面向水質(zhì)領域的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測與控制技術

目錄
前言
**篇 物聯(lián)網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測篇
第1章 緒論 3
1.1 物聯(lián)網(wǎng)的基本概念 3
1.2 水質(zhì)監(jiān)測領域的物聯(lián)網(wǎng)架構 4
1.3 水質(zhì)監(jiān)測現(xiàn)狀 6
1.3.1 物聯(lián)網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測現(xiàn)狀 6
1.3.2 魚類水質(zhì)監(jiān)測現(xiàn)狀 7
第2章 水質(zhì)遠程智能化監(jiān)測硬件系統(tǒng) 9
2.1 系統(tǒng)整體介紹 9
2.2 相關技術介紹 10
2.2.1 嵌入式系統(tǒng)技術 10
2.2.2 3G 通信技術 11
2.3 水質(zhì)傳感器 12
2.4 系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn) 15
2.4.1 硬件設計思路與方案 15
2.4.2 STM32 系統(tǒng)電路 16
2.4.3 3G 通信模塊電路 22
2.4.4 按鍵與LCD 接口電路 27
2.4.5 SD 卡模塊電路 27
2.4.6 溫度傳感器測量電路 28
2.4.7 pH 傳感器測量電路 29
2.4.8 電導率傳感器測量電路 29
2.4.9 系統(tǒng)硬件實物展示 30
2.5 嵌入式軟件設計與實現(xiàn) 31
2.5.1 μC/OS-II 嵌入式操作系統(tǒng) 31
2.5.2 MC509 模塊驅動 34
2.5.3 FatFs 文件系統(tǒng)移植 41
2.5.4 LCD 顯示驅動 46
2.5.5 ADC 驅動 47
2.6 溫度補償介紹及實現(xiàn) 48
2.7 系統(tǒng)測試及數(shù)據(jù)分析 51
2.7.1 系統(tǒng)初始化測試 52
2.7.2 液晶顯示及數(shù)據(jù)采集測試 52
2.7.3 網(wǎng)絡通信測試 53
2.7.4 SD 卡數(shù)據(jù)存儲測試 55
2.7.5 系統(tǒng)整體測試 56
2.7.6 數(shù)據(jù)分析 56
第3章 水質(zhì)遠程智能化監(jiān)測軟件系統(tǒng) 58
3.1 軟件的設計與實現(xiàn)目標 58
3.2 軟件整體介紹 58
3.3 系統(tǒng)上位機軟件設計 59
3.3.1 軟件設計思路與方案 59
3.3.2 系統(tǒng)概況 60
3.3.3 參數(shù)配置 61
3.3.4 數(shù)據(jù)接收 64
3.3.5 水質(zhì)報警 70
3.3.6 數(shù)據(jù)庫存儲 70
3.3.7 記錄查詢 74
3.3.8 報表生成 78
3.3.9 數(shù)據(jù)預測 81
3.4 串口通信功能測試 84
3.5 網(wǎng)絡通信功能測試 88
第4章 水質(zhì)遠程實時監(jiān)控與預測系統(tǒng) 92
4.1 系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)目標 92
4.2 系統(tǒng)整體介紹 92
4.3 相關技術介紹 93
4.3.1 PLC 概述 93
4.3.2 Modbus 通信協(xié)議 95
4.3.3 無線通信技術 96
4.3.4 MCGS 組態(tài)軟件 97
4.3.5 時間序列分析法 97
4.4 系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn) 97
4.4.1 水質(zhì)傳感器及處理電路 97
4.4.2 EM235 模數(shù)轉換模塊 109
4.4.3 PLC 選擇及各I/O 口分配 113
4.4.4 水質(zhì)檢測箱設計 115
4.4.5 智能控制模塊 116
4.4.6 數(shù)據(jù)傳輸模塊 119
4.5 下位機軟件設計與實現(xiàn) 120
4.5.1 水質(zhì)采集及相關水質(zhì)算法 120
4.5.2 水質(zhì)循環(huán)監(jiān)測功能 123
4.5.3 遠程傳輸功能 126
4.6 上位機觸摸屏組態(tài)軟件設計 131
4.6.1 主控窗口設計 131
4.6.2 設備窗口設計 131
4.6.3 用戶窗口設計 134
4.6.4 實時數(shù)據(jù)庫設計 137
4.6.5 運行策略設計 138
4.7 自回歸模型水質(zhì)預測 139
4.8 系統(tǒng)測試及數(shù)據(jù)分析 144
4.8.1 測試數(shù)據(jù)精度測試 144
4.8.2 遠程通信測試 146
4.8.3 上位機組態(tài)軟件測試 149
4.8.4 預測模型精度測試 150
第二篇 生物水質(zhì)監(jiān)測篇
第5章 魚體行為的水質(zhì)監(jiān)測 155
5.1 生物水質(zhì)監(jiān)測法 155
5.2 魚體運動行為語義模型 156
5.3 魚體運動目標檢測 157
5.3.1 魚體目標檢測模型總體架構 157
5.3.2 魚體運動圖像背景建模 158
5.3.3 魚體運動圖像自適應分割 160
5.3.4 魚體分割圖像濾波處理 162
5.3.5 魚體運動目標質(zhì)心檢測 167
5.4 魚體運動狀態(tài)參數(shù)檢測 168
5.4.1 運動狀態(tài)參數(shù)檢測總體設計 168
5.4.2 魚體運動目標跟蹤 169
5.4.3 運動速度及加速度檢測 171
5.4.4 擺尾頻率檢測 173
5.4.5 轉彎頻率檢測 176
5.4.6 撞壁頻率檢測 178
5.5 魚體運動狀態(tài)水質(zhì)監(jiān)測模型建立 180
5.5.1 運動狀態(tài)參數(shù)語義描述 180
5.5.2 水質(zhì)監(jiān)測模型的建立 180
5.6 魚體運動狀態(tài)參數(shù)的水質(zhì)監(jiān)測軟件 182
5.6.1 軟件總體設計 182
5.6.2 視頻采集模塊設計 183
5.6.3 目標檢測面板設計 185
5.6.4 記錄查詢面板設計 190
5.6.5 水質(zhì)評價面板設計 193
5.7 系統(tǒng)測試及數(shù)據(jù)分析 194
5.7.1 實驗設計 194
5.7.2 系統(tǒng)測試 196
5.7.3 數(shù)據(jù)分析 201
第6章 魚群行為的水質(zhì)監(jiān)測 207
6.1 魚群的生物水質(zhì)監(jiān)測及預警 207
6.1.1 魚群跟蹤軌跡獲取技術 208
6.1.2 魚群的生物水質(zhì)預警 209
6.2 魚群運動目標檢測 209
6.2.1 常用的目標檢測方法 209
6.2.2 本章提出的目標檢測方法 211
6.2.3 背景模型建立 212
6.2.4 運動目標分割 214
6.2.5 圖像濾波處理 216
6.2.6 連通區(qū)域分析 217
6.3 魚群運動目標跟蹤 218
6.3.1 常用的目標跟蹤算法 219
6.3.2 本章提出的魚群跟蹤算法 221
6.3.3 運動狀態(tài)估計 221
6.3.4 跟蹤遮擋處理 222
6.3.5 代價方程建立 224
6.3.6 目標匹配關聯(lián) 224
6.3.7 魚群運動軌跡數(shù)據(jù)分析 226
6.4 魚體運動行為特征參數(shù)量化 230
6.4.1 個體特征參數(shù) 231
6.4.2 群體特征參數(shù) 232
6.4.3 魚體特征參數(shù)數(shù)據(jù)分析 234
6.5 魚群特征參數(shù)的水質(zhì)監(jiān)測 239
6.5.1 相關技術介紹 239
6.5.2 本章提出的生物水質(zhì)預警方法 241
6.5.3 數(shù)據(jù)預處理 241
6.5.4 核函數(shù)選取 243
6.5.5 模型參數(shù)優(yōu)化 243
6.5.6 水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析 244
第三篇 案例分析篇
第7章 高原寒區(qū)湖泊冰封期水質(zhì)及冰厚在線監(jiān)測儀的研制 249
7.1 研制儀器的重要性和必要性 249
7.1.1 儀器擬解決的重要科學和技術問題 250
7.1.2 同類儀器設備的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 250
7.2 儀器的設計思想 255
7.3 儀器的總體結構 256
7.4 儀器的技術性能與主要技術指標 259
7.5 儀器的科學目標和應用目標 260
7.6 儀器的技術路線 261
7.6.1 冰封期冰下水樣無擾動采樣技術 263
7.6.2 基于電容感應原理的定點冰層厚度檢測技術 264
7.6.3 高原寒區(qū)水質(zhì)及冰厚數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理及可視化共享技術 266
參考文獻 268