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基于物联网的水体环境监测无人船的设计 　　摘要：本文基于物联网技术，设计了一种用于水体环境监测的无人船。系统由动力模块、测量模块、通信模块、GPS定位模块等组成，并引入非接触供电、无线通信等技术。经过实测可见，本系统不仅实现了小型化、无人化和低成本，跟踪定位的网格化，满足了精细化测量需求，信息传递的快速、可靠、稳定，而且通过太阳能等新能源的使用，使其既防止了传统燃料对水体的污染，又可以在其生命周期内永不停息地工作。　　关键词：物联网技术；水体环境监测；新能源；无人化　　中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007--0165-02　　作为影响国计民生最重要的自然资源之一，水资源在社会生活及工业生产中具有举足轻重的地位。我国尽管总量丰富，却面临着人均占有量较低、水资源空间分布不均匀等困难[1]。造成水资源缺乏的原因很多，其中由于水体环境恶化而导致的水质型缺水是一个重要方面[2]，因此，对水体环境，主要是各种水质参数的监测已为各级政府所重视。水体环境监测的信息化则是该领域技术的发展方向。若能基于物联网技术，对水体的各项物化参数进行完整采集，并最终实现网格化、多元化和菜单式的物化参数监测，对于保护水资源环境、实现水资源的高效利用具有重要意义。　　无人船由于具有布放灵活、成本经济，可以在人迹罕至或人迹难至的工作区域自动测量等明显的技术优势，已引起了国内外众多学者的关注。在国外，以美国哈希公司为代表，提出了基于Hydrolab的多参数水质监测仪的设计方案，其监测参数包括溶解氧、电导率等十五种参数。但是它必须搭配一定的载体才能完成任务，而且价格十分昂贵。在国内，众多学者也相继在这一领域展开了研究。如李广武、韦晓强所提出的一种多功能深水环保船[3]，主要用于海面溢油回收，兼具对小块漂浮垃圾的回收功能；金英连等提出的自主湖水环境监测船[4]，可以实现水体环境的全自主监测；林群馥等提出的无人驾驶水域环境智能监测船[5]，可已代替人完成偏远或恶劣环境下的全天候水域环境监测。　　本文研究并设计了一种智能化水体环境监测无人船，系统基于物联网技术，实现对水体的各项物化参数网格化的完整采集，后通过无线通信技术将信息传输至控制中心作进一步处理，完成对水体环境的监测。此外，控制中心亦可通过反向链路数据采集系统对移动载体动力系统进行控制，以实现网格化、多元化和菜单式的物化参数监测。与现有相关研究相比，本系统具有使用方便、结构简单、成本低、可扩充性强等优点，一方面满足了广域化分布式的需求，同时也消除了用户对人力成本高昂的?虑。　　1 系统整体结构　　按照动能划分，全系统由动力模块和电子舱构成。其中，动力模块使用太阳能电池作为能源，并实现对其他各模块的非接触供电；电子舱包括测量模块、通信模块、GPS定位模块。信息采集模块由温度、透光率、光照强度、PH值等传感器及信号处理电路组成；通信模块基于ZigBee技术进行自组网，基于蓝牙技术实现点到点的传输，基于工作在433MHZ的无线模块实现对广域网的接入；GPS用来实现船体定位，以实现定位和网格化的自动采集。系统整体结构框架如图1所示。　　2 主要组成模块及关键技术介绍　　 动力模块　　作为一种可再生的新型环保绿色能源，太阳能在实际生产应用中逐渐被人们所关注。本系统采用非晶硅太阳能电池进行供电，既能防止传统燃料能源污染水体，又能保证系统电源的稳定。非接触供电是指与物理接触的电力传输模式，是第二次无线通信，无线网络经过第三次无线革命后，业界作为基础应用的尖端技术，其广泛的跨产品应用，有望推动国家和世界通信、电子、网络、新能源等行业的突破和创新。　　 测量模块　　测量模块是由单片机、方波发生电路、量程换挡电路、检波电路、A/D转换电路、键盘控制电路、传感器和液晶显示电路组成。其中传感器可以根据使用需求选择PH、温度、氧、电导率、透光率等，并且进行扩展。以电导测量为例，其组成框图如图2所示。　　如图2所示，方波发生电路产生占空比为50%的正负脉冲为1V的电压加到电导的两端，经过电导池的电流经过量程换挡电路放大后变为电压信号，通过检波电路将电压峰―峰值变化为电压有效值，经过AD转换电路后送入单片机，完成电导率数据的采集。然后进行溶液温度的采样，通过软件编程对温度进行补偿，计算得到被测溶液在25℃基准温度下的电导率。将最后的结果通过LCD显示出来。　　 通信模块　　如图3所示，通信模块由无线发射节点和无线接收节点组成。其中，无线发射节点由无线发射模块和单片机AT89C51组成。要发射的数据被送入单片机中后，即由AT89C51控制无线发射模块将数据信息发送出去。本系统中的无线发射模块E12-TTL工作在433MHz频率上，工作电压约，通过单片机设置不同的响应时间、状态切换等形式，可以支持