《電子技術(shù)應用》
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面向水質(zhì)監(jiān)測的無人巡檢器控制系統(tǒng)設計與開發(fā)
2021年電子技術(shù)應用第1期
馬來賓,馬偉鋒,樓 姣,季曹婷
浙江科技學院 信息與電子工程學院,浙江 杭州310023
摘要: 針對傳統(tǒng)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)成本高、低擴展性等問題,設計了一種基于4G的無人巡檢器及控制系統(tǒng),構(gòu)建以樹莓派為核心,集成視頻、水質(zhì)傳感器、超聲波傳感、GPS等多種信息采集器的邊緣計算網(wǎng)絡,設計了應用通信協(xié)議,研發(fā)了控制系統(tǒng)軟件包括無人巡檢器端控制軟件、云服務器端控制軟件和手機端控制軟件。系統(tǒng)運行結(jié)果表明,控制系統(tǒng)能完成一定水域面積下的多點水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)及地理位置的實時采集、傳送、存儲、查詢,利用遠程視頻實時控制無人巡檢器的航行路線、水質(zhì)監(jiān)測點等,并支持多臺無人巡檢器在線作業(yè),具有高擴展性,可平順切換到5G網(wǎng)絡。
中圖分類號: TN108.4;TP273
文獻標識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.191286
中文引用格式: 馬來賓,馬偉鋒,樓姣,等. 面向水質(zhì)監(jiān)測的無人巡檢器控制系統(tǒng)設計與開發(fā)[J].電子技術(shù)應用,2021,47(1):78-81.
英文引用格式: Ma Laibin,Ma Weifeng,Lou Jiao,et al. Remote monitoring mobile water quality monitor and its control system development based on 4G[J]. Application of Electronic Technique,2021,47(1):78-81.
Remote monitoring mobile water quality monitor and its control system development based on 4G
Ma Laibin,Ma Weifeng,Lou Jiao,Ji Caoting
School of Information and Electronic Engineering,Zhejiang University of Science and Technology,Hangzhou 310023,China
Abstract: Aiming at the problems of high cost and low expansibility of traditional on-line water quality monitoring system, a mobile water quality monitor and control system based on 4G is designed. An edge computing network with raspberry pie as the core, integrating video, water quality sensor, ultrasonic sensor, GPS and other information collectors is constructed, and the application communication protocol is designed. The control system software is developed, including mobile monitor-side control software, cloud server-side control software and mobile-side control software. The system operation results show that the control system can complete the real-time collection, transmission, storage and query of multi-point water quality monitoring data and geographical location under a certain water area, and use remote video to control the navigation route and water quality monitoring points of mobile water quality monitor in real time. It also supports the online operation of multiple mobile water quality monitors, which has high expansibility and can be smoothly switched to 5G network.
Key words : online monitoring;water quality monitoring;edge calculation;remote control system

0 引言

    目前我國地表水資源環(huán)境所處的形勢不容樂觀,一方面,人口對水資源的需求呈上升趨勢[1];另一方面,我國地表水資源污染問題較為嚴峻[2]。因此,建立健全的水資源保護機制愈來愈成為社會發(fā)展亟須解決的問題,其中科學有效的水資源監(jiān)測與調(diào)查手段是對水質(zhì)污染治理的前提和基礎。

    在眾多水質(zhì)監(jiān)測手段中,較為傳統(tǒng)的是實驗室檢測法,該方法通過人工對預定點進行水樣采集,然后在實驗室通過化學分析法[3]、生物分析法[4]等方法進行詳細的水質(zhì)分析,最終生成水質(zhì)報告。實驗室檢測法優(yōu)點在于測定方法多樣,分析結(jié)果精準且水質(zhì)指標較為豐富,但是其具有測定周期較長、成本高、采集到的水樣相對于水域不具備代表性等缺點。隨著網(wǎng)絡通信、計算機技術(shù)以及傳感器應用等方面的發(fā)展,在線水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)得到了越來越多的應用[5-6]。如張秀再[7]等人設計的河流水質(zhì)實時監(jiān)測系統(tǒng),以MSP430F149單片機為核心,采用漂浮圈為載體搭載水質(zhì)傳感器,最終利用無線通信模塊傳輸采集信息;郭鵬飛[8]等人設計的基于樹莓派的遠程水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)以樹莓派作為系統(tǒng)核心監(jiān)聽水質(zhì)監(jiān)測儀檢測到的水質(zhì)數(shù)據(jù)信息,再將水質(zhì)數(shù)據(jù)信息通過GPRS模塊發(fā)送到云端數(shù)據(jù)庫。這些系統(tǒng)都極大地縮短了水質(zhì)數(shù)據(jù)采集周期,達到了實時數(shù)據(jù)采集監(jiān)控的要求,但是可測定水域范圍有限,擴展性較差。劉星橋[9]等人設計的基于GPS的自學習導航游弋式水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)以小型船體作為水質(zhì)數(shù)據(jù)采集載體并搭配遙控器,設計了船體運動主控制器和遙控控制器,使用ZigBee網(wǎng)絡和GPRS進行數(shù)據(jù)傳輸。其中ZigBee網(wǎng)絡進行控制指令的傳輸,速度快、成本低,但是傳輸范圍有限,通信穩(wěn)定性受環(huán)境制約;GPRS網(wǎng)絡進行水質(zhì)數(shù)據(jù)以及地理信息數(shù)據(jù)傳輸。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程控制、多點檢測以及水質(zhì)數(shù)據(jù)的在線訪問等功能,但是其航行控制范圍較小,只能在人工視野范圍內(nèi)工作。基于此,本文提出了一種基于4G的無人巡檢器及控制系統(tǒng),開發(fā)了手機移動應用,可利用遠程視頻觀察當前水域作業(yè)場景,實時控制無人巡檢器航行路線、水質(zhì)監(jiān)測點等。該系統(tǒng)能完成一定水域面積下的多點水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)及地理位置的實時采集、傳送、存儲、查詢,并且具有高擴展性,支持多臺無人巡檢器的在線作業(yè)。




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作者信息:

馬來賓,馬偉鋒,樓  姣,季曹婷

(浙江科技學院 信息與電子工程學院,浙江 杭州310023)

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