CN113916286A - 一种基于lora的河岸水质监测系统 - Google Patents

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王明军
樊思雨
屠思凯
李勇俊
席建霞
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    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
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Abstract

本发明公开了一种基于LORA的河岸水质监测系统，包括通过LORA网关连接的LORA水质监测终端和岸基接收站；LORA水质监测终端包括与LORA网关连接的主控制器，主控制器分别连接有传感器组、GPS定位模块、LED显示模块、LORA无线传输模块和电源模块；岸基接收站包括依次连接的上位机、云服务器和客户端，上位机与LORA网关通过串口连接。本发明能够实时采集河道水质的数据信息，解决了传统检测耗时长，自动化低，监测成本高等缺点，集成多种水质传感器，体积小易于放置在各个水质监测点、适用性强、具有较高的实用价值。

Description

一种基于LORA的河岸水质监测系统
技术领域
本发明属于水质监测技术领域，涉及一种基于LORA的河岸水质监测系统。
背景技术
随着工农业的发展，以及各种新兴产业的兴起，环境遭受了巨大的压力。陆地环境和水质环境都受到了一定的破坏，水资源的过度开发，导致了生态环境受到破坏，河流和湖泊的环境污染问题越来越严重，以及漂流垃圾等污染问题，都影响了水域生物的生存和发展，因此水质监测技术成为我们保护环境的手段，可以防止工农业的污染或者人类活动破坏。
水质监测分为实验室抽样检测、现场监测和自动化监测，国外大多实现自动化监测，将监测终端布置在各个河岸，实时监测水质情况。现场监测依靠单个设备采集数据和人工记录，集成化程度低，监测水质成本高，且数据误差大，精度低。传输距离较短，通讯不稳定等问题。我国目前采用的水质监测方法主要是实验室抽样检测，实验室抽样检测虽然准确度高，但存在耗时长，效率低等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于LORA的河岸水质监测系统，解决了水质监测设备单一、监测数据存在延时性的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种基于LORA的河岸水质监测系统，包括通过LORA网关连接的LORA水质监测终端和岸基接收站；
LORA水质监测终端包括与LORA网关连接的主控制器，主控制器分别连接有传感器组、GPS定位模块、LED显示模块、LORA无线传输模块和电源模块；
岸基接收站包括依次连接的上位机、云服务器和客户端，上位机与LORA网关通过串口连接。
本发明的特点还在于，
主控制器为STM32F103ZET6处理器。
传感器组包括光照强度传感器、PH传感器、浊度传感器、ORP传感器、电导率传感器和溶解氧传感器。
光照强度传感器通过IIC采集电路与主控制器连接。
PH传感器、浊度传感器均通过A/D采集电路与主控制器连接。
ORP传感器、电导率传感器、溶解氧传感器均通过RS485采集电路与主控制器连接。
电源模块包括磷酸铁锂电池和太阳能板。
本发明的有益效果是：
本发明一种基于LORA的河岸水质监测系统，能够实时采集河道水质的数据信息，解决了传统检测耗时长，自动化低，监测成本高等缺点，集成多种水质传感器，体积小易于放置在各个水质监测点、适用性强、具有较高的实用价值，本发明可根据LORA无线方式自组网的优点，加入多个LORA水质监测终端，通过一对多的方式分布在各个监测点进行通信，具有部署简单、集成速度快、稳定通信等优点，能够更高效的管理和保护水资源。
附图说明
图1是本发明一种基于LORA的河岸水质监测系统的结构示意图；
图2是本发明一种基于LORA的河岸水质监测系统中LORA水质监测终端的框图；
图3是本发明一种基于LORA的河岸水质监测系统中LORA网关的通信流程图；
图4是本发明一种基于LORA的河岸水质监测系统中LORA网关的通信流程图。
图中 1.卫星，2.LORA水质监测终端，211.光照强度传感器，212.PH传感器，213.浊度传感器，214.ORP传感器，215.电导率传感器，216.溶解氧传感器，217.IIC采集电路，218.A/D采集电路，219.RS485采集电路，220.主控制器，221.GPS定位模块，222.LED显示模块，223.LORA无线传输模块，224.电源模块，3.LORA网关，4.上位机，5.云服务器，6.手机客户端，7.PC机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种基于LORA的河岸水质监测系统，如图1所示，包括通过LORA网关3连接的LORA水质监测终端2和岸基接收站。
如图2所示，LORA水质监测终端2包括与LORA网关3连接的主控制器220，主控制器220为STM32F103ZET6处理器，主控制器220分别连接有传感器组、GPS定位模块221、LED显示模块222、LORA无线传输模块223和电源模块224，GPS定位模块221为ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模块，GPS定位模块221通过卫星1获取位置信息，LED显示模块222为10.1寸IPS电容屏，LORA无线传输模块223为SX1278芯片，LORA无线传输模块223通过SPI总线与主控制器220进行连接。
传感器组包括光照强度传感器211、PH传感器212、浊度传感器213、ORP传感器214、电导率传感器215和溶解氧传感器216。
光照强度传感器211为高精度BH1750光照强度传感器211，通过IIC采集电路217与主控制器220连接。
如图3的电路连接所示，PH传感器212、浊度传感器213均通过A/D采集电路218与主控制器220连接，A/D采集电路218是利用模拟数字转换器，将采集到的数据存储在数据寄存器中，PH传感器212为玻璃电极传感器，浊度传感器213为TSW-30浊度传感器213。
ORP传感器214、电导率传感器215、溶解氧传感器216均通过RS485采集电路219与主控制器220连接，RS485采集电路219通过MODBUS-RTU协议与主控制器220进行通信，此协议只允许在主控制器220与终端设备之间通信，而不允许独立的设备之间的数据交换，ORP传感器214为RS485型GH-GO系列ORP传感器214，电导率传感器215为RS485型GH-EC系列电导率传感器215，溶解氧传感器216为RS485型GH-DO系列溶解氧传感器216。
电源模块224包括磷酸铁锂电池和太阳能板，磷酸铁锂电池和太阳能板共同为LORA水质监测终端2供电。在光照充足的情况下，太阳能板为LORA水质监测终端2供电，太阳能板输出电压为12V，可直接为主控制器220供电，主控制器220的输入电压经过转换之后，可分别输出3.3V和5V电压，光照强度传感器211、PH传感器212和浊度传感器213可直接采用输出电压3.3V供电，GPS定位模块221、LED显示电路和LORA无线传输模块223可直接采用5V供电，ORP传感器214、电导率传感器215和溶解氧传感器216可直接用12V电压供电；在光照不足的情况下，磷酸铁锂电池为终端供电，磷酸铁锂电池电化学性能稳定，在充放电过程比较稳定，安全性能好，绿色环保，传统的镍铬电池放电时会产生有毒元素氧化镉，不利于生态环境的保护，而铅酸电池体积较大且供电时间短，生产过程中容易造成环境污染。
岸基接收站包括依次连接的上位机4、云服务器5和客户端，上位机4软件包括串口登录模块、传感器状态检测模块、数据显示模块以及地图位置信息显示模块，客户端包括PC机7和手机客户端6，客户端用于查看LORA水质监测终端2采集到的数据，上位机4与LORA网关3通过串口连接，上位机4用于将传感器组采集的数据上传至服务器。
本发明一种基于LORA的河岸水质监测系统的工作原理及过程具体如下：
所述LORA监测终端2采用FreeRTOS操作系统，主要包括FreeRTOS操作系统的移植和系统任务的设计，通过修改FreeRTOS源代码以适应STM32处理器特性，继而可以在主控制器220中调用操作系统提供的接口函数，在FreeRTOS操作系统中，各个模块功能以任务的形式呈现，通过任务调度器实现对不同任务的调度，以信号量和消息队列的方式实现任务之间的同步；
LORA网关3和上位机4通过统一设置波特率、数据位、校验位、停止位进行通信，上位机4将接收到的串口数据进行处理并显示，通过调用百度地图API将地理位置信息显示在上位机4界面中，LORA网关3负责接收上位机4发送指令，经过主控制器220处理后传输指令至LORA监测终端2，LORA监测终端2接收到指令后给上位机4反馈指令，并继续接收上位机4指令，上位机4进行处理；
如图4所示，LORA网关3的通信过程：首先接收上位机4指令，通过UART串口传输至LORA网关3，随即清空LORA无线传输模块223的FIFO数据区，切换至发射模式，唤醒节点，LORA网关3发送查询或者配置指令，发送成功后，切换至接收模式准备接收LORA监测终端2发送来的反馈指令，LORA网关3处理指令，再发送反馈指令至上位机4，若发送失败则继续发送，发送成功则重新开始接收上位机4指令；
上位机4读取串口数据，再进行处理，生成LORA网关3指令发送至LORA网关3，将LORA网关3反馈的指令进行处理，向云服务器5发送网关反馈指令，随即就可以通过登录云服务器5查看到LORA监测终端2监测到的数据，通过用户APP和PC机7就可查看到数据。
云服务器5拥有固定的IP地址，云服务器5使用Socket()函数创建套接字，通过bind()函数将套接字和IP地址以及端口号进行绑定，绑定成功后调用listen()函数监听客户端请求。客户端通过Socket()函数创建套接字后，通过connect()函数连接云服务器5，云服务器5通过accept()函数接收请求后，可在客户端与云服务器5之间进行通信，直到客户端关闭。
通过上述内容可知，本发明一种基于LORA的河道水质监测系统，使用LORA无线通信技术，具有低功耗远距离传输，组网灵活等特点，可根据LORA无线方式自组网的优点，加入多个LORA水质监测终端2，通过一对多的方式分布在各个监测点进行通信，使用嵌入式技术对多传感器进行融合，能监测到十多种水质参数和地理位置信息，具有很强的适用性，系统移植了FreeRTOS操作系统，能够同时进行多个任务，保证了数据处理的实时性和稳定性；具有极高的实用价值，实现水质的自动检测，系统便于部署、成本低、且在传输时具有一定的抗干扰性。

Claims (7)

1.一种基于LORA的河岸水质监测系统，其特征在于，包括通过LORA网关连接的LORA水质监测终端和岸基接收站；
所述LORA水质监测终端包括与LORA网关连接的主控制器，所述主控制器分别连接有传感器组、GPS定位模块、LED显示模块、LORA无线传输模块和电源模块；
所述岸基接收站包括依次连接的上位机、云服务器和客户端，所述上位机与LORA网关通过串口连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于LORA的河岸水质监测系统，其特征在于，所述主控制器为STM32F103ZET6。
3.根据权利要求1所述的一种基于LORA的河岸水质监测系统，其特征在于，所述传感器组包括光照强度传感器、PH传感器、浊度传感器、ORP传感器、电导率传感器和溶解氧传感器。
4.根据权利要求3所述的一种基于LORA的河岸水质监测系统，其特征在于，所述光照强度传感器通过IIC采集电路与主控制器连接。
5.根据权利要求3所述的一种基于LORA的河岸水质监测系统，其特征在于，所述PH传感器、浊度传感器均通过A/D采集电路与主控制器连接。
6.根据权利要求3所述的一种基于LORA的河岸水质监测系统，其特征在于，所述ORP传感器、电导率传感器、溶解氧传感器均通过RS485采集电路与主控制器连接。
7.根据权利要求3所述的一种基于LORA的河岸水质监测系统，其特征在于，所述电源模块包括磷酸铁锂电池和太阳能板。
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