镇江城市水体水质在线检测技术的研究

论文摘要

当今水环境的安全问题引起了广泛的关注,针对镇江市位于长江与大运河交界处,辖区内水网密布,同时经济以重化工业为主的现状,根据传统水质自动检测方法的特点,在技术上提出了一系列在线水质检测方法作为传统水质自动监测方法的补充。同时也给出了水环境信息管理平台系统的完整架构。详细论述了城市水环境信息集成平台的构架组成,包括信息的采集,传输,还介绍了用于存取信息的数据库以及分析和决策支持系统等部分。并给出了监控网络的架构方案。为了实时检测长江中水质参数,设计了浮筒式水质遥测站房上使用的水质检测处理的数字处理平台,主要设计了数据的采集,处理,发送以及人机界面的电路原理图,以及硬件方案,最后成功地对硬件进行了简单调试。在企业排污的监控上,本文研究了无线传感器网络的现状,结构。重点研究了无线传感器节点的结构,在简要介绍了Zigbee协议后,设计了基于CC2420芯片的无线收发电路,最后详细论述了星形无线网络的实现方法。在取水口水质的检测中针对传统化学检测方法的不足,本文提出了在线生物水质检测的方法,首先介绍了此方法的原理,并设计了系统的结构。然后研究了图像处理的算法,在比较了均值滤波的效果后,提出了使用中值滤波与改进的Sobel算子来进行图像的平滑与锐化,叙述了最大熵法的定义,并用二维最大熵法得到的灰度阈值进行图像分割,用不变矩提取鱼的特征,在研究了BP算法参数的优化后,使用BP神经网络对不变矩数据进行识别,最后给出了实验结果,说明方法可行。本课题对我国当今使用的水质监测方法进行了改进和补充,初步的实验结果表明新设计的方法经济可靠,提高了水环境监测的效率,达到了设计目标。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 镇江市水环境现状

1.2 水质监测技术简介

1.3 本课题研究的来源，背景与意义

1.3.1 本课题研究的来源

1.3.2 本课题研究的背景

1.3.3 本课题研究的意义

1.4 本文主要研究内容

1.4.1 本课题的主要研究内容

1.4.2 本论文的章节安排

1.5 本章小结

第二章城市水环境信息集成平台的构架研究

2.1 信息采集系统

2.2 信息传输系统

2.2.1 卫星通信传输

2.2.2 GSM短信传输

2.3 监测站点和监控中心的网络系统

2.4 系统数据库

2.5 数据管理平台

2.6 决策支持系统

2.7 监控中心

2.8 本章小结

第三章浮筒式水质遥测站房的数字检测平台研究

3.1 浮筒式水质遥测站房的原理

3.2 数字处理平台结构

3.3 C8051F020微处理器简介

3.4 JATG调试及复位电路

3.4.1 JTAG调试和边界扫描

3.4.2 /RST端复位电路

3.5 输入电路

3.6 输出电路

3.7 初步调试

3.8 本章小结

第四章无线水质传感器网络

4.1 无线传感器网络技术简介

4.1.1 无线传感器网络现状

4.1.2 无线传感器网络特点

4.2 无线传感器网络的体系结构

4.2.1 无线传感器网络结构

4.2.2 无线传感器节点结构

4.3 ZIGBEE标准

4.3.1 IEEE 802.15.4简介

4.3.2 ZigBee协议概述

4.3.3 ZigBee协议栈架构

4.3.4 ZigBee协议特点

4.4 传感器节点通讯模块的设计

4.4.1 CC2420简介

4.4.2 CC2420外围电路

4.4.3 与处理器的连接

4.5 星网拓扑实现方法

4.5.1 星形网简介

4.5.2 Zigbee基本帧结构

4.5.3 Zigbee寻址方式

4.5.4 星形网络中RFD与FFD的交互

4.6 调试实验

4.7 本章小结

第五章在线生物水质检测技术

5.1 生物水质监测技术概述

5.1.1 水污染的在线生物监测方法

5.1.2 指示生物与水体污染的关系

5.1.3 用生物来检测水的毒性

5.2 在线生物水质监测系统结构

5.3 图像处理系统结构

5.3.1 图像获取模块单元

5.3.2 图像采集模块单元

5.3.3 图像处理模块单元

5.4 图像前期处理算法研究

5.4.1 直方图

5.4.2 图像增强

5.4.3 图像分割

5.5 目标的特征提取与识别技术研究

5.5.1 图像特征提取算法的研究

5.5.2 基于BP网络的识别技术

5.6 图像处理实验

5.6.1 实验平台

5.6.2 图像处理结果

5.6.3 实验结论

5.7 本章小结

第六章总结与展望

6.1 研究工作的总结

6.2 未来工作的展望

参考文献

致谢

附录

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