環境監測方案設計

基於物聯網技術的海洋環境監測系統的設計方法。對當前物聯網技術的發展和社會需求進行了系統開發的可行性和必要性研究。並從物聯網體系架構中的感知層、網絡層和應用層分別進行了設計與研究。下面是小編整理的環境監測方案設計，歡迎來參考！

隨着我國藍海經濟的快速發展，海水養殖業近年來發展勢頭迅猛，沿海養殖場及育苗場發展迅速。最近幾年我國受厄爾尼諾現象影響嚴重，各大海水養殖場遭遇“冷水團”，造成了巨大的經濟損失。

由於海洋監測範圍大，不易監測，針對此現狀，本項目提出了一種基於物聯網技術的海洋環境監測系統的設計方案，以便更有效的監測海洋環境，節省人工監測成本。此項目利用物聯網相關技術，將採集到的數據及相關信息發送給上位機軟件接收系統，以便對海水中各項實時參數進行監測，反饋信息預測海洋各項指標發展動態。

1 必要性及可行性研究

近年來，我國大力發展藍海經濟以及環渤海經濟圈國家戰略的快速推進，並隨着人們生活質量的提高，海水養殖業得到了突飛猛進的發展。由於近海網箱養殖海產品更接近原生態，該養殖方式逐漸成爲海水養殖的首選。但對海水養殖中爲促進養殖生物的生長所使用的大量餌料和化學品若不加以監管，將加劇鄰近海域的水質污染，並引發赤潮等海洋生態環境問題，從而造成“失海”現象。

由於海水養殖面積大、分散度高等特點，人工監測成本高，監管難度較大。如何將空間分佈的養殖區域進行統一化監管，縮短空間距離，這是海水養殖產業經濟發展需要解決的難題。近年來，物聯網相關技術快速發展，使得解決這些難題有了一定的技術支持。

隨着芯片成本的'降低，低功耗芯片的發展越來越成熟。近海的手機信號覆蓋範圍越來越廣，給海上數據傳輸提供了通信保障。遠距離供電方案可採用太陽能供電或移動電源供電方式，移動電源可爲單片機供電數月至半年左右，能夠滿足供電需求。

2 方案設計與研究

根據項目實際需求，所設計的系統原始架構圖如圖1所示。

2.1 感知層

根據實用及成本考慮，感知層可採用STM32單片機，設計兩路電壓輸入和兩路電流輸入，一路RS 485及一路CAN接口。單片機的選用主要考慮到STM32的低功耗和低成本特性。由於海洋環境監測的特殊性，只需對每天的特定時段進行採集，所以單片機在大多數情況下都處於休眠狀態，STM32可以滿足休眠功能的需要。採集接口的設計原則爲夠用即可，適當擴展。設計主要採集海水中的溫度，根據特殊需要可以增加pH值、含氧量等傳感數據的採集。

2.2 網絡層

網絡層採用GPRS、ZigBee與北斗導航相結合的無線網絡通信方式。

考慮到海上手機信號的覆蓋和信息傳輸量小等特點，遠程數據傳輸以GPRS爲主，北斗導航通信爲輔的設計方案。對於局域密集型採集採用ZigBee局域網通信，由彙集節點通過遠程數據傳輸方式，將數據發送至數據中心。數據中心將通過有線及無線的方式將相關數據展示在平臺或手機上。

2.3 應用層

應用層中主要的功能有數據彙總，數據分析及展示，手機端數據查詢。

使用C#開發數據接收端程序，使用Socket編程實現服務器端程序開發，將接收數據存儲在相應數據庫中。使用B/S模式開發Web服務程序，將所需數據通過Web界面顯示出來，這樣就可以在電腦和手機等相關設備中實現跨平臺展示。

3 結 語

此方案是爲海上惡劣條件下，數據遠程採集及處理而設計。通過多種模式採集，將有線與無線等佈網方式相結合，將局域無線網與廣域無線網相結合，使用了跨平臺等應用開發技術。將物聯網技術應用於智能海洋環境監測中，優勢明顯，相關技術很成熟。此係統在提供了海洋環境相關數據的同時，能夠及時進行數據分析，發出海洋環境相關預警。