动态净水系统数据传输系统设计【字数：10697】
摘 要水污染已严重危害环境安全，水污染的实时动态检测，是降低危害的重要因素。本文构建了动态实时水污染数据传输链路，并完成了超标数据实时网页播报的功能。本文以移动通信技术为主体，布设专用线路和对其进行后续的维护等。并且在其发展过程中的2G、2.5G、3G、4G技术中，选择2.5G技术即所谓的GPRS技术来构建数据传输链路，采用GA6-B作为无线数据传输模块，构建硬件基础。软件方面，通过WINCOSK实现服务器与GPRS模块的通信，数据被保存在服务器中，并且将数据结果通过网页显示。经过软硬件的调试之后，实物可以实现完整的数据传输链路的构建并且如期地进行水质监测参数数据的传输工作。经过数据验证，实现了数据的动态传输与超标播报。
Key Words: Water quality monitor ；Water analysis ；Gprs wireless communication 目 录
1．绪论 1
1.1 研究的背景与意义 1
1.2 课题的研究基础以及现状与趋势 2
1.2.1 课题的研究基础 2
1.2.2 现状与趋势 3
1.3 主要研究的内容 4
2.数据链路传输技术基础 5
2.1 GPRS原理 5
2.2 GPRS传输协议 5
2.2.1 PPP协议介绍 6
2.2.2 PPP协议封装 6
2.2.3 PPP状态转移 7
2.2.4 LCP报文 9
2.2.5 IPCP报文 11
2.3 NAT技术 12
2.3.1 NAT介绍 12
2.3.2网络地址的转换 12
3.系统方案设计 13
3.1 水质监测数据的分布特征 13
3.2 系统设计方案 14
3.2.1 硬件设计方案 14
3.2.2 软件设计方案 14
4.系统设计 16
4.1 硬件设计 16
4.1.1 GPRS数据传输模块原理 16
4.1.2 GPRS无线模块的选择 16
4.1.3 GPRS模块 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
的介绍 17
4.2 软件设计 18
4.2.1数据的传输路径 18
4.2.2 GPRS网络通讯服务 18
4.2.3 数据帧格式 19
4.3建立数据传输路径 20
4.4 服务器设计 20
4.4.1 Winsock介绍 20
4.4.2 服务器软件设计 21
5.系统测试及功能验证 22
5.1 系统功能实现 22
5.1.1 实物图展示 22
5.1.2 WEB浏览 22
5.1.3 历史数据查询 23
6.总结与展望 25
参考文献 26
致 谢 27
附录 28
1．绪论
1.1 研究的背景与意义
随着中国经济的进一步发展，大量的工业用水和生活污水被直接排入河流湖泊，对水体造成了严重污染，水污染的问题日益严峻。水污染的类型多，分布复杂，往往发现污染时，已经给环境带来了极大危害，因此监测是否及时是降低污染危害的重要因素。水质监测就是对特定的水体进行检测和分析，从而对水质状况进行评价。为掌握水质变化趋势，需要分析不同时期检测的水质参数。水质监测的数据不仅有助于科学处理水体污染事件，而且提供数据支持水环境的保护。因此在保护和治理水环境等方面，水质监测具有重要意义。
2017年中国水资源公报显示我国城市污水处理率只有40%左右，再加上水污染日益严重导致全国各地水体都受到了不同程度的污染。
2017年全国1(3类水质河长占78.5%，劣5类水质河长占8.3%，氨氮、总磷和化学需氧量是主要污染指标。与上一年相比，1(3类水质河长比例上升2.1个百分点，劣Ⅴ类水质河长比例下降1.5个百分点[1]；123个湖泊中，全年总体水质为1(Ⅲ类、Ⅳ(Ⅴ类和劣Ⅴ类的湖泊分别占总数的26.0%、4.5%和19.5%。主要污染项目是总磷、化学需氧量和五日生化需氧量，且中营养湖泊占23.1%，富营养湖泊占76.9%。与2016年同比，Ⅰ(Ⅲ类水质湖泊的个数比例上升0.9个百分点，富营养湖泊比例下降0.9个百分点；1064座水库中，全年总体水质为Ⅰ(Ⅲ类、Ⅳ(Ⅴ类和劣Ⅴ类的水库分别占86.4%、11.3%和2.3%。主要污染项目是总磷、高锰酸钾指数和五日生化需氧量等。与2016年同比，Ⅰ(Ⅲ类水质水库个数比例下降了0.6个百分点，富营养状态水库个数比例下降0.3个百分点。由此看出，虽然部分情况有所好转，但大范围的情况依旧严重。
图1.1 水污染现状
本团队构建了动态净水检测系统，可以通过搭载相关水质监测传感器的无人机来完成水质监测这一工作。这一过程大概的可以解释为：在主控机和芯片等集合的单片机通信模块上，我们对信息数据进行信号调理和A/D转换，通过串行口发送数据，然后由采集端的MCU进行统一处理；通过GPRS无线模块发送数据，再经过互联网传输到达服务器，然后由网页端对服务器里的数据进行获取，并进行显示和报警处理等功能。我的工作就是实现从数据采集端到服务器端的数据链路的建立，以实现整个采集数据的传输。
1.2 课题的研究基础以及现状与趋势
1.2.1 课题的研究基础
随着INTERNET的普及，人们希望通过网络信息交流快捷方便的这一特点，实现远距离实时对现场设备的控制。这一想法在某些方面已经变为了现实，比如网络电话：最简单的只需要一部手机即可。当然一般的都是将摄像机接入网络中，就可以实现异地网络监控等。这些设备都是在原有的基础上，增加了很少的设备来实现了远距离的操作。
Key Words: Water quality monitor ；Water analysis ；Gprs wireless communication 目 录
1．绪论 1
1.1 研究的背景与意义 1
1.2 课题的研究基础以及现状与趋势 2
1.2.1 课题的研究基础 2
1.2.2 现状与趋势 3
1.3 主要研究的内容 4
2.数据链路传输技术基础 5
2.1 GPRS原理 5
2.2 GPRS传输协议 5
2.2.1 PPP协议介绍 6
2.2.2 PPP协议封装 6
2.2.3 PPP状态转移 7
2.2.4 LCP报文 9
2.2.5 IPCP报文 11
2.3 NAT技术 12
2.3.1 NAT介绍 12
2.3.2网络地址的转换 12
3.系统方案设计 13
3.1 水质监测数据的分布特征 13
3.2 系统设计方案 14
3.2.1 硬件设计方案 14
3.2.2 软件设计方案 14
4.系统设计 16
4.1 硬件设计 16
4.1.1 GPRS数据传输模块原理 16
4.1.2 GPRS无线模块的选择 16
4.1.3 GPRS模块 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
的介绍 17
4.2 软件设计 18
4.2.1数据的传输路径 18
4.2.2 GPRS网络通讯服务 18
4.2.3 数据帧格式 19
4.3建立数据传输路径 20
4.4 服务器设计 20
4.4.1 Winsock介绍 20
4.4.2 服务器软件设计 21
5.系统测试及功能验证 22
5.1 系统功能实现 22
5.1.1 实物图展示 22
5.1.2 WEB浏览 22
5.1.3 历史数据查询 23
6.总结与展望 25
参考文献 26
致 谢 27
附录 28
1．绪论
1.1 研究的背景与意义
随着中国经济的进一步发展，大量的工业用水和生活污水被直接排入河流湖泊，对水体造成了严重污染，水污染的问题日益严峻。水污染的类型多，分布复杂，往往发现污染时，已经给环境带来了极大危害，因此监测是否及时是降低污染危害的重要因素。水质监测就是对特定的水体进行检测和分析，从而对水质状况进行评价。为掌握水质变化趋势，需要分析不同时期检测的水质参数。水质监测的数据不仅有助于科学处理水体污染事件，而且提供数据支持水环境的保护。因此在保护和治理水环境等方面，水质监测具有重要意义。
2017年中国水资源公报显示我国城市污水处理率只有40%左右，再加上水污染日益严重导致全国各地水体都受到了不同程度的污染。
2017年全国1(3类水质河长占78.5%，劣5类水质河长占8.3%，氨氮、总磷和化学需氧量是主要污染指标。与上一年相比，1(3类水质河长比例上升2.1个百分点，劣Ⅴ类水质河长比例下降1.5个百分点[1]；123个湖泊中，全年总体水质为1(Ⅲ类、Ⅳ(Ⅴ类和劣Ⅴ类的湖泊分别占总数的26.0%、4.5%和19.5%。主要污染项目是总磷、化学需氧量和五日生化需氧量，且中营养湖泊占23.1%，富营养湖泊占76.9%。与2016年同比，Ⅰ(Ⅲ类水质湖泊的个数比例上升0.9个百分点，富营养湖泊比例下降0.9个百分点；1064座水库中，全年总体水质为Ⅰ(Ⅲ类、Ⅳ(Ⅴ类和劣Ⅴ类的水库分别占86.4%、11.3%和2.3%。主要污染项目是总磷、高锰酸钾指数和五日生化需氧量等。与2016年同比，Ⅰ(Ⅲ类水质水库个数比例下降了0.6个百分点，富营养状态水库个数比例下降0.3个百分点。由此看出，虽然部分情况有所好转，但大范围的情况依旧严重。
图1.1 水污染现状
本团队构建了动态净水检测系统，可以通过搭载相关水质监测传感器的无人机来完成水质监测这一工作。这一过程大概的可以解释为：在主控机和芯片等集合的单片机通信模块上，我们对信息数据进行信号调理和A/D转换，通过串行口发送数据，然后由采集端的MCU进行统一处理；通过GPRS无线模块发送数据，再经过互联网传输到达服务器，然后由网页端对服务器里的数据进行获取，并进行显示和报警处理等功能。我的工作就是实现从数据采集端到服务器端的数据链路的建立，以实现整个采集数据的传输。
1.2 课题的研究基础以及现状与趋势
1.2.1 课题的研究基础
随着INTERNET的普及，人们希望通过网络信息交流快捷方便的这一特点，实现远距离实时对现场设备的控制。这一想法在某些方面已经变为了现实，比如网络电话：最简单的只需要一部手机即可。当然一般的都是将摄像机接入网络中，就可以实现异地网络监控等。这些设备都是在原有的基础上，增加了很少的设备来实现了远距离的操作。
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