面向水質領域的物聯(lián)網監(jiān)測與控制技術

目錄
前言
**篇 物聯(lián)網水質監(jiān)測篇
第1章 緒論 3
1.1 物聯(lián)網的基本概念 3
1.2 水質監(jiān)測領域的物聯(lián)網架構 4
1.3 水質監(jiān)測現狀 6
1.3.1 物聯(lián)網水質監(jiān)測現狀 6
1.3.2 魚類水質監(jiān)測現狀 7
第2章 水質遠程智能化監(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 水質傳感器 12
2.4 系統(tǒng)硬件設計與實現 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 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 48
2.7 系統(tǒng)測試及數據分析 51
2.7.1 系統(tǒng)初始化測試 52
2.7.2 液晶顯示及數據采集測試 52
2.7.3 網絡通信測試 53
2.7.4 SD 卡數據存儲測試 55
2.7.5 系統(tǒng)整體測試 56
2.7.6 數據分析 56
第3章 水質遠程智能化監(jiān)測軟件系統(tǒng) 58
3.1 軟件的設計與實現目標 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 參數配置 61
3.3.4 數據接收 64
3.3.5 水質報警 70
3.3.6 數據庫存儲 70
3.3.7 記錄查詢 74
3.3.8 報表生成 78
3.3.9 數據預測 81
3.4 串口通信功能測試 84
3.5 網絡通信功能測試 88
第4章 水質遠程實時監(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 97
4.4.1 水質傳感器及處理電路 97
4.4.2 EM235 模數轉換模塊 109
4.4.3 PLC 選擇及各I/O 口分配 113
4.4.4 水質檢測箱設計 115
4.4.5 智能控制模塊 116
4.4.6 數據傳輸模塊 119
4.5 下位機軟件設計與實現 120
4.5.1 水質采集及相關水質算法 120
4.5.2 水質循環(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 實時數據庫設計 137
4.6.5 運行策略設計 138
4.7 自回歸模型水質預測 139
4.8 系統(tǒng)測試及數據分析 144
4.8.1 測試數據精度測試 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 生物水質監(jiān)測篇
第5章 魚體行為的水質監(jiān)測 155
5.1 生物水質監(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 魚體運動目標質心檢測 167
5.4 魚體運動狀態(tài)參數檢測 168
5.4.1 運動狀態(tài)參數檢測總體設計 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)水質監(jiān)測模型建立 180
5.5.1 運動狀態(tài)參數語義描述 180
5.5.2 水質監(jiān)測模型的建立 180
5.6 魚體運動狀態(tài)參數的水質監(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 水質評價面板設計 193
5.7 系統(tǒng)測試及數據分析 194
5.7.1 實驗設計 194
5.7.2 系統(tǒng)測試 196
5.7.3 數據分析 201
第6章 魚群行為的水質監(jiān)測 207
6.1 魚群的生物水質監(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 魚群運動軌跡數據分析 226
6.4 魚體運動行為特征參數量化 230
6.4.1 個體特征參數 231
6.4.2 群體特征參數 232
6.4.3 魚體特征參數數據分析 234
6.5 魚群特征參數的水質監(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預警方法 241
6.5.3 數據預處理 241
6.5.4 核函數選取 243
6.5.5 模型參數優(yōu)化 243
6.5.6 水質監(jiān)測數據分析 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外研究現狀和發(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)水質及冰厚數據統(tǒng)一管理及可視化共享技術 266
參考文獻 268