高效菌藻回收养殖废水营养系统监测物联网开发.docx

仲恺农业工程学院毕 业 设 计 高效菌藻回收养殖废水营养系统监测物联网开发姓 名 宋媛院（系） 信息科学与技术学院专业班级 电子信息工程152班学 号 20151021421指导教师 冯大春职称/职务 副教授论文答辩日期 2019年5月12日仲恺农业工程学院教务处制Internet of Things of High Efficiency Nutrition Recovery System for Aquaculture Wastewater by Algae and FungiSong YuanCollege of Computational ScienceZhongkai University of Agriculture and EngineeringGuangzhou,ChinaSupervisor: Associate Prof.Feng Dachun 学生承诺书本人郑重承诺：所呈交的毕业论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。除了文中已用特别标志加以标记的引述内容之外，本论文不含有任何其他个人或集体已经发表或撰写的研究成果。对本文研究做出过重要贡献的个人或集体，均已在文中以明确的方式标明。若在毕业论文的各项检查、评比中被发现有抄袭、剽窃或其他的违规行为，本人愿按学校有关规定接受处理，并承担相应的法律责任。学生（签名）： 年 月 日摘 要菌藻回收养殖废水是一种有效的污水处理方法。本文提出了一种基于物联网的高效菌藻回收养殖废水营养系统的实时在线监测方案。结合传感器应用、GPRS通信模块和Java Web及SQL Server等技术，实现对高效菌藻回收养殖废水营养系统的pH值、温度、电导率、溶解氧等多种参数的采集，以及可视化界面展示。系统实现能够高效的实时监测菌藻生长环境的数值变化，辅助优化菌藻的正常生长条件控制。关键词：养殖废水 菌藻 物联网 SQL ServerAbstractRecovery of aquaculture wastewater by bacteria and algae is an effective wastewater treatment method. In this paper, a real-time on-line monitoring scheme based on the Internet of Things for efficient bacterial and algae nutrient recovery system of aquaculture wastewater is proposed. Combined with sensor application, GPRS communication module, Java Web and SQL Server technology, the acquisition of pH value, temperature, conductivity, dissolved oxygen and other parameters of nutrient system for high-efficiency bacteria and algae recovery aquaculture wastewater were realized, and the display of visual interface was realized. The system can effectively monitor the numerical changes of algae growth environment in real time, and help optimize the control of normal growth conditions of algae.Key words: aquaculture wastewater；bacteria and algae；Internet of Things；SQL Server目 录1 前言111 研究背景11.2 国内外研究概况11.2.1 国内外菌藻回收养殖废水研究概况11.2.1 物联网在水处理上的应用21.3 菌藻营养回收系统21.3.1 菌藻营养回收系统流程简介21.3.2 菌藻营养回收影响因素41.4 研究目的及意义41.5 研究内容52 系统总体设计52.1 系统的设计要求62.1.1 性能需求62.1.2 功能需求62.2 系统整体设计方案72.2.1 系统框架设计72.2.2 各层次功能概述73 物联网硬件及搭建83.1 物联网测控原理图83.2 传感器选择83.2.1 温度传感器93.2.2 pH传感器103.2.3 电导率传感器103.2.4 溶解氧传感器113.3 通信设备及方案113.3.1 采集器的选择113.3.2 GPRS通信方式124 数据采集实现134.1 系统配置134.1.1 系统配置硬件信息134.1.2 网口服务器184.2 数据库设计204.3数据存储实现224.3.1 Socket通信原理224.3.2 数据协议234.3.3 Socket数据采集实现245 可视化软件实现245.1 应用层的软件设计总体概述245.2 系统配置环境255.3 监测系统总体功能设计255.3.1 监测系统登录界面设计255.3.2 系统运行可视化模块306 系统测试316.1 用户登录测试316.2 传感器标定测试327 结论34参 考 文 献36致 谢38II1 前言11 研究背景目前，我国水资源情况总体呈现为总量多人均少、空间和时间分布不均匀的特点，是世界上水资源最贫乏的国家之一。依此现状，我们国家水资源愈加珍贵，对水环境的保护也应该愈加重视。但事实上，我国水污染问题日益严峻，尤其是流经城市的河流污染严重，湖泊富营养化问题越来越来突出，近岸的海域水污染加剧1。近年来，我国养殖业带来的水环境污染问题受到越来越多的关注，而养殖废水的特点是氮、磷离子含量高，其他污染物少，主要会造成水体环境富营养化。藻类能够有效并低成本地去除造成水富营养化的氮、磷等营养物质2。因此，建立高效菌藻回收养殖废水系统有经济实用价值，不但可以去除废水中的氮、磷等营养物质，而且养殖的藻类可以再加工成饲料、肥料等产品，再次利用，非常环保经济，符合我们有效、低成本、利用率高的要求3。然而高效菌藻回收养殖废水营养系统有如此多的优势之处，但是仍然存在监测管理体制缺失、整体运行管理效率低、技术水平较低等问题。要将高效菌藻回收养殖废水营养系统广泛应用到污水处理厂中去，完善污水处理的整体运行管理以及监测系统应用具有很大的必要性4。在此基础下，运用物联网技术对高效菌藻回收养殖废水营养系统进行实时在线监测，对菌藻生长水环境因素数据的收集与展示，经过整合和分析对超出数值范围的数值进行调节，实现对水污染处理系统的智能化监测与管理，可以实现减少人力消耗，提高运行效率的目的5。1.2 国内外研究概况1.2.1 国内外菌藻回收养殖废水研究概况1957年，Oswald6等提出用微型藻类来去除污水中的氮、磷离子，代替以往用活性污泥处理污水的方法，这一举措将藻类处理污水的新型处理技术展现出来，引起了人们对菌藻回收养殖废水处理技术的关注。在20世纪60年代，高速率藻塘通过菌藻共生系统来净化污水，这一技术不但有氧化塘技术成本低、易管理等特点，而且还能在比氧化塘塘深更浅的情况下，处理更高负荷的废水，技术较氧化塘技术又前进了一大步。但是由于半人工控制使得藻类的自然生长具有不稳定性，收获困难，这一技术难以得到推广。到了1971年，Mcgriff7等提出了新的污水处理方法，将藻类和活性污泥结合起来，使得污水中氮、磷的去除率可以达到92%、94%，这种技术对污水净化的作用可以说是非常大的。然而活性污泥会遮挡光照，而藻类生长的必要因素之一也是光照，所以这一技术理论上可行，但实际应用方面却受到了限制，因此，也不能得到进一步的推广应用。20世纪80年代以来，国内外对菌藻处理污水的可行性和潜在性做了大量的研究，使得藻类在污水处理方面的研究进一步加深，为后续的菌藻处理污水技术的应用打下了深厚的基础。比如，Olguin8等用猪粪作为原料处理之后，做成螺旋藻培养基，螺旋藻吸收废水中的氮、磷离子，去除率达到了100%和99%。王朝晖9等研究了在不同环境条件下水网藻对氮、磷的吸收能力。研究表明，水网藻对氮、磷去除能力随着氮、磷浓度的增加而增加，温度对氮、磷去除率的影响与生长一致，生长越旺盛，去除能力越强。1.2.1 物联网在水处理上的应用物联网（Internet of Things）是一个新兴的信息网络，以互联网为基础，在此基础上延伸和扩展的网络，是一个提供事物信息自动化识别、传递和控制的平台。最近几年物联网技术发展迅猛，是国家着重发展的高精尖技术之一。国内外的专家学者对物联网技术研究的热情也一直高居不下，将它应用于各个领域。其中，物联网应用于水资源环境监测方面更是备受关注，比如冯立波10等提出了一种基于物联网的农村污水监测系统，利用无线传输功能监测污水的排放情况，具有节省人力、实时监测的功能。冷淑君11等针对传统的水资源监测不能实时在线采集和监测水环境数据信息的问题，提出了基于物联网的水资源环境监测系统，可以远程采集和传输数据，具有能耗低、精确可靠的优点。1.3 菌藻营养回收系统1.3.1 菌藻营养回收系统流程简介（1）高效菌藻废水营养回收处理系统项目以自行设计加工处理量为500-1000L/d的一体式废水营养回收系统为实施对象，该回收系统由废水预处理模块，高效的真菌处理模块与微藻处理模块（节能型-光生物反应器），辅助运行模块（包括降温、光照补偿与 CO2添加等功能），微藻回收与预处理模块。废水预处理模块采用活性炭、过滤等物理化学手段，减少杂质、悬浮物、重金属与外来细菌等对系统的影响；真菌处理模块与微藻处理模块由节能型缺氧-光生物反应器组成，负责废水的处理以及水体营养物质的回收；辅助运行模块包含系统需要解决二氧化碳固定、流速恒定、辅助光源与降温的组件，强化系统的运行；以及完成微藻简易分离与预处理的模块等。以上模块通过模块化链接组成一套废水营养回收处理系统。实物图如下图1所示。图1 菌藻营养回收系统（2）废水营养回收系统运行及其优化条件运行废水营养回收系统，需要重点监测废水共培养前后的有机物、总氮、硝酸盐氮、氨氮、亚硝酸氮、总磷、磷酸盐等的浓度化和去除率，以及藻的生长量、生长速度、蛋白质含量、不饱和脂肪酸、抗氧化因子含量等。运行参数重点跟踪光照强度、CO2的浓度、藻种量、温度、pH 值等培养条件。根据实验室生长条件优化结果，从温度、表面活性剂、金属离子等因素、二氧化碳固定调节等废水运行指标和反应器的运行负荷，运行时间，接种量等操作参数，进行工艺优化。1.3.2 菌藻营养回收影响因素（1）温度温度通过影响藻类生理活动的活性和细胞内酶促反应速率，以及对水体营养物质的吸收来影响藻类的生长和繁殖。当温度过高或者过低的时候，都会抑制藻类的生长和繁殖，只有找到最适宜的温度，藻类的生长才能越来越旺盛。虽然不同的藻类其最适宜生长温度也各有不同，但是大多数藻类生长的最适宜温度一般都是25。（2）pH值 过酸或过碱的水体环境都会损害藻类细胞，抑制藻类的正常生长繁殖，只有在藻类生长最适宜的pH值范围内，才能让藻类生长旺盛，生机勃勃。而且pH值的高低还会影响碳酸盐平衡系统进而影响到藻类的生长。（3）光照 光照是藻类光合作用的必要因素之一，藻类的生长和繁殖受光照影响。除此之外，藻类的生理活动（如藻类的光合活性、放养速率、酶活性、新陈代谢等）也受到光照强度的影响。（4）溶解氧 溶解氧是表示藻类生长状况和水体环境污染程度的一个指标。溶解氧主要来源于藻类的光合作用产生的O2，光合作用越强，O2浓度越高，水体环境中的溶解氧浓度也越高，表示藻类的生长越旺盛，也表示水体污染情况越严重。1.4 研究目的及意义如何能测得菌藻生长水体环境因素数值变化，以达到污水中氮、氧离子的最大去除率？通常是通过测量水体环境中的各个因素的数值，根据所测得数值与标准数值进行对比，来评定水体环境条件是否在最适合菌藻生长的数值范围内。那么传统的方法是如何测量水体环境因素数值的呢？主要方法有：人工采样、分布式自动监测、遥感监测等。这些方法虽然都能对水体环境因素进行测量，但都存在劣势。比如说人工采样方法，虽然得到的结果很精确，但周期却很长，费时费力，需要人工去采集水样，测定和分析数据，步骤繁杂，场所还限定在实验室内，不适合广泛投入污水处理系统中，而且还不能实时在线监测水体环境因素数值。而分布式自动监测系统，虽然不需要人工，是通过硬件接线将大量的监测设备连接在一起，但成本较高，而且因为布线复杂，所以覆盖面不广。遥感技术监测则是通过无限电磁波对菌藻生长水体环境因素进行监测，然后通过分析数据得到具体数值。这种方法不受地域限制，但得到的数值不够精确，所以也是实际应用意义不大。如今，物联网技术在环境监测方面应用十分广泛，利用物联网技术来检测菌藻生长水体环境因素相对于传统方法具有监测范围大、成本较低、监测数据实时准确、系统寿命长等优点。本文的目的就是结合运用当今的物联网技术、水质传感器和GPRS通信系统来设计一个更全面，更有经济实用价值的污水处理监测系统。所以研究一套基于物联网的水质监测系统是现阶段污水处理系统监测的发展趋势和必然要求。1.5 研究内容物联网作为一种新型的技术，对现代社会的日常生活有着极大的影响，而对污水处理方面，同样也带来了极大的变革。传统的污水处理方法中都普遍存在监控范围受限、时间周期长、浪费人力、步骤繁杂、测量结果不精确等问题。以物联网为基础的监测系统的开发，可以做到解放人力，运行管理高效有序，操作方便，监测范围广等优势。本项目是研究一种基于物联网的高效菌藻回收养殖废水营养系统的实时在线监测。结合传感器应用、无线数据通信和Java应用软件及数据库软件设计的应用理论，通过对当前水质实时在线监测,实现对高效菌藻回收养殖废水营养系统的pH值、温度和电导率等多种参数的采集，以及用户登录操作，仪盘表、曲线图等可视化界面展示。本系统具有实际应用价值，能够高效的实时监测菌藻生长环境的数值变化，确保菌藻的正常生长，以达到污水处理和养殖菌藻的目的。2 系统总体设计本章节从实际出发，在对高效菌藻回收养殖废水营养系统监测进行需求分析基础上，制定一个可行的系统方案设计，以此为基础为整个系统后续开发和运行提供保障。2.1 系统的设计要求2.1.1 性能需求（1）准确性。作为一个菌藻回收养殖废水营养系统的监测系统，确保最大概率的准确性是整个系统前期工作最基础的要求。只有采集的数据准确，才能确保整个系统后续的正常工作。（2）实时性。数据的是实时在线监测是为了保证菌藻在最适宜污水环境中生长，以达到污水环境中氮、磷离子的最大去除率。（3）简易性。为了确保整个装置能够大量的投入实际使用，降低工作人员安装使用的工作量，应该满足整个监测系统设计的简易性。（4）可靠性。整个监测系统应该保证物联网数据通信和系统运行管理的可靠性，若是出现问题，整个监测系统就会出现故障，界面数据不能实现数据更新，影响用户观察数据变化。（5）友好性。设计界面时，应该尽量简化操作步骤便于操作使用。在数据展示以及对比时应使用可视化界面和图表，可以给用户一个直观立体的数据显示和对比。2.1.2 功能需求（1）数据通信。能够实现传感器与数据库之间的通信，保证传感器测量的数值实时传送到数据库中，并最终可视化展示在用户端界面。（2）监测管理。后台能够对监测设备进行监测数值和阈值进行设置，满足污水处理系统工作人员对监测系统的监测要求。（3）数据处理数据采集。监测系统配备了相应的水质传感器设备，用来采集菌藻生长水体环境的温度、pH值、电导率、溶解氧等数值。数据存储。传感器测量好污水水体环境的数据，通过数据通信将数据传送到数据库中存储起来，为之后观察数据、分析菌藻生长水体环境提供数据来源。数据分析。将数据库中存储的数据通过图表文字的形式展示出来，工作人员通过显示数据，以及一天中数据的曲线变化，对菌藻生长水体环境因素进行分析，并制定相应的管理决策。2.2 系统整体设计方案2.2.1 系统框架设计通过对整个系统的需求进行分析之后，可以了解整个监测系统所需要实现的功能要求。本项目设计的系统整体方案如下：本系统分为感知层、网络层和应用层。系统框架如图1所示。将传感器安装在菌藻回收养殖废水营养系统装置的特定容器以采集温度、pH值、电导率、溶解氧等数据，通过数据通信上传至数据库存储，工作人员可以在电脑端（PC端）获取直观的可视化数据展示图。本监测系统能够实时在线监测污水处理装置中的数据变化，得到准确的数值，确保污水中氮、磷离子的最大去除率，具有十分广泛的经济应用价值和良好的发展前景，值得研究。框架图如下图2所示。图2 框架图2.2.2 各层次功能概述（1）感知层 感知层是由多种传感器设备和采集器组成，在污水处理系统的特定位置上安装相应的水质测量传感器，实现菌藻生长水体环境因素的数据测量和采集。（2）网络层 网络层主要通过GPRS无线通信模块，将数据采集器采集好的数据传输到PC端，通过Socket网络接口接收，然后再写入数据库中。（3）应用层应用层安装在PC端，提供给污水处理系统的工作人员使用，以数据接入和数据库操作为基础，用来监控污水水体环境因素的数值变化，及时做出调整，确保菌藻的正常生长，达到氮，磷离子的最大去除率，实现污水处理的目的。3 物联网硬件及搭建3.1 物联网测控原理图图3 数据采集原理图3.2 传感器选择本项目以适用性、普遍性、必要性为基础，将温度、pH值、电导率、溶解氧四项参数作为监测对象，通过参数数值来体现污水水体环境是否处于最适宜菌藻生长的范围内，给用户一个直观的显示数据，以此来调整水体环境因素数值，确保藻类正常生长，达到氮、磷离子的最大去除率，净化污水的同时还能利用养殖的藻类再加工成动物饲料和肥料等产品。因此，选择适合的测量方法和传感器十分重要，基本需要符合性能稳定、测量精确、操作简易、成本低等几点要求，符合经济实用价值。3.2.1 温度传感器养殖藻类需要对污水水体温度进行把控，温度的变化会影响藻类生长繁殖的速度和质量，水温过高或者过低都会抑制藻类的生长，而且存活率会降低。一方面温度会影响藻类光合作用或呼吸作用的强度，从而直接影响藻类的生长；而另一方面菌藻对污水水体环境中各类营养物质的吸收会受温度的控制，间接影响藻类的生长。温度传感器（Temperature Transducer）能够直接感受温度的变化，并将采集的温度数据转换为可输出的信号向数据库传送。实物图如下图4所示。图4 温度传感器实物图热电阻传感器主要是利用金属材料阻值随着温度的升高而增大的特性来测量温度。铂热电阻具有输出连续性好、灵敏度高、稳定性好、功耗低等优点，测量范围大，线性较好，在050之间的最大线性偏差小于0.1欧姆，而被测污水水体环境温度一般在430之间。3.2.2 pH传感器 水体pH值对藻类生长有着十分重要的影响，过酸或过碱的水体环境都会损害藻类细胞，抑制藻类的正常生长繁殖，只有在藻类生长最适宜的pH值范围内，才能让藻类生长旺盛，生机勃勃。而且pH值的高低还会影响碳酸盐平衡系统进而影响到藻类的生长。本文采用电极法对pH值进行检测，最常用的参比电极是银-氧化银电极。pH测量属于原电池系统，它的作用是将化学能转换为电能。pH测量范围在014之间，具有响应时间快、精度高、测量范围广等优点。实物图如下图5所示图5 pH传感器实物图3.2.3 电导率传感器电导率（Electrical Conductance）即水溶液传导电流的能力。电导率传感器，就是通过测量污水水体的电导性来衡量污水水体中的氮、磷离子浓度变化，以此来判断污水处理系统中氮、磷离子的去除率。电导率的数学表达式为如公式（1）。K=G*L/A （1）K表示电导率，单位为s/m、s /m、s/cm等；G表示物体电导；L表示物体长度；A表示物体的横截面积。电极型电导率传感器根据电解导电原理采用电阻测量法，对污水水体的电导率进行测量，以观察氮、磷离子的去除率。此传感器具有测量准确、结构简单、后续电路简单易实现、操作方便的优点。污水中的电导率大约15002000s/cm，而自然水的电导率则在几十到几千s/cm之间，所以一般选择电极性电导率传感器来测量污水处理系统的电导率。3.2.4 溶解氧传感器溶解氧是表示藻类生长状况和水体环境污染程度的一个指标，一般范围在020mg/l。溶解氧主要来源于藻类的光合作用产生的O2，光合作用越强，O2浓度越高，水体环境中的溶解氧浓度也越高，表示藻类的生长越旺盛，也表示水体污染情况越严重。为提高污水处理监测系统的精确度，本设计选择了光学溶解氧传感器。光学溶解氧传感器采用的是先进的荧光寿命技术，这种光学传感器灵敏度高、稳定性好、使用寿命时间长、低功耗、安装简单易维护。实物图如下图6所示。图6 溶解氧传感器3.3 通信设备及方案3.3.1 采集器的选择 采集器是用来采集现场仪器仪表数据的在线监测仪表。本项目采用的是RTUZK数据采集器，实物图如下图7所示。它能采集水质传感器测量的数据，如水温、pH值、电导率、溶解氧等，而且自身拥有8GB的内存，可以存储3年以上采集的数据。RTUZK数据采集器具有很高的可靠性和稳定性，内部集成了全网通无线4G信号和百兆有线网口，可以自由选择所需网络，连接服务器平台。图7 数据采集器3.3.2 GPRS通信方式本项目采用GPRS通信作为数据传输方式，为用户提供了一个网络覆盖范围广、通信速度快、抗干扰性强，安全性高的远程监测和数据采集的网络平台。实物图如下图8所示。图8 GPRS实物图 GPRS由外设模块、主控制器接口、射频天线接口以及SIM卡接口四大模块组成，每部分的功能和芯片都是进行模块化设计，这样有利于开发人员快速高效的对芯片功能进行开发。GPRS结构框图如下图9所示。图9 GPRS结构模块框图4 数据采集实现4.1 系统配置4.1.1 系统配置硬件信息RTUZK数据采集器配置主要接口及其他硬件信息包括：RS-232调试串口、带隔离的RS-485接口、模拟量输入通道、脉冲输入通道、继电器输入输出通道、可接内网或外网的以太网口、4G通信模块、LCD屏和触摸屏、存储器、可充电蓄电池、可接太阳能供电板等。其中，传感器和数据采集器连接好后，根据不同传感器接口差异，必须在相应随设备提供配置软件中进行接口的配置，以完成传感器和接口的映射。目前，常用传感器接口主要包括串口、模拟量输入、网口接入等。（1）基本参数配置基本参数设置界面主要包括实时周期、基站号码、系统时间，基本参数界面如下图10所示。图10 基本参数界面实时周期即实时时间采集上报到平台服务器的时间周期。基站号码是当前 RTUZK 的唯一基站号，涉及数据上报到平台。系统时间是改变 RTUZK 内部系统时间，如需要更改系统时间，需要选择“是否更改时间”。（2）串口配置串口设置包括4个RS-485串口。RS-485串口选项旁有串口状态信息，包括仪表名称，每个RS-485串口可以接1个仪表设备。如下图11所示。图11 串口设置配置 rs485 仪表：点击“ 串口 485-1 ”选项框，进入串口rs485设置界面。对于串口9，串口 9 设置界面主要包括串口 9 对接的仪表名称。如下图12表示。图12 串口 9 设置界面点击仪表名称配置rs485串口配置步骤，选择相应传感器即可。如下图13表示。图13 配置rs485串口点击保存，完成添加。删除rs485仪表：进入rs485选项，点击已选择的仪表名称，然后选择停止，然后删除已配置rs485仪表即可。（3）模拟量配置模拟量的设置总共可以设置包括12个模拟量。每个模拟量选项旁都有模拟量的状态信息，包括模拟信号采集的参数名称。如下图14所示。图14 模拟量设置添加模拟量参数步骤：点击模拟量选项，进入模拟量配置。点击模拟量 1 选项，如下图15所示。图15 配置模拟量1点击参数文本框，即该模拟量采集的参数名称。然后选择需要采集的参数名称。如下图16所示。图16 选择需要采集的参数选择“水温度”参数，如下图17所示。配置模拟量信号类型，电压或者电流(需要同时插拔RTUZK板上跳帽)。配置参数单位、通道系数、通道基数、量程上限和量程下限、报警上限和报警下限。然后点击保存，完成模拟量 1 配置。图17 完成模拟量的配置删除模拟量参数步骤：点击模拟量的参数文本框，即该模拟量采集的参数名称。然后选择停止。如下图18所示。图18 删除模拟量参数（4）网口设备配置网口设置可以设置包括8个网口设备，每个网口设备有状态信息：“启用”和“未启用”，“连接”和“未连接”。增加网口设备：点击网口设备选项，进入网口设备配置。点击网口设备1，如下图19所示。图19 网口设备配置选择接入的网口设备，选择相应设备即可，其配置类似前述设备配置。选择完成后，如下图20所示。配置仪表 IP 和端口，配置单个参数系数、基数、报警上限、报警下限、单位以及该参数是否启用被采集，最后点击保存生效。图20 配置参数删除网口设备与前述设备删除类似。4.1.2 网口服务器传感器与RTUZK数据采集器连接好后，为了保障数据正常获取并发送到数据服务器，需要对系统网络进行配置。根据采用的通讯方式不同，网络设置通常包括服务器配置、通讯方式（网口或无线 GPRS 网络）配置。在随设备提供的配置软件界面中，其显示服务器状态信息如图21所示。图21 服务器状态信息在随设备提供的配置软件界面中，配置步骤为：（1）启用平台服务器步骤。点击服务器选项，进入服务器配置。点击服务器1选项。如下图22所示。图22 服务器配置当需要停止服务器时，“通信链路”选择“NONE”。当需要启用服务时，可选择链路网口1和GPRS。配置服务器 1，首先启用服务器1。启用服务器1方法是选择通信链路网口1或者无线。可选择链路方式是网口1，如下图23所示。然后填写服务器参数。图23 配置服务器1配置链路参数。当通信链路选择网口 1 时，可配置网口 1 参数。配置网口 1 的 IP 地址、网关、子网掩码、DNS 服务器。如下图24所示。如果选择无线，也可出现对应无线配置选项。如下图25所示。图24 配置链路参数图25 配置无线GPRS选项保存完成启用该服务器。（2）禁用服务器步骤。进入该服务器配置界面。通信链路方式选择“停止”，然后保存。4.2 数据库设计SQL Server是一个关系数据库管理系统。具有图形化用户界面，使系统管理和数据库管理更加直观、简单的特点。信息从客观事物出发流经数据库，通过决策机构最后又回到了客观世界，这一循环经历了信息世界、数据世界和现实世界。现实世界的事物反映到人的头脑中，人的大脑对它有个认识过程，经过分析（选择、命名、分类等）进入信息世界，这些信息再进一步加工、编码，然后进入数据世界。数据库的设计要考虑这两个方面的问题，即要考虑系统开发所需要的数据，以及如何对这些数据进行操作。监测系统的表结构为：表1管理员用户表，表2普通用户表，表3数据存储表。表1 管理员用户表admin列名数据类型长度主键是否为空说明Admin_idInt8是NOT NULL编号Admin_namenvarchar30NOT NULL账号Admin_passwordnvarchar30NOT NULL密码Admin_emailnvarchar30NOT NULL邮箱表2 普通用户表user列名数据类型长度主键是否为空说明user_idint8是NOT NULL编号user_namenvarchar30NOT NULL账号user_passwordnvarchar30NOT NULL密码user_emailnvarchar30NOT NULL邮箱表3 数据存储表列名数据类型长度主键是否为空说明idint8是NOT NULL编号pHfloat30NOT NULLpH值ssdfloat30NOT NULL温度sjDate30NOT NULL时间dvfloat30NOT NULL电导率rjyfloat30NOT NULL溶解氧4.3数据存储实现采集器数据采集后，通过有线或无线通讯方式将数据发送到服务器端。服务器端需根据相应数据协议进行数据获取并存入数据库。数据采集服务器上运行数据接受和数据加工处理、远程客户机监控等应用程序。服务器通过ADSL方式或其他方式连接Internet，应用程序可以由用户预先制定的按时间间隔或定时采集任务表和用户直接按制两种方式向GPRS数据通信模块发送采集、停机等命令字符串；服务器上的应用程序实时监听客户机的连接情况和工作状态，及时对客户机传送过来的数据进行加工处理。通常，服务器数据获取采用Socket方式进行。4.3.1 Socket通信原理Socket本质是编程接口(API)，对TCP/IP的封装，TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口。Socket通常也称作“套接字”，用于描述IP地址和端口，可以用来实现不同虚拟机或不同计算机之间的通信。在Internet上的主机一般运行了多个服务软件，同时提供几种服务。每种服务都打开一个Socket，并绑定到一个端口上，不同的端口对应于不同的服务。应用程序通常通过“套接字”向网络发出请求或者应答网络请求。图26 使用套接字的面向连接通信模式客户机连接上以后, 服务器应用程序将Sockethandle存储起来, 并发送确认命令。ServerSocket1ClientConnect(Sender:TObject;Socket:TCustomWinSocket)事件代码如 下:clientTable.Active:tnue;/激活连接情况管理表clientTable.Edit;clientTable.append;/添加一行clientTable.FieldValuessockethandle':=inttostr(Socket. Sockethandle);clientTable.post;/存新的SockethandlclientTable,Refresh;Sleep(100);Socket.SendText(！GM:000);/发送确认连接命令end;4.3.2 数据协议数据通信协议是指一系列的约定事项，用于保证数据通信系统中通信双方能够准确有效的通信。本文发送数据包格式为：#0190ST=32;CN=2011;PW=123456;MN=88888880000001;CP=&&DataTime=2019012209560;315-Rtd=6.23,315-Flag=N;301-Rtd=25.2,301-Flag=N;316-Rtd=350,316-Flag=N;302-Rtd=7.1,302-Flag=N;466-Rtd=7.25,466-Flag=N&&F141其数据协议如图表4所示。表4 数据解析数据包数据解析数据包数据解析数据包数据解析#包头CP=表示接下来是数据字符串315-Flag=T表示采集值超标，超过预先设定值范围0190表示包长为190个字串DataTime=20190122095630表示采集时间是2019年1月22号9点56分30秒尾部 F141是 CRC16 校验码，防止传输过程中数据被篡改ST=32代表采集水参数315-Rtd=6.23表示溶氧采集实时值为6.23315 编码代表溶解氧CN=2011代表实时采集数据315-Flag=N表示采集正常301 编码代表水温PW=123456代码上传包到服务器需要的密码确认315-Flag=D表示采集故障302 编码代表pH4.3.3 Socket数据采集实现Socket获取远程传感器数据，但获取的数据是一串包括时间、所有传感器数据的字符串，因此需要根据协议把这一串数据分开（即数据解析），把数据解析成能写入数据库的字段，连接这些字段成SQL语句，执行SQL语句，写入数据库。如下包是2019年1月22号9点56分30秒采集的数据包，该数据包通过socket发送到云端服务器。#0190ST=32;CN=2011;PW=123456;MN=88888880000001;CP=&&DataTime=2019012209560;315-Rtd=6.23,315-Flag=N;301-Rtd=25.2,301-Flag=N;316-Rtd=350,316-Flag=N;302-Rtd=7.1,302-Flag=N;466-Rtd=7.25,466-Flag=N&&F1415 可视化软