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基于NB-IoT的工业水质污染监测系

统设计与实现

基于NB-IoT的工业水质污染监测系统设计与实现

摘要：

随着工业化的快速发展，水质污染逐渐加剧，水环境保护越来

越引起人们的关注。本文设计了基于NB-IoT的工业水质污染

监测系统，通过传感器获取水质污染信息，实现对工业废水的

实时监测和预警，从而有效保护环境，提升人民群众的生态环

境品质。首先介绍了NB-IoT通信技术的基本原理和特点，接

着详细阐述了工业水质污染监测系统的总体设计思路和功能模

块，包括数据采集、数据传输、数据分析和管理等。然后，介

绍了传感器的原理和选型，包括PH值传感器、溶解氧传感器、

浊度传感器等，同时解释了各传感器与NB-IoT模块之间的连

接方式和数据传输协议。接下来，详细介绍了数据处理方法和

数据分析算法，包括数据清洗、数据分析和边缘计算等，最后

给出了实验结果和分析，证明该监测系统具有高可靠性、高精

度和实时性等优点。

关键词：NB-IoT；工业水质监测；传感器；数据分析；实时监

测

1.引言

随着中国经济的快速发展，工业污染排放量逐渐增加，水质污

染问题日益严重，成为制约国家经济和社会发展的重大环境问

题之一。因此，实时监测工业废水污染是十分必要的，而传统

的监测手段存在数据不准确、操作繁琐、管理复杂等缺点，为

此，设计并开发了一种基于NB-IoT的工业水质污染监测系统，

利用边缘计算技术，实现对工业废水的实时监测和预警，有效

保护环境，提升人民群众的生态环境品质。

2.NB-IoT通信技术

2.1原理和特点

NB-IoT通信技术是低功耗广域物联网（LPWAN）技术的一种，

具有长距离、低功耗、低成本等特点。其原理是利用蜂窝网络

将物联网设备与云端信息平台相连接，从而实现数据传输和远

程控制等功能。NB-IoT技术在频带资源上的优势，可以降低

运营成本，提高网络效率，适用于水电、煤气、自来水等行业

的实时监测，也非常适合后期大规模推广。

2.2应用场景

NB-IoT技术应用场景十分广泛，包括智能城市、智慧农业、

智能物流等，同时也适用于水质污染监测。传统的水质监测设

备一般都是传感器直接连接到监测设备的方式，数据传输不稳

定，无法保证数据的准确性和实时性。而基于NB-IoT技术的

水质污染监测系统，可以实现远程数据采集和传输，数据处理

和分析，数据可视化和监管等多个功能，从而提高了水质监测

的精确度和实时性。

3.系统设计

3.1总体设计思路

本文基于NB-IoT技术设计了一套工业水质污染监测系统，其

总体设计思路如图1所示。本系统采用传感器获取工业废水的

PH值、溶解氧、浊度等多种指标，通过NB-IoT技术实现对水

质数据的远程采集和实时监测，同时将所有数据上传到云端，

便于数据分析和管理。在数据传输过程中，系统采用加密技术，

保证数据传输的安全性。

3.2功能模块

系统的功能模块如图2所示，主要包括数据采集模块、数据传

输模块、数据分析模块和管理模块。其中，数据采集模块主要

通过传感器将工业废水的PH值、溶解氧、浊度等指标采集到

NB-IoT模块，当值超过设定的阈值时，产生报警。数据传输

模块主要利用NB-IoT技术将采集的数据上传到云端，保证数

据的实时性。数据分析模块主要是对数据进行清洗、过滤、计

算和分析等操作，得出对水体污染的状况。管理模块主要是对

数据进行管理、存储和维护等操作，保证数据的完整性和安全

性。

4.传感器原理和选型

4.1原理

4.1.1PH值传感器

PH值传感器是一种基于化学反应原理的传感器，利用电极感

受物质溶液中的氢离子浓度，并将其转换为电压信号。根据波

动的大小，可以判断水体是否偏酸或偏碱。PH值传感器的原

理图如图3所示。

4.1.2溶解氧传感器

溶解氧传感器是一种基于氧化还原反应原理的传感器，利用电

极测量水体中的溶解氧浓度。当氧气通过半导体薄膜时，产生

电势差，即反映氧气的存在量。溶解氧传感器的原理图如图4

所示。

4.1.3浊度传感器

浊度传感器是一种基于光学原理的传感器，测量水体的色散效

应和光的衰减效应，主要用于检测悬浮物质的分布和浓度。浊

度传感器的原理图如图5所示。

4.2选型

在传感器的选型上，需要根据实际情况选择具有高灵敏度、稳

定性和反应速度的传感器，同时要具备防腐、耐磨、抗干扰等

特点。在本文中，选用的传感器品牌分别为经典、修正和泰克。

5.数据处理方法和数据