了實現(xiàn)水域的全面監(jiān)測，水質(zhì)監(jiān)測節(jié)點分布于湖泊或者江河的不同位置，各個節(jié)點采集的信息經(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，網(wǎng)關(guān)節(jié)點再采用遠距離傳輸技術(shù)，將各個節(jié)點的水質(zhì)信息發(fā)送到云平臺。在網(wǎng)絡(luò)傳輸層，本書設(shè)計的水質(zhì)遠程監(jiān)測系統(tǒng)采用5G網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò)將處理后的數(shù)據(jù)遠程傳輸?shù)缴衔粰C軟件及手機APP應(yīng)用端。

在應(yīng)用服務(wù)層中，主要對大量的水質(zhì)數(shù)據(jù)進行存儲及數(shù)據(jù)處理。根據(jù)用戶的需求，設(shè)計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)計了基于組態(tài)的水質(zhì)遠程監(jiān)測軟件平臺和基于LabView的水質(zhì)遠程監(jiān)測軟件平臺，通過軟件平臺可實現(xiàn)各類水質(zhì)數(shù)據(jù)的實時顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、超標報警、遠程控制、預(yù)測預(yù)警等功能。