《電子技術應用》
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面向水质监测的无人巡检器控制系统设计与开发
2021年电子技术应用第1期
马来宾,马伟锋,楼 姣,季曹婷
浙江科技学院 信息与电子工程学院,浙江 杭州310023
摘要: 针对传统水质在线监测系统成本高、低扩展性等问题,设计了一种基于4G的无人巡检器及控制系统,构建以树莓派为核心,集成视频、水质传感器、超声波传感、GPS等多种信息采集器的边缘计算网络,设计了应用通信协议,研发了控制系统软件包括无人巡检器端控制软件、云服务器端控制软件和手机端控制软件。系统运行结果表明,控制系统能完成一定水域面积下的多点水质监测数据及地理位置的实时采集、传送、存储、查询,利用远程视频实时控制无人巡检器的航行路线、水质监测点等,并支持多台无人巡检器在线作业,具有高扩展性,可平顺切换到5G网络。
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. 面向水質監測的無人巡檢器控制系統設計與開發[J].電子技術應用,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展亟須解決的問題,其中科學有效的水資源監測與調查手段是對水質污染治理的前提和基礎。

    在眾多水質監測手段中,較為傳統的是實驗室檢測法,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分析,最終生成水質報告。實驗室檢測法優點在于測定方法多樣,分析結果精準且水質指標較為豐富,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。隨著網絡通信、計算機技術以及傳感器應用等方面的發展,在線水質監測技術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實時監測系統,以MSP430F149單片機為核心,采用漂浮圈為載體搭載水質傳感器,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監測系統以樹莓派作為系統核心監聽水質監測儀檢測到的水質數據信息,再將水質數據信息通過GPRS模塊發送到云端數據庫。這些系統都極大地縮短了水質數據采集周期,達到了實時數據采集監控的要求,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監測系統以小型船體作為水質數據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網絡和GPRS進行數據傳輸。其中ZigBee網絡進行控制指令的傳輸,速度快、成本低,但是傳輸范圍有限,通信穩定性受環境制約;GPRS網絡進行水質數據以及地理信息數據傳輸。該系統可以實現遠程控制、多點檢測以及水質數據的在線訪問等功能,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,開發了手機移動應用,可利用遠程視頻觀察當前水域作業場景,實時控制無人巡檢器航行路線、水質監測點等。該系統能完成一定水域面積下的多點水質監測數據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。




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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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