基于光谱法和ZigBee技术的水质监测系统设计

水质监测是治理保护水资源的前提和基础，可以为环境管理提供数据和资料。光谱法水质检测技术是在线水质监测领域的重要发展方向。在对光谱法原理开展研究后，结合传感器及互联网技术，本文提出一种基于树型拓扑结构的水质监测系统模型，硬件方面选取CC2530 + ESP8266作为设计开发芯片，软件开发平台选择IAR EM8051，实现了对水质的化学需氧量(COD)、浊度值实时采集，并对数据实施访问权限、预警处理。在对10组COD标准溶液和10组随机溶液进行测量后，发现数据误差率最大不超过3.3%，误差平均值为1.1%；对5组标准浊度溶液进行测量，数据误差率最大不超过3.4%，误差平均值为1.48%。实验表明：水质监测系统运行稳定可靠，能满足水质监测应用需求，为水质保护提供技术支撑。

水质监测的目的主要是为测定掌握水质情况，包括水体的主要成分、含量及变化趋势等。一般可以从物理、化学、生物等几个方面开展水质监测，每个方面包含一系列可测指标参数。国家《“十四五”生态环境监测规划》指出加强长江、黄河等重点流域水质监测，完善自动为主、手工为辅的水质融合监测评价，完善断面–水体–污染源全链条监测溯源技术体系，构建大监测格局，逐步开展水环境预报预警工作[1]。

光谱技术是根据物质组成成分吸收或辐射电磁波，从而引起电子从基态跃迁到激发态，产生前后不同光谱而建立起来的一类分析方法，可对物质进行定性和定量分析。光谱分析按电磁辐射传递方式可分为吸收光谱分析、散射光谱分析、发射光谱分析[2] [3] [4] [5]。

本文结合传感器技术和水质监测内容的实际，提出一种基于树型拓扑的水质监测系统模型，并从软硬件方面进行了设计，实现了对水质的化学需氧量(COD)、浊度、温度、PH 值等数据的实时采集和传送[6]，对数据的异动情况进行预警处理[7]。实验表明：光谱法水质监测系统运行稳定、数据可靠、成本低廉，能满足不同水质监测应用需求，具有市场应用和推广价值，可以为水质保护和防治提供监测手段和技术依据[8] [9]。

2. 系统总体设计 基于光谱法和ZigBee 技术水质监测系统结构框图如图1 所示，主要有传感器模块、ZigBee 模块、WIFI 模块、云平台、终端5 部分组成。

COD 传感器将采集到的数据以有线的方式传送给ZigBee 模块2 (终端模块)，ZigBee 模块2 (终端模块)通过无线传感网络将数据传送给ZigBee 模块1 (协调器模块)，ZigBee 模块1 (协调器模块)利用WIFI 技术将数据传送到云平台，工作人员通过终端查看水文监测数据。浊度传感器数据传送方式同COD 相同。