论文题目：基于NB-IoT的工业水质污染监测系统设计与实现
摘要：近年来我国工业飞速发展的同时工业水质污染问题日益突出。芜湖市地处长江流域,其工业生产主要包括电子电器、新型建材、生物制药和汽车制造四大支柱产业,均存在一定的工业水质污染物排放,其涉及到的检测项目品类繁多,检测过程复杂,耗时长,检测手段有限,城市内对工业水质污染物排放的实时在线监测存在管控死角。需开发一种具有低功耗快速检测工业水质污染物并能完成实时上传的信息管理系统,帮助政府对工业水质污染物排放进行有效监管。因此提出基于NB-IoT的工业水质污染监测系统设计与实现。系统从NB-IoT技术以及国内外水质污染监测技术展开研究分析,将NB-IoT无线网络通信技术应用到工业水质污染监测的系统设计中。在确定运用NB-IoT无线通信网络技术作为数据传输方式后,对项目设计原则及要求进一步分析研究,明确工业水质污染监测系统的总体设计架构。并提出基于随机森林算法对工业水质质量进行评价。本系统从下位机嵌入式设计、NB-IoT组网设计和上位机信息管理系统设计三个部分进行。下位机嵌入式设计的主控单元模块选用STM32芯片为核心的数据处理器,控制水质监测传感器采集水质参数,经主控单元STM32处理后由NB-IoT模块无线传输至云透传平台,即下位机和上位机信息管理系统之间通过云透传平台建立通信连接;云透传平台主要负责数据上传和指令下达,上位机信息管理系统通过云透传服务器API接口建立连接,获取云透传平台数据,实现监测数据的存储、管理和实现工业水质污染物数据的可视化分析;上位机信息管理系统基于Visual studio开发软件进行设计,通过建立数据库和上位机信息管理平台的实时交互实现对工业水质污染数据的有效监测。上位机信息管理监测平台界面采用窗口化进行设计,监测员登入水质污染监测系统后即可实时查看到监测区域水质污染数据、监测区域地理位置以及通过数据库窗口查看到工业水质污染的历史数据和水质质量的评价分析等。最后在芜湖市神山公园水域对本系统设计进行测试。系统测试主要从下位机硬件设备的功能性调试、云透传平台服务器连接和上位机界面的测试。实验结果表明,该系统设计结构运行稳定,能够满足对工业水质污染温度、浊度、PH值和总溶解性固体参数的采集监测和管理,上位机显示功能满足了对工业水质污染物排放的实时在线监测以及对水质质量评价分析的需求。图 [59] 表 [3] 参 [76]
关键词：NB-IoT;工业水质污染;随机森林;STM32;信息管理平台
学科专业：控制工程（专业学位）
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 项目来源及意义
1.2 国内外水质污染监测现状研究
1.3 NB-IoT的技术发展现状
1.3.1 NB-IoT技术发展历程
1.3.2 NB-IoT技术现状
1.4 系统的研究重点
1.5 论文内容和结构安排
1.5.1 研究内容
1.5.2 论文结构安排
2 系统总体设计及关键技术
2.1 系统设计内容
2.2 系统总体设计方案
2.2.1 下位机
2.2.2 云平台
2.2.3 上位机信息管理系统
2.3 NB-IoT关键技术
2.3.1 NB-IoT技术概述
2.3.2 NB-IoT技术特点
2.3.3 NB-IoT网络架构
2.4 基于随机森林的工业水质质量评价
2.4.1 随机森林的评价模型
2.4.2 水质质量评价方法
2.4.3 水质质量评价结果的实现与分析
2.5 本章小结
3 工业水质污染监测系统硬件设计
3.1 硬件设计总体结构
3.2 主控单元最小系统
3.2.1 主控单元最小系统的设计要求
3.2.2 主控单元最小系统电路
3.3 电源模块
3.4 传感器模块选型
3.4.1 温度采集模块
3.4.2 PH数据采集模块
3.4.3 浊度采集模块
3.4.4 溶解性固体总量采集模块
3.5 NB-IoT模组的选型与设计
3.5.1 NB-IoT模组的选型
3.5.2 NB-IoT模块电路设计
3.6 硬件设计的实现
3.7 本章小结
4 工业水质污染监测系统软件设计
4.1 下位机程序设计
4.1.1 下位机程序设计的开发环境
4.1.2 主控单元STM32的配置
4.1.3 下位机程序设计总体框架
4.1.4 主控单元STM32的程序设计
4.1.5 数据采集子程序设计与实现
4.1.6 主控单元STM32和NB-IoT模组的通信模式
4.2 NB-IoT模组无线通信组网设计
4.2.1 NB-IoT模组程序设计
4.2.2 NB-IoT模组的AT指令测试
4.2.3 NB-IoT模组接入物联网云平台
4.3 上位机数据管理监测平台的开发
4.3.1 上位机数据管理监测平台的功能介绍
4.3.2 上位机数据库设计
4.3.3 基于随机森林水质质量评价模型的建立
4.3.4 上位机信息管理平台
4.4 本章小节
5 系统测试及运行
5.1 系统下位机测试
5.1.1 下位机硬件测试
5.1.2 下位机软件的调试
5.1.3 系统低功耗运行
5.2 系统运行环境模拟
5.3 云透传平台测试
5.4 上位机数据监测管理平台功能实现
5.4.1 上位机平台的注册与登入
5.4.2 上位机界面显示功能
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介和科研成果