书籍详情
面向水质领域的物联网监测与控制技术
作者：赵小强等 著
出版社：科学出版社
出版时间：2020-08-01
ISBN：9787030640970
定价：¥128.00
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内容简介
《面向水质领域的物联网监测与控制技术》的主要内容是作者多年来项目成果的总结，以科学研究和工程应用结合为特色。全面介绍水体质量监测领域的物联网技术，并围绕物联网水质监测和生物水质监测技术进行深入探讨，结合实际需求给出相关系统的设计和技术解决方案，*后结合作者多年来的科研经验，对高原寒区湖泊冰期水质及冰厚在线监测仪的研制进行详尽的介绍。
作者简介
暂缺《面向水质领域的物联网监测与控制技术》作者简介
目录
目录
前言
**篇 物联网水质监测篇
第1章 绪论 3
1.1 物联网的基本概念 3
1.2 水质监测领域的物联网架构 4
1.3 水质监测现状 6
1.3.1 物联网水质监测现状 6
1.3.2 鱼类水质监测现状 7
第2章 水质远程智能化监测硬件系统 9
2.1 系统整体介绍 9
2.2 相关技术介绍 10
2.2.1 嵌入式系统技术 10
2.2.2 3G 通信技术 11
2.3 水质传感器 12
2.4 系统硬件设计与实现 15
2.4.1 硬件设计思路与方案 15
2.4.2 STM32 系统电路 16
2.4.3 3G 通信模块电路 22
2.4.4 按键与LCD 接口电路 27
2.4.5 SD 卡模块电路 27
2.4.6 温度传感器测量电路 28
2.4.7 pH 传感器测量电路 29
2.4.8 电导率传感器测量电路 29
2.4.9 系统硬件实物展示 30
2.5 嵌入式软件设计与实现 31
2.5.1 μC/OS-II 嵌入式操作系统 31
2.5.2 MC509 模块驱动 34
2.5.3 FatFs 文件系统移植 41
2.5.4 LCD 显示驱动 46
2.5.5 ADC 驱动 47
2.6 温度补偿介绍及实现 48
2.7 系统测试及数据分析 51
2.7.1 系统初始化测试 52
2.7.2 液晶显示及数据采集测试 52
2.7.3 网络通信测试 53
2.7.4 SD 卡数据存储测试 55
2.7.5 系统整体测试 56
2.7.6 数据分析 56
第3章 水质远程智能化监测软件系统 58
3.1 软件的设计与实现目标 58
3.2 软件整体介绍 58
3.3 系统上位机软件设计 59
3.3.1 软件设计思路与方案 59
3.3.2 系统概况 60
3.3.3 参数配置 61
3.3.4 数据接收 64
3.3.5 水质报警 70
3.3.6 数据库存储 70
3.3.7 记录查询 74
3.3.8 报表生成 78
3.3.9 数据预测 81
3.4 串口通信功能测试 84
3.5 网络通信功能测试 88
第4章 水质远程实时监控与预测系统 92
4.1 系统的设计与实现目标 92
4.2 系统整体介绍 92
4.3 相关技术介绍 93
4.3.1 PLC 概述 93
4.3.2 Modbus 通信协议 95
4.3.3 无线通信技术 96
4.3.4 MCGS 组态软件 97
4.3.5 时间序列分析法 97
4.4 系统硬件设计与实现 97
4.4.1 水质传感器及处理电路 97
4.4.2 EM235 模数转换模块 109
4.4.3 PLC 选择及各I/O 口分配 113
4.4.4 水质检测箱设计 115
4.4.5 智能控制模块 116
4.4.6 数据传输模块 119
4.5 下位机软件设计与实现 120
4.5.1 水质采集及相关水质算法 120
4.5.2 水质循环监测功能 123
4.5.3 远程传输功能 126
4.6 上位机触摸屏组态软件设计 131
4.6.1 主控窗口设计 131
4.6.2 设备窗口设计 131
4.6.3 用户窗口设计 134
4.6.4 实时数据库设计 137
4.6.5 运行策略设计 138
4.7 自回归模型水质预测 139
4.8 系统测试及数据分析 144
4.8.1 测试数据精度测试 144
4.8.2 远程通信测试 146
4.8.3 上位机组态软件测试 149
4.8.4 预测模型精度测试 150
第二篇 生物水质监测篇
第5章 鱼体行为的水质监测 155
5.1 生物水质监测法 155
5.2 鱼体运动行为语义模型 156
5.3 鱼体运动目标检测 157
5.3.1 鱼体目标检测模型总体架构 157
5.3.2 鱼体运动图像背景建模 158
5.3.3 鱼体运动图像自适应分割 160
5.3.4 鱼体分割图像滤波处理 162
5.3.5 鱼体运动目标质心检测 167
5.4 鱼体运动状态参数检测 168
5.4.1 运动状态参数检测总体设计 168
5.4.2 鱼体运动目标跟踪 169
5.4.3 运动速度及加速度检测 171
5.4.4 摆尾频率检测 173
5.4.5 转弯频率检测 176
5.4.6 撞壁频率检测 178
5.5 鱼体运动状态水质监测模型建立 180
5.5.1 运动状态参数语义描述 180
5.5.2 水质监测模型的建立 180
5.6 鱼体运动状态参数的水质监测软件 182
5.6.1 软件总体设计 182
5.6.2 视频采集模块设计 183
5.6.3 目标检测面板设计 185
5.6.4 记录查询面板设计 190
5.6.5 水质评价面板设计 193
5.7 系统测试及数据分析 194
5.7.1 实验设计 194
5.7.2 系统测试 196
5.7.3 数据分析 201
第6章 鱼群行为的水质监测 207
6.1 鱼群的生物水质监测及预警 207
6.1.1 鱼群跟踪轨迹获取技术 208
6.1.2 鱼群的生物水质预警 209
6.2 鱼群运动目标检测 209
6.2.1 常用的目标检测方法 209
6.2.2 本章提出的目标检测方法 211
6.2.3 背景模型建立 212
6.2.4 运动目标分割 214
6.2.5 图像滤波处理 216
6.2.6 连通区域分析 217
6.3 鱼群运动目标跟踪 218
6.3.1 常用的目标跟踪算法 219
6.3.2 本章提出的鱼群跟踪算法 221
6.3.3 运动状态估计 221
6.3.4 跟踪遮挡处理 222
6.3.5 代价方程建立 224
6.3.6 目标匹配关联 224
6.3.7 鱼群运动轨迹数据分析 226
6.4 鱼体运动行为特征参数量化 230
6.4.1 个体特征参数 231
6.4.2 群体特征参数 232
6.4.3 鱼体特征参数数据分析 234
6.5 鱼群特征参数的水质监测 239
6.5.1 相关技术介绍 239
6.5.2 本章提出的生物水质预警方法 241
6.5.3 数据预处理 241
6.5.4 核函数选取 243
6.5.5 模型参数优化 243
6.5.6 水质监测数据分析 244
第三篇 案例分析篇
第7章 高原寒区湖泊冰封期水质及冰厚在线监测仪的研制 249
7.1 研制仪器的重要性和必要性 249
7.1.1 仪器拟解决的重要科学和技术问题 250
7.1.2 同类仪器设备的国内外研究现状和发展趋势 250
7.2 仪器的设计思想 255
7.3 仪器的总体结构 256
7.4 仪器的技术性能与主要技术指标 259
7.5 仪器的科学目标和应用目标 260
7.6 仪器的技术路线 261
7.6.1 冰封期冰下水样无扰动采样技术 263
7.6.2 基于电容感应原理的定点冰层厚度检测技术 264
7.6.3 高原寒区水质及冰厚数据统一管理及可视化共享技术 266
参考文献 268
前言
**篇 物联网水质监测篇
第1章 绪论 3
1.1 物联网的基本概念 3
1.2 水质监测领域的物联网架构 4
1.3 水质监测现状 6
1.3.1 物联网水质监测现状 6
1.3.2 鱼类水质监测现状 7
第2章 水质远程智能化监测硬件系统 9
2.1 系统整体介绍 9
2.2 相关技术介绍 10
2.2.1 嵌入式系统技术 10
2.2.2 3G 通信技术 11
2.3 水质传感器 12
2.4 系统硬件设计与实现 15
2.4.1 硬件设计思路与方案 15
2.4.2 STM32 系统电路 16
2.4.3 3G 通信模块电路 22
2.4.4 按键与LCD 接口电路 27
2.4.5 SD 卡模块电路 27
2.4.6 温度传感器测量电路 28
2.4.7 pH 传感器测量电路 29
2.4.8 电导率传感器测量电路 29
2.4.9 系统硬件实物展示 30
2.5 嵌入式软件设计与实现 31
2.5.1 μC/OS-II 嵌入式操作系统 31
2.5.2 MC509 模块驱动 34
2.5.3 FatFs 文件系统移植 41
2.5.4 LCD 显示驱动 46
2.5.5 ADC 驱动 47
2.6 温度补偿介绍及实现 48
2.7 系统测试及数据分析 51
2.7.1 系统初始化测试 52
2.7.2 液晶显示及数据采集测试 52
2.7.3 网络通信测试 53
2.7.4 SD 卡数据存储测试 55
2.7.5 系统整体测试 56
2.7.6 数据分析 56
第3章 水质远程智能化监测软件系统 58
3.1 软件的设计与实现目标 58
3.2 软件整体介绍 58
3.3 系统上位机软件设计 59
3.3.1 软件设计思路与方案 59
3.3.2 系统概况 60
3.3.3 参数配置 61
3.3.4 数据接收 64
3.3.5 水质报警 70
3.3.6 数据库存储 70
3.3.7 记录查询 74
3.3.8 报表生成 78
3.3.9 数据预测 81
3.4 串口通信功能测试 84
3.5 网络通信功能测试 88
第4章 水质远程实时监控与预测系统 92
4.1 系统的设计与实现目标 92
4.2 系统整体介绍 92
4.3 相关技术介绍 93
4.3.1 PLC 概述 93
4.3.2 Modbus 通信协议 95
4.3.3 无线通信技术 96
4.3.4 MCGS 组态软件 97
4.3.5 时间序列分析法 97
4.4 系统硬件设计与实现 97
4.4.1 水质传感器及处理电路 97
4.4.2 EM235 模数转换模块 109
4.4.3 PLC 选择及各I/O 口分配 113
4.4.4 水质检测箱设计 115
4.4.5 智能控制模块 116
4.4.6 数据传输模块 119
4.5 下位机软件设计与实现 120
4.5.1 水质采集及相关水质算法 120
4.5.2 水质循环监测功能 123
4.5.3 远程传输功能 126
4.6 上位机触摸屏组态软件设计 131
4.6.1 主控窗口设计 131
4.6.2 设备窗口设计 131
4.6.3 用户窗口设计 134
4.6.4 实时数据库设计 137
4.6.5 运行策略设计 138
4.7 自回归模型水质预测 139
4.8 系统测试及数据分析 144
4.8.1 测试数据精度测试 144
4.8.2 远程通信测试 146
4.8.3 上位机组态软件测试 149
4.8.4 预测模型精度测试 150
第二篇 生物水质监测篇
第5章 鱼体行为的水质监测 155
5.1 生物水质监测法 155
5.2 鱼体运动行为语义模型 156
5.3 鱼体运动目标检测 157
5.3.1 鱼体目标检测模型总体架构 157
5.3.2 鱼体运动图像背景建模 158
5.3.3 鱼体运动图像自适应分割 160
5.3.4 鱼体分割图像滤波处理 162
5.3.5 鱼体运动目标质心检测 167
5.4 鱼体运动状态参数检测 168
5.4.1 运动状态参数检测总体设计 168
5.4.2 鱼体运动目标跟踪 169
5.4.3 运动速度及加速度检测 171
5.4.4 摆尾频率检测 173
5.4.5 转弯频率检测 176
5.4.6 撞壁频率检测 178
5.5 鱼体运动状态水质监测模型建立 180
5.5.1 运动状态参数语义描述 180
5.5.2 水质监测模型的建立 180
5.6 鱼体运动状态参数的水质监测软件 182
5.6.1 软件总体设计 182
5.6.2 视频采集模块设计 183
5.6.3 目标检测面板设计 185
5.6.4 记录查询面板设计 190
5.6.5 水质评价面板设计 193
5.7 系统测试及数据分析 194
5.7.1 实验设计 194
5.7.2 系统测试 196
5.7.3 数据分析 201
第6章 鱼群行为的水质监测 207
6.1 鱼群的生物水质监测及预警 207
6.1.1 鱼群跟踪轨迹获取技术 208
6.1.2 鱼群的生物水质预警 209
6.2 鱼群运动目标检测 209
6.2.1 常用的目标检测方法 209
6.2.2 本章提出的目标检测方法 211
6.2.3 背景模型建立 212
6.2.4 运动目标分割 214
6.2.5 图像滤波处理 216
6.2.6 连通区域分析 217
6.3 鱼群运动目标跟踪 218
6.3.1 常用的目标跟踪算法 219
6.3.2 本章提出的鱼群跟踪算法 221
6.3.3 运动状态估计 221
6.3.4 跟踪遮挡处理 222
6.3.5 代价方程建立 224
6.3.6 目标匹配关联 224
6.3.7 鱼群运动轨迹数据分析 226
6.4 鱼体运动行为特征参数量化 230
6.4.1 个体特征参数 231
6.4.2 群体特征参数 232
6.4.3 鱼体特征参数数据分析 234
6.5 鱼群特征参数的水质监测 239
6.5.1 相关技术介绍 239
6.5.2 本章提出的生物水质预警方法 241
6.5.3 数据预处理 241
6.5.4 核函数选取 243
6.5.5 模型参数优化 243
6.5.6 水质监测数据分析 244
第三篇 案例分析篇
第7章 高原寒区湖泊冰封期水质及冰厚在线监测仪的研制 249
7.1 研制仪器的重要性和必要性 249
7.1.1 仪器拟解决的重要科学和技术问题 250
7.1.2 同类仪器设备的国内外研究现状和发展趋势 250
7.2 仪器的设计思想 255
7.3 仪器的总体结构 256
7.4 仪器的技术性能与主要技术指标 259
7.5 仪器的科学目标和应用目标 260
7.6 仪器的技术路线 261
7.6.1 冰封期冰下水样无扰动采样技术 263
7.6.2 基于电容感应原理的定点冰层厚度检测技术 264
7.6.3 高原寒区水质及冰厚数据统一管理及可视化共享技术 266
参考文献 268
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