基于物联网的水况实时监测系统

河北理工大学信息学院 摘要 1绪论1.1研究背景和目的随着城市化和重工业发展程度的加深，水资源的保护成为了一个严峻的问题，水质问题的增多导致了许多水源地、水厂无法正常供水，给人们的生产和生活带来了很大的困扰。而基于物联网技术的水质监测系统，通过实时监测和数据分析，能够及时预警和防范水质问题，保障城市水资源的有效利用，从而提高了城市水资源的可持续发展。此外，将物联网技术应用于水质监测系统的研究也具备良好的前景，可以为环境保护、水源管理等领域提供技术支持，促进可持续发展。因此，对基于物联网的水质监测系统进行深入研究和开发，对提高水资源利用效率和保障城市水资源的可持续发展具有重要的研究意义。物联网的水况实时监测系统是利用传感器、数据采集和通信技术等集成而成的系统，通过采集和分析水的各种指标，以实现对水质、水位等关键信息的实时监测和远程控制。以下是基于物联网的水况实时监测系统发展历程的主要阶段：传统水质监测技术阶段：早期的水质监测主要采用手动采样和实验室分析的方式，缺乏实时监测和自动化控制，难以满足大规模水资源管理和环保需求。传感器网络技术阶段：在物联网的发展中，传感器网络技术逐渐成熟，使得水质监测进入到自动化阶段。传感器网络技术能够对水的多种指标进行实时监测，并将数据上传至云端进行分析处理，实现远程控制。物联网技术阶段：物联网技术的发展使得水质监测系统变得更加智能化和集成化。物联网技术包括云计算、大数据、AI等技术的应用，可实现对水质监测的更加精准、实时、智能化管理。智能城市阶段：随着城市化进程的加速，城市水资源管理的需求不断增加，智慧城市概念下的智慧水务建设逐渐得到推广。通过建设集成化、物联网化的水质监测系统，实现对城市水资源的快速响应和可视化监控，对于城市水资源管理和环保具有重要意义。综上所述，在物联网技术、智慧城市建设等多方面的共同推进下，水质监测管理体系正在从传统的手动采样、测试方式向智能化、自动化方向发展。1.2国内外发展现状1.2.1国内发展现状国内外都有许多针对水质监测的物联网系统的研究和应用。国内方面，一些城市和地方政府已经开始采用物联网技术进行水质监测。例如，上海、深圳等城市针对城市河流和饮用水源地的水质进行了实时监测，通过物联网设备收集数据，实现了远程传输和分析。此外，一些大型企业和水厂也在使用物联网技术进行水质监测和管理。另外，清华大学研发的基于LoRa技术的水质监测系统，能够实现远距离数据传输和组网，具有很高的实用价值。随着技术的不断发展和应用场景的不断拓展，基于物联网的水况实时监测系统将会在未来得到更广泛的应用和推广。1.2.2国外发展现状国外方面，很多发达国家已经开始使用物联网技术进行水质监测。例如，美国、日本和欧洲国家的一些城市已经采用物联网技术进行水质监测。同时，一些国际组织也支持物联网技术在全球范围内进行水质监测。美国的DataRiver公司开发了一套硬件和软件一体化的水质监测系统，可以实现对多种参数的在线监测、实时报警和数据分析。总的来说，基于物联网的水质监测系统已经进入快速发展阶段，未来有望在全球范围内广泛应用，为环境保护和人民生活提供更好的保障。1.3.研究内容随着社会经济的快速发展，环境污染问题日益突出，对水资源的保护引起了广泛的关注，水浊度、水位、溶解氧、pH值等数据信息成为了衡量水质的重要指标，也是监测系统需要监测的关键参数。国外已经有很多类似的研究，并且在实际应用中获得了良好的效果。根据上述文字对水质检测和保护领域的分析和概述，笔者为基于物联网的水质监测系统制定了如下研究内容：数据采集和传输：设计传感器网络，采集水质参数数据，实现数据传输和存储。数据处理和分析：对采集的数据进行处理、编码和分析，获得有用的水质信息，例如水质指标的变化趋势、水质状况是否达到规定标准。水质指标的选取和监测：研究水质监测指标的选取和测量方法，包括pH值、溶解氧、化学需氧量、氨氮、总磷、水位等指标。系统设计与优化：包括系统的硬件设计、软件设计以及网络通讯部分，优化系统的性能、稳定性和可靠性。安全保障：研究数据的安全保护策略，采取相应的安全措施保障水质监测系统的数据安全。应用实践：设计和实现水质监测系统，对系统进行实验和测试，验证其可行性和有效性。同时，将系统应用于实际水源地或水处理厂的水质监测中，掌握系统的应用情况及效果。2功能与设计方案2功能与设计方案2.1系统的功能要求随着环境保护意识的提高和水污染问题的日益突出，在各个领域都提出了对水质的严格要求。基于物联网的水质监测系统已经成为实现远程实时监测、预警和管理水质的重要手段，通过对相关资料的查阅，确定了本基于物联网的水质监测系统的功能要求和设计目标，如下：（1）实时监测功能系统应具备实时监测水质的能力，能够在实际场景中获取水质的实时数据。实时监测数据应能够准确反应水质的各项指标，例如：水位、PH值、浊度、色度、氨氮等水质参数。（2）数据传输和存储功能系统应当具备数据传输和存储功能，能够将实时监测数据上传至云端服务器或管理终端，确保数据的及时、准确、完整。同时，在传输过程中数据应当加密、压缩以降低数据传输的成本，但不能降低数据的质量。数据处理功能系统应当具备数据处理功能，能够对上传的污染物数据进行数据分析、挖掘和建模，获得污染源的精确位置和污染源类型，以及根据水质数据建立预警模型，实现预测和预警功能。（4）报警处理功能系统应当具备报警处理功能，当监测到水质数据异常时，能够自动报警并及时应对。让管理人员可以及时进行控制和应对，保证水质的安全。（5）可视化展示功能系统应当具备可视化展示功能，能够利用图标、表格等方式直观的呈现监测数据和分析结果，管理人员可以根据需求对数据进行过滤和管理。简而言之，本基于物联网的水质监测系统应当同时具备实时监测、数据传输和存储、数据处理、报警处理和可视化展示的功能，以实现水质的精确监测和科学预警。2.2系统设计方案高质量的纯净水作为现代城市生活中的必需品，水质监测一直是一个重要的话题。随着物联网技术的发展，物联网水质监测系统的兴起将水质监测提升到了一个新的水平。本章节将介绍本基于物联网的水质监测系统的硬件设计方案。本系统使用主要是利用温度传感器、光照传感器、浑浊度传感器和水位传感器实时监测水质，并且采用单片机作为控制器，使其单片机对本基于物联网的水质监测系统进行控制，并且完成数据传输与数据加信息交互。由于本控制系统的水质环境信息采集传感器模块都应该处于长期的工作状态，所以系统应配备一个能长时间的、稳定的提供电力的电源模块，本次预计使用5V直流电压作为本系统的电力供给模块；单片机可以完成数据采集、处理和存储；温度传感器可以用来实时监测水温，确定水的适宜度；在水中存在藻类或浮游生物等微生物时，由于昼夜光照强度的变化，水体浑浊度会发生变化。光照传感器应用在水体的光照强度监测；浑浊度传感器用于检测水中的颗粒物质，确定水体浑浊情况；水位传感器用于检测水位，确保污水存放区域不会溢出；利用无线模块的数据传输功能，当发现水质异常的时候将会发送信息给管理员的终端设备，以保证系统监测的有效性和实时性。本基于物联网的水质监测系统所用到的全部硬件模块的工作关系逻辑框图如图所示2.1所示。图2.1系统硬件模块工作框图结合硬件模块的工作关系流程框图，做出了下面的详细介绍：本基于物联网的水质监测系统需要使用单片机作为系统的核心控制器，它可以通过传感器将监测点的水质信息采集到单片机中进行处理和分析，同时将数据上传到云端进行存储和分析，为管理者提供实时的水质监测数据。（2）电源模块是指用于提供稳定、可靠的电源供应的电路模块。它可以将电源电压、电流进行变换，通过滤波、稳压等处理使电源输出的电压、电流稳定，符合交、直流要求并保障负载的工作。它能够提供稳定、可靠、高效、安全的电源供应，保障负载的正常工作。（3）按键模块可以将多个按键连接到单片机或其他逻辑芯片的输入引脚上，通过读取相应引脚的输入信号判断哪个按键被按下。在基于单片机或其他数字逻辑芯片的系统设计中，按键模块通常会使用外部上拉或下拉电阻，避免输入引脚在按键未被按下时出现漂移等问题。在本系统中管理员可以通过按键设定浊度、温度、水位的阈值。（4）浑浊度传感器是一种用于测量水中悬浮颗粒物质浓度的设备，通过测量水中悬浮颗粒物对光的散射和吸收等特性，来获取水的浑浊度值。在水质监测系统中，浑浊度传感器的作用非常重要，它能实时监测水质变化，提供可靠的数据支持，帮助水处理厂等单位了解水源的实时水质情况，及时采取相应的处理措施，确保水质安全。（5）本水质监测系统需要实时监测水体温度情况，因为水温的变化会影响水体的化学反应、溶解氧量、水生生物生长和死亡、细菌的繁殖和死亡等，进而影响水质的变化和水生态系统的平衡。通过温度传感器实时监测水体温度，可以掌握水体状况的变化，快速发现温度异常情况，及时采取相应的措施，保证水质监测系统的稳定运行和水资源的保护。同时，温度传感器还可以提供实时的数据记录，对于系统的分析和决策也具有重要意义。（6）在本基于物联网的水质监测系统中，水位传感器可以通过确定水体的水位高度，更精确地计算水体的总容量和流量，以及进行水位变化的分析和预测。水位传感器还可以与其他传感器等设备相结合，实现自动监测、控制和管理水体的水位。这对于保护水资源、防止水灾、优化水资源利用以及确保水质安全具有重要意义。（7）通过显示器模块，可以直观的得知本系统的运行状态以及实时的各项数据指标。（8）蜂鸣器可以实现在监测到水质出现问题的情况下的报警功能。（9）无线模块可以为管理者实时输送本系统的运行状态信息，在出现异常情况时，亦可在第一时间将警报信息发送至管理者的移动终端。（10）通过继电器可以让单片机对水泵进行准确控制，可以根据其情况启动相应的水泵（抽水或加水）。2.3器件方案对比经过对本基于物联网的水质监测系统硬件方面的分析与介绍，确定了本设计时能够成功实现的，为了确保本基于物联网的水质监测系统能够在实际使用场景中运行的更稳定，将对本系统的硬件模块的元器件型号进行选择。2.3.1无线模块的选择方案一：ESP8266无线模块ESP8266是一款低成本、高性能的WiFi模块，由乐鑫科技推出。它集成了TensilicaL106超低功耗32位微控制器，以及ESP8266WiFi芯片。ESP8266模块支持STA/AP/STA+AP三种工作模式，在其中一个模式下，将可作为独立的WiFi网络控制器，以及可以通过SPI/SDIO和I2C/UART接口进行控制。ESP-01是最小的ESP8266模块，仅有13.5mmx24.7mm的尺寸。可以与多种微处理器（如Arduino）互联，能够实现智能家居、物联网等应用。同时其具有开源的硬件及软件，方便开发者二次开发。由于其低成本以及良好的性能，它广泛应用于IoT，包括智能家居、智能农业、生产监控、无人机等领域。方案2：HC-05无线模块HC-05是一种蓝牙串口模块，可用于无线数据传输。它可以作为主机或从机使用，它采用经典蓝牙2.0协议，支持SPP(SerialPortProfile)和BluetoothHID(HumanInterfaceDevice)等蓝牙协议，便于与手机、电脑等设备进行数据传输，同时也满足普通串口通信的需求。HC-05模块有多种工作模式，可以通过AT命令进行设置。其中，最常用的是主从模式和透传模式，在主从模式下，HC-05模块可以作为主机连接其他设备，而在透传模式下，HC-05模块将串口数据传输到蓝牙模块，实现无线传输。为了方便使用，HC-05模块通常集成了基准电路、电源电路和射频电路，并采用UART串口接口进行通信。同时，该模块还支持自动配对功能，可以自动连接一组事先配对好的蓝牙设备，从而简化了蓝牙连接的操作。综上所述，两种无线模块都可以实现对数据的准确发送，但由于蓝牙技术有一定的距离限制，并且其信号的传输距离和信号穿透能力受距离、障碍物的数量和密度、电磁干扰和使用的蓝牙版本等的影响。尽管可以通过一些方法增强蓝牙信号强度，但蓝牙技术的距离限制是固有的。所以最终本基于物联网的水质监测系统选择了ESP8266无线模块作为本设计的WIFI模块。2.3.2水位传感器的选择方案一：压力型水位传感器压力型水位传感器通过利用水的液压作用，将水位高度转化为压力信号，通过压力传感器进行测量。该传感器有如下优势：精度高。由于利用的是水的液压作用，几乎可以消除由温度、压力等因素引起的误差。可靠性高。因为传感器直接暴露在水中，不需要进行校准和调节，所以相比其他水位传感器来说更加可靠。安装方便。传感器不需要接触水面，安装起来更加方便，且不会受到水流或风浪的干扰。可适应多种水质环境。可适应不同水质、水深、水位等环境，比较适用于深水中的水位测量。方案2：超声波水位传感器超声波水位传感器是通过超声波探头在水体和空气之间不断发射和接收声波进行测量。该传感器的优势如下：测量范围大。可测量的距离最远可达十几米，比较适用于湖泊、江河等大范围水域的水位测量。反应速度快。因为使用的是无线传输方式，所以数据传输速度比较快，即时反应性更好。抗污染性强。因为传感器不直接暴露在水中，所以不会受到污染物影响。综上所述，压力型水位传感器与超声波水位传感器各有其优缺点，并不是绝对的取舍关系。如果要求精度高、可靠性强、安装方便、且适用于深水中的水位测量，一般选择使用压力型水位传感器；如果需要测量大范围水域的水位，并且要求反应速度快，一般都选择使用超声波水位传感器。综合本基于物联网的水质监测系统的实际使用情况，最终选择了第一种传感器作为本设计的水位监测模块。2.2.3浑浊度传感器的选择本次设计考量了两种浑浊度传感器，分别是激光散射式浑浊度传感器和声波式浑浊度传感器，这两种传感器都是常用的浑浊度测量设备。两者的工作原理不同，激光散射式传感器使用激光散射原理测量水质中的颗粒浓度和大小，而声波式传感器则利用声波在水中的传播速度和衰减关系对浑浊度进行测量。本次从以下几个方面做出了对比：（1）准确度激光散射式传感器在测量时可以更精确地测量水中微小颗粒的浓度和大小，因此在对浑浊度进行精确测量方面具有优势。声波式传感器则会受到水质中的气泡和涡流的影响，这可能会影响到其准确度。（2）反应速度激光散射式传感器通常具有快速反应和高灵敏度，可以及时检测到水质中的变化。而声波式传感器则需要较长时间来测量一段水域内的浑浊度。同时，由于声波需要在水中传播，声波式传感器可能会受到距离和信号强度等因素的影响。适应性激光散射式传感器通常适用于多种水源和环境，可以在较大的范围内进行测量，并且可以自动补偿水质变化的影响。相比之下，声波浑浊度传感器可能对一些水体环境不太适用，特别是对于有较多气泡或悬浮颗粒的水体，则可能需要采用其他传感器或者调整参数进行测量。（4）维护成本激光散射浑浊度传感器通常需要较小的维护成本，且维护也比较方便。相比之下，声波式浑浊度传感器可能需要更频繁的维护和纠正。总体来说，激光散射式浑浊度传感器具有更高的准确度和更快的反应速度，同时适应性更广，而声波式浑浊度传感器则更适合一些特定环境下的测量需求。最后综合本基于物联网的水质监测系统的实际情况考虑，本设计选择了激光散射式浑浊度传感器作为本系统的浑浊度监测模块。2.2.4温度传感器的选择方案一：DS18B20温度传感器DS18B20是一种数字温度传感器，测量范围为-55℃至125℃，准确度为±0.5℃，在许多应用中被广泛使用，例如工业控制和自动化领域、家用电器、温度监控和数据采集等领域。与其他温度传感器相比，DS18B20的优势有：数字输出：DS18B20通过1-Wire总线传输数字信号，可直接与数字电路连接，简化了读取和解码过程。低功耗：DS18B20的工作电压为3.0V至5.5V，工作电流很低，只有1mA左右，可通过休眠来降低功耗。精度高：DS18B20的测量精度高，可达到0.5℃，且电子元件的温度补偿使其更精确。方案二：红外温度传感器红外温度传感器则是一种非接触式的温度传感器，它可以快速地测量或检测物体的温度，而不需要接触。红外温度传感器通常被用于食品、医疗、安全和环境监测等领域。与其他温度传感器相比，红外温度传感器的优势包括：非接触测量：红外温度传感器可以在不接触物体的情况下进行测量，避免了可能会影响温度测量的接触方式。远距离测量：红外温度传感器可以从远处测量物体的温度，适用于某些难以接近或危险的环境。快速响应：通常情况下，红外温度传感器可以在几毫秒内读取对象的温度，并象移动物品之类的对象提供实时测量。综上所述，DS18B20适用于需要通过接触来测量物体温度的场景，其精度高、数字输出、功耗低等特点使其成为许多应用领域的首选；而红外温度传感器则适用于需要在远距离非接触传感器的情境下测量物体表面温度的场景，具有非接触、远距离扫描、快速响应等优点。结合本基于物联网的水质监测系统的实际情况及使用测量方式，最终本设计选择了精度较高、功耗较低的DS18B20温度传感器作为本系统的温度检测单元。4系统的软件设计3系统的硬件设计3.1STC89C52微型控制器本次中，所选择的单片机型号为STC89C52，STC89C52微控制器是一款由世界上的知名公司STCMicroelectronics（亦称STC半导体）生产的高性能单片机微控制器。作为易于学习、开发和应用的微控制器，STC89C52具有广泛的应用领域，从家庭电器和玩具到汽车工业和医疗仪器。STC89C52单片机具有强大的性能，8位宽的总线CPU运行频率可高达33MHz（MAX），具有2KB可编程Flash存储器、128BRAM存储器、256BEEPROM存储器，精密的定时器和PWM（脉宽调制器）功能以及多种工具接口。同时，该微控制器还具有丰富的应用资源，如USART串行通信口、SPI串行外设接口、IIC总线接口等。除此之外，STC89C52还是一款极易于学习的微控制器。目前市场上有大量为STC89C52设计的开发工具和开发板，使得开发者可以使用C语言、汇编语言等多种开发语言轻松地学习和开发。另外，它还拥有丰富的流程控制和操作指令，使得开发者能够更快、更准确地实施设计。由于语法和调试界面易于操作，因此即使是初学者也能够快速上手。STC89C52单片机广泛的应用领域是其受欢迎的另一个原因，由于其高性能和丰富的接口，该微控制器适用于很多不同的产品开发领域，如传感器、监控设备、机器人、医疗器械、单片机系统、嵌入式系统和分布式控制系统等。STC89C52微型控制器单元的内部电路结构，如图3.1所示：图3.1STC89C52单片机内部结构图STC89C52是一种广泛用于嵌入式系统和微控制器应用的单片机。它基于MCS-51架构和80C51核心进行设计和制造，具有16KB闪存、1KBSRAM和3个定时器/计数器的功能。该单片机集成了许多常用外设，例如串口、SPI接口、正负脉冲宽度调制等，功能强大，性能稳定，非常适合在嵌入式系统中使用。STC89C52总共有40个引脚，其中有32个I/O口，这些引脚可以分为输入和输出引脚。STC89C52单片机凭借其丰富的外部接口资源领先于其他型号的微控制器，接下来笔者将细致的介绍STC89C52单片机的每一个引脚口的功能及部分工作原理了，STC89C52单片机微控制器的输入/输出接口情况如图3.2所示：图3.2STC89C52RC芯片引脚口P0.0-P0.7：并口I/O，是8位的输入/输出端口，可以配置为输入模式或输出模式。P1.0-P1.7：并口I/O，是8位输入/输出端口，与P0端口相似。P2.0-P2.3：高速输出口，4位多功能端口，可以作为外部中断请求输入和计时器/计数器输入。P2.4-P2.7：多功能端口，可配置为中断请求输入、计时器/计数器输入、各种复用模式的输出模式以及模拟输入。P3.0-P3.3：外部中断请求输入端口，可以接受外部中断信号，并触发中断处理程序。P3.4：推挽输出口，可用于作为控制LED或者其他负载的开关。P3.5：开漏输出接口，即可以作为外部中断请求输入口，也可以作为时钟输出。P3.6：直流电机控制器的输入端口，可以控制直流电机的转速。P3.7：内部地址/数据复用端口，可用于片上程序存储器的访问。其中，P0和P1口是并口I/O，可以通过在程序中通过P0和P1修改和控制外部设备和数据，同时，每个引脚都具有中断请求输入功能，可以与外部设备整合，实现系统的实时交互。P2口作为高速输出口，可以控制一些需要高速响应的设备。P3端口则是多功能端口，可以实现诸如计时器/计数器输入、中断请求输入、复合输出模式等多种功能。总的来说，STC89C52是一种功能强大、性能稳定的单片机，它的引脚接口全面，适用于许多不同的应用场景，可以帮助开发人员为嵌入式系统提供完整的解决方案。3.2继电器模块继电器是一个常用的电子元件，可用来控制电路的开关，常用于控制家庭设备及自动化控制等方面。在工业和农业中，在本系统中继电器主要用于控制水泵的启停，下面就来简述一下继电器控制水泵的工作原理和存在意义。水泵通常由电动机驱动，其控制方式可用继电器来实现。继电器是一种电磁装置，当通入一定电流时，电磁铁产生磁场，使开关机械连接或分离。在控制水泵时，继电器通常与水位传感器或压力传感器一起使用。当传感器探测到水位过低或者水压过低的情况时，控制器会发送信号给继电器，继电器通过开通或关闭水泵供电电路，使得水泵开始或停止运转，从而保证水的供应。本系统中继电器的存在主要有以下重要意义：方便自动化控制：通过继电器可以实现水泵的自动化控制，即实现水位或水压控制器控制水泵的运行，让水泵按需开始或停止，完成自动化控制。提高工作效率：由于继电器可以在短时间内精准地控制水泵的开关，因此可以更快更准确地满足水的供应需求。延长设备寿命：由于水泵只工作在需要水的时候，避免了长时间空转，可以有效减少设备磨损，降低维修成本。节省能源：继电器控制的水泵可以避免频繁启停，降低电能消耗，达到节能的目的。综上所述可得知利用继电器的开断控制水泵是一种可行且广泛应用的方式，能够有效提高水泵的使用效率，降低维护成本，扩大应用范围，促进现代化生产的进步。3.3显示器模块本系统所选用的显示器型号为LCD1602，LCD1602是一种常用的字符型液晶显示器，它在本基于物联网的水质监测系统中可以承担显示参数及数据的作用，通过LCD1602可以实时显示水质监测系统中采集到的各项参数及数据，如水位、水温、浊度等。当使用者按下按键的时候，可以实现对监测系统各项阈值的调节和设置，以及实现数据的查询、清空等操作。LCD1602可以在低温、高温、湿润、干燥等多种环境中正常工作，保证了数据的稳定性和可靠性。并且它的体积小、重量轻，且具有低功耗的特点，便于携带和安装。综上所述，LCD1602在本基于物联网的水质监测系统中具有非常重要的作用，可通过数据显示、交互操作、适应环境等方面为水质监测系统提供支持与保障。LCD1602显示器在本系统中的接线图如图3.3所示：图3.3LCD1602接线情况4系统的软件设计4.1软件介绍Keil4软件是一种用于8051单片机嵌入式系统开发的集成开发环境。在基于物联网的水质监测系统中，Keil4软件可以用来编写并调试单片机程序，控制液晶显示屏、传感器采集等硬件设备的数据传输和处理，下面将详细介绍Keil4软件在本水质监测系统的设计中的使用方法。首先，在Keil4中创建新的工程，选择型号为8051的单片机。然后，在工程里面添加LCD1602液晶显示屏的驱动程序，将其连接上单片机进行测试。通过Keil4的仿真器调试程序，可以实时查看程序运行情况，并对程序进行修改。同时，在Keil4中也可以添加传感器采集数据的代码并进行调试，实现对水质监测数据的收集和处理。其次，Keil4软件还可以利用串口通信实现单片机和上位机之间的数据交互。在本系统中，将单片机连接至无线通信模块，实现与云端的数据传输和监测。通过Keil4的串口调试工具，可以实时查看单片机与外部设备之间的数据传输情况，并进行数据的格式化和解析。通过对数据的处理和分析，可以实现对水质监测系统的信息化管理，提高水质监测的效率和准确性。最后，利用定时器和中断技术实现单片机对传感器采集数据的定时控制。定时器模块可以根据预设的时间间隔自动触发中断，采集传感器数据并进行处理。在Keil4中，可以编写定时器中断服务程序，实现对系统运行的精准控制。通过该技术，可以大大提高系统的稳定性和准确性。Keil4作为一款兼顾编写、调试和编辑各个方面的软件工具，可以大大提高水质监测系统的开发效率和准确性。随着物联网技术的发展，Keil4软件将会扮演越来越重要的角色，助力工程师们成功完成各种智能化水质监测项目。Keil4的软件界面如4.1图所示：图4.1Keil_4软件界面4.2软件程序的设计4.2.1主程序流程本基于物联网的水质监测系统的逻辑流程关系框图本如图4.2所示：图4.2主逻辑流程图当系统开启后，屏幕亮起，水位传感器、浑浊度传感器、温度传感器同时开始监测工作，当传感器检测到的数值超过设定的阈值时将会进行一系列操作。当检测到水位不正常的时候，根据单片机写入的程序进行排水或加水；当检测到温度不正常的时候，根据单片机写入的程序进行升温或降温；当检测到浑浊度过高的时候，管理员选择换水或现场排查。本系统中的所有水质异常情况都将通过无线模块传输给管理者的终端设备。4.2.2按键模块流程在本系统中，管理员可以通过按键模块对温度、水位、浊度的阈值进行设置，按键模块的软件逻辑流程如图4.3所示：图4.3显示流程图5系统的测试PAGE23 5系统的测试5.1软件硬件调试基于物联网的水质监测系统是一种先进的监测系统，可以实时监测水质，提供准确的数据和信息，以保障水质的安全和稳定。但是，在使用这种系统之前，需要进行软硬件调试，以确保系统的正常运行和性能。软硬件调试电路系统设计使用前必不可少的步骤。通过精确的调试过程，可以确保系统的稳定性、可靠性和准确性，为保障水质安全提供良好的技术支持和数据保障。对于软件调试，需要检查系统的各项功能是否正常运行，并进行必要的修复和优化。其中包括设置数据采集频率、调整数据上传模式、优化数据处理算法等。此外，还需要进行状况监控和错误信息捕捉，以及应对异常情况。通过软件调试，可以确保系统稳定运行，提供准确的数据和信息。在硬件调试方面，需要检查传感器、设备、网络连接等硬件元件的运行是否正常，进行必要的调整和更换。此外，还需要确保传感器和设备的安装位置和方式正确，以保证数据采集的准确性和可靠性。硬件调试还包括对电源电压、电路连接和接口插头等关键部件的检查和测试，以确保系统的稳定性和可靠性。5.2实物展示历经了硬件电路的设计、软件程序的编写、硬件模块的选型以及最终的上电调试等繁杂的工作内容，本系统经测试可以稳定可靠的运行，实物照片及运行状态如下列照片所示：图5.1基于物联网的水质监测系统实物图图5.2管理员终端控制界面图5.3监测到温度异常界面图5.3监测到水位异常界面图5.3监测到浑浊度异常界面结论结论本论文基于物联网技术，设计和开发了一种基于物联网的水质监测系统。该系统可以实时监测水质、温度、水位、浑浊度等参数，并将监测数据上传至单片机进行分析和处理。硬件方面，我们采用STC89C52作为主控制器，通过传感器采集水质参数，并使用ESP8266模块实现数据的传输。软件方面，我们使用Keil4软件开发了数据分析和处理模块，实现数据的可视化展示和分析。在调试过程中，我们发现传感器的灵敏度和采样频率很重要，选择合适的传感器和调整采样频率可以有效提高数据的准确性和稳定性。另外，在设计网络传输协议时，要考虑可靠性和实时性，避免数据传输失败和延迟。本篇论文提出的基于物联网的水质监测系统具有实时性强、数据准确性高、可视化展示直观等优点，可以为水质监测和治理提供有效的技术手段。未来，我们将针对该系统的应用场景，进一步优化系统的性能和功能，以满足用户的需求。参考文献参考文献[1]董浩,廉小亲,王晓冰,等.基于物联网的水质监测系统的设计与实现[J].测控技术,2018,37(2):5.[2]都康,唐磊,张玉全.基于物联网的水质监测系统[J].电子世界,2018.[3]房景辉,邹健,刘毅,等.基于物联网技术的水质监测系统中不同溶解氧传感器应用效果初探[J].山东农业科学,2018,48(4):5.[4]闫天瑞,余倩倩,陈新威,等.基于窄带物联网(NB-IoT)技术在智慧机场水质监测系统中的应用分析[J].应用技术学报,2022,22(4):4.[5]廖建尚,林晓辉,曹成涛,等.一种基于物联网的水质监测系统:,CN207585657U[P].2018.[6]刘俊秀.一种基于物联网的环保水质监测系统及监测方法:,CN114236066A[P].2022.[7]王岩,王超梁,杨格格.一种物联网水质监测云系统设计与实现[J].物联网技术,2022,12(4):3.[8]朱世俊,邵辉.一种基于物联网监控河涌水域污染状态的自动化监测系统:,CN108709974A[P].2018.[9]无.基于力控软件和物联网技术的污染源在线监测系统[J].自动化信息,2010(11):3.[10]朱小红.基于物联网的水质在线监测系统设计[J].黑龙江科技信息,2021,000(021):136-136.[11]王巍淞,马巧梅,申连雄.基于物联网的农村饮用水水质监测系统的设计[J].科学技术创新,2022(027):000.[12]李甜洁,赵同刚,丘扬.基于物联网的水质监测系统设计[J].电子设计工程,2019.[13]亓相涛,周敢.基于物联网的在线水质监测系统设计[J].电脑知识与技术：学术版,2018(9X):3.[14]乔雄辉,闵雄.基于物联网技术在线水质监测系统设计与应用[J].机电工程技术,2020,49(9):3.[15]秦学伟.基于物联网的水质实时在线监测系统设计与实现[D].聊城大学.2022.[16]刘晓娟,莫晓聪,陈小平,等.基于物联网技术的丹江口库区水质自动监测系统设计[C]//2019(第七届)中国水利信息化技术论坛论文集.2019.[17]何建强,韩美林.基于物联网技术的丹江流域水