论文总字数：27022字

摘 要

大概在二十世纪中段开始整个社会的科学技术和生产水平的发展得到了日新月异的变化，由此带来了我们人类自身的生活水平也提升了不少，但有利就有弊，随之带来的负面影响便是环境污染加剧了很多，尤其是水资源的问题，水资源正在被污染侵蚀得越来越严重，由此现象带来的问题便是水资源的监测变得紧迫了起来，但传统实地监测的方法耗费物资和人力且不能完成实时监测的目的；但通过近几年无线通信技术发展速度很快我们可以得知，无线技术已经被运用的越来越广泛，未来的趋势可以断定基本是逐步修复在传统的数据收取中会出现的问题，渐渐走向无线化传输。我们受到启发，通过这种发展趋势联想到了制作一个基于物联网技术的远程水质数据采集系统，该系统的组成有：雨水水质采样仪、单片机系统为核心控制板、NB-IoT模块及其web为数据传输平台；这个系统可以实时监测温度、PH、溶氧、电导、浊度、硝酸盐、氯化物等参数，能完成对各种复杂环境状况下的雨水进行实时采样和检测，并且能够将它所采集到的雨水水质数据通过该系统上传到web，以供上位机调用；系统每隔半小时向采样器请求一次数据并且上传，检测效率高，成本跟传统方法相比很低，十分值得进行推广与应用。希望本次课题所设计的系统能够对监测我国自然环境，对改善我们国家目前的环境状况献出自己的一点绵薄之力，为可持续发展助力。

关键词：传感器 单片机 水质监测 物联网 串口通信

Design and Implementation of Remote Water Quality Data Acquisition System Based on Internet of Things Technology (Data Acquisition Terminal)

Abstract

In the middle of the twentieth century, the development of science and technology and production levels in the whole society has undergone rapid changes. This has brought us a lot of improvement in our own living standards, but it has advantages and disadvantages, and The negative impact is that environmental pollution has intensified a lot, especially the problem of water resources. Water resources are being eroded more and more seriously by pollution. The problem caused by this phenomenon is that water resources monitoring has become urgent, but The traditional field monitoring method consumes materials and manpower and cannot complete the purpose of real-time monitoring; but through the rapid development of wireless communication technology in recent years, we can know that wireless technology has been used more and more widely, and the future trend can be concluded. Basically, it gradually fixes the problems that will occur in the traditional data collection, and gradually moves toward wireless transmission. We are inspired by this development trend to create a remote water quality data acquisition system based on IoT technology. The system consists of: rainwater quality sampler, single-chip system as the core control board, NB-IoT module and its web Data transmission platform; this system can monitor temperature, PH, dissolved oxygen, conductance, turbidity, nitrate, chloride and other parameters in real time, can complete real-time sampling and detection of rainwater under various complicated environmental conditions, and can The collected rainwater quality data is uploaded to the web through the system for the upper computer to call; the system requests data from the sampler every half an hour and uploads it, the detection efficiency is high, and the cost is very low compared with the traditional method, which is very worthwhile. Promotion and application. It is hoped that the system designed in this project will contribute to monitoring the natural environment of our country and improving our current environmental conditions to contribute to sustainable development.

Key Words : Sensor；Singlechip；Water quality monitoring；Internet of things；Serial communication

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 设计背景和意义 1

1.2 目前相关技术的发展情况 2

1.3 本文的安排 3

第二章 实现方案 6

2.1 需求分析 6

2.1.1 任务要求 6

2.1.2 系统框图 6

2.1.3 模块功能分析 6

2.2 具体模块选择 7

2.2.1 采样仪 7

2.2.2 NB模块 8

2.2.3 单片机 8

2.3 电路连接 10

2.4 本章小结 11

第三章 软件设计 13

3.1 官方固件库简介 13

3.2 新建MDK工程 13

3.3 系统程序 17

3.4 GPIO口设置 18

3.5 串口设置 19

3.6 水质数据传输程序设计 21

3.7本章小结 22

第四章 NB-IoT网络的数据传输 23

4.1 信息传输流程 23

4.2AT指令部分 24

4.3 MODBUS协议 25

4.4 无线传输程序设计 27

4.5 通过透传云对接web 30

第五章 总结以及展望 33

5.1 总结 33

5.2 展望 34

参考文献 35

致 谢 37

第一章 绪论

1.1 设计背景和意义

近半个世纪，尤其是进入千禧年后的将近20年来，伴随我们人类日常生活水平的逐步提高，关于我们所处的身边生活环境的关注也在不停的提升着，而跟我们联系最息息相关的当属水质问题，水资源的质量能直接影响到我们的日常生活。水是生命之源，是大自然赠送给我们的无比宝贵的资源，它是地球上所有生命想要存活下来的所必需的资源，水资源其实在维持整个自然生态系统的均衡，保护着所有的动植物等生物的生存环境有着无比巨大的作用，如果整个自然环境没有了水，那么所有的动植物都没有办法生存下来，如果没有了水，那么整个世界也许会像虚空一般，只剩下一片死寂，不会有生命的迹象；对于我们自身来说，我们人体中构成成分之一就有水而且占了最大的一部份比例，它也是我们进行新陈代谢所必须拥有的化合物，没有了水，那么我们人类也会无法保证自身的生理平衡；除此之外，动植物等生物的生存也不可能离开水，而我们日常所需要的食物来源便是动植物，没有了生命所需要的能量的来源，生命终将会凋零。水也是我们进行工农业生产的基本物资，所以，当水资源也受到影响的时候，我们日常的生活生产会受到重要的制约，整个社会的发展也会停滞消退。综上所述，水是我们务必要去认真对待，认真保护的一种十分重要的自然资源，它在这个世界上扮演着一个十分重要无法忽视的角色，对于我们人类来说务必要去务必认真的对待。

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