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推动绿色发展是我国十三五规划的重要内容,水污染一直是我国突出的环境问题,水质监测技术可以在水环境的监测和保护方面起到重要作用。目前水质监测技术主要分为人工采样检测、有线监测和无线监测。采用无线监测是现代比较理想的水质监测手段。水质无线监测技术分为短距监测和远距监测。无线短距监测技术覆盖范围有限,在远程监测方面无法做出突破;传统无线远距监测技术存在功耗高、流量成本高、信号容易受到屏蔽、节点布置复杂等问题。本文针对传统水质无线监测技术存在的问题,在传感器技术基础上,结合NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,窄带物联网)技术具有广覆盖、低功耗、低成本、节点布置简单等优势,设计了基于NB-IoT水质监测系统。系统由NB-IoT水质监测硬件终端、连接管理服务器和上位机监测平台组成。NB-IoT水质监测硬件终端对水域的温度、PH、浊度和TDS水质参数采样,并传输到连接管理服务器,上位机监测平台获取连接管理服务器的水质数据并可视化显示。论文的主要工作有以下几个部分:1)设计制作了NB-IoT水质监测硬件终端。终端可以自动采集温度、PH、浊度和TDS水质数据,采用NB-IoT数据传输技术将数据定时上传到连接管理服务器,具备微型化、低功耗、远距传输、功能扩展一体化等优点。2)构建了基于CoAP协议的数据传输程序。NB-IoT的应用层协议采用消息格式简单、数据量极小、适合资源受限设备的CoAP协议,使NB-IoT终端功耗更低,设计了Profile文件和编解码插件,定义了数据传输格式,并基于此构建了基于CoAP协议的数据传输程序。3)基于MVC设计模式,使用Java语言和JfreeChart开源包构建了具备数据可视化的上位机监测平台。上位机监测平台自定义了相对母容器的位置布局模式,使上位机布局更加合理,后期升级维护更加简单。基于JfreeChart开源包,使数据以折线图的直观形式可视化显示。4)构建了基于RC4加密算法的数据本地存储文件系统。针对传统监测平台只有在线显示实时数据,而不能对历史数据查询分析的问题,建立本地文件系统。为保护用户本地数据的安全,采用运算效率高、非线性良好的RC4算法对数据本地加密。以淮河流域为监测点进行系统功能测试,包括NB-IoT水质监测硬件终端连接管理服务器和上位机监测平台的功能测试。测试结果表明,监测系统可以实现对淮河温度、PH、浊度和TDS数据的采集和无线发送;连接管理服务器可以接收和解析数据;上位机可以获取、本地存储加密解析并可视化显示数据。系统设计满足设定功能,验证了系统设计的可行性,为水质无线监测提供了一种有效的监测方案,具有一定的应用价值。图[80]表[1]参[55]