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

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(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu) 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(yuǎn)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(guān)技術(shù)介紹 10
2.2.1 嵌入式系統(tǒng)技術(shù) 10
2.2.2 3G 通信技術(shù) 11
2.3 水質(zhì)傳感器 12
2.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 15
2.4.1 硬件設(shè)計(jì)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(dǎo)率傳感器測量電路 29
2.4.9 系統(tǒng)硬件實(shí)物展示 30
2.5 嵌入式軟件設(shè)計(jì)與實(shí)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(qū)動(dòng) 34
2.5.3 FatFs 文件系統(tǒng)移植 41
2.5.4 LCD 顯示驅(qū)動(dòng) 46
2.5.5 ADC 驅(qū)動(dòng) 47
2.6 溫度補(bǔ)償介紹及實(shí)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(luò)通信測試 53
2.7.4 SD 卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(yuǎn)程智能化監(jiān)測軟件系統(tǒng) 58
3.1 軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 58
3.2 軟件整體介紹 58
3.3 系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 59
3.3.1 軟件設(shè)計(jì)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(bào)警 70
3.3.6 數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ) 70
3.3.7 記錄查詢 74
3.3.8 報(bào)表生成 78
3.3.9 數(shù)據(jù)預(yù)測 81
3.4 串口通信功能測試 84
3.5 網(wǎng)絡(luò)通信功能測試 88
第4章 水質(zhì)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)測系統(tǒng) 92
4.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 92
4.2 系統(tǒng)整體介紹 92
4.3 相關(guān)技術(shù)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(shù) 96
4.3.4 MCGS 組態(tài)軟件 97
4.3.5 時(shí)間序列分析法 97
4.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)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(zhuǎn)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(shè)計(jì) 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(jī)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 120
4.5.1 水質(zhì)采集及相關(guān)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(yuǎn)程傳輸功能 126
4.6 上位機(jī)觸摸屏組態(tài)軟件設(shè)計(jì) 131
4.6.1 主控窗口設(shè)計(jì) 131
4.6.2 設(shè)備窗口設(shè)計(jì) 131
4.6.3 用戶窗口設(shè)計(jì) 134
4.6.4 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 137
4.6.5 運(yùn)行策略設(shè)計(jì) 138
4.7 自回歸模型水質(zhì)預(yù)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(yuǎn)程通信測試 146
4.8.3 上位機(jī)組態(tài)軟件測試 149
4.8.4 預(yù)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(yùn)動(dòng)行為語義模型 156
5.3 魚體運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測 157
5.3.1 魚體目標(biāo)檢測模型總體架構(gòu) 157
5.3.2 魚體運(yùn)動(dòng)圖像背景建模 158
5.3.3 魚體運(yùn)動(dòng)圖像自適應(yīng)分割 160
5.3.4 魚體分割圖像濾波處理 162
5.3.5 魚體運(yùn)動(dòng)目標(biāo)質(zhì)心檢測 167
5.4 魚體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)檢測 168
5.4.1 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)檢測總體設(shè)計(jì) 168
5.4.2 魚體運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤 169
5.4.3 運(yùn)動(dòng)速度及加速度檢測 171
5.4.4 擺尾頻率檢測 173
5.4.5 轉(zhuǎn)彎頻率檢測 176
5.4.6 撞壁頻率檢測 178
5.5 魚體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)水質(zhì)監(jiān)測模型建立 180
5.5.1 運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)的水質(zhì)監(jiān)測軟件 182
5.6.1 軟件總體設(shè)計(jì) 182
5.6.2 視頻采集模塊設(shè)計(jì) 183
5.6.3 目標(biāo)檢測面板設(shè)計(jì) 185
5.6.4 記錄查詢面板設(shè)計(jì) 190
5.6.5 水質(zhì)評(píng)價(jià)面板設(shè)計(jì) 193
5.7 系統(tǒng)測試及數(shù)據(jù)分析 194
5.7.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 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(yù)警 207
6.1.1 魚群跟蹤軌跡獲取技術(shù) 208
6.1.2 魚群的生物水質(zhì)預(yù)警 209
6.2 魚群運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測 209
6.2.1 常用的目標(biāo)檢測方法 209
6.2.2 本章提出的目標(biāo)檢測方法 211
6.2.3 背景模型建立 212
6.2.4 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)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(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤 218
6.3.1 常用的目標(biāo)跟蹤算法 219
6.3.2 本章提出的魚群跟蹤算法 221
6.3.3 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì) 221
6.3.4 跟蹤遮擋處理 222
6.3.5 代價(jià)方程建立 224
6.3.6 目標(biāo)匹配關(guān)聯(lián) 224
6.3.7 魚群運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)分析 226
6.4 魚體運(yùn)動(dòng)行為特征參數(shù)量化 230
6.4.1 個(gè)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(guān)技術(shù)介紹 239
6.5.2 本章提出的生物水質(zhì)預(yù)警方法 241
6.5.3 數(shù)據(jù)預(yù)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(xué)和技術(shù)問題 250
7.1.2 同類儀器設(shè)備的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 250
7.2 儀器的設(shè)計(jì)思想 255
7.3 儀器的總體結(jié)構(gòu) 256
7.4 儀器的技術(shù)性能與主要技術(shù)指標(biāo) 259
7.5 儀器的科學(xué)目標(biāo)和應(yīng)用目標(biāo) 260
7.6 儀器的技術(shù)路線 261
7.6.1 冰封期冰下水樣無擾動(dòng)采樣技術(shù) 263
7.6.2 基于電容感應(yīng)原理的定點(diǎn)冰層厚度檢測技術(shù) 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(shù) 266
參考文獻(xiàn) 268