1技术研究背景水污染主要表现为有机污染物、微生物、无机污染物、原水感官性状以及放射物指标出现异常。因此，完善水质污染监测体系建设，发现水质污染隐患和水质污染问题并及时采取有效举措，是保证水环境质量改善和可持续发展的必然要求，水质污染监测也成为水环境监测体系中的重要组成部分。当前水资源监管一般针对水位、水质、温度、化学物质等方面进行采集、监测和分析，但传统检测设备相对落后，只能采用人工检测的方式定点投放，其监测数据的可靠性和准确性得不到保证，且难以与其他数据交互分析，消耗大量人力、物力的同时，无法满足对水质的实时监控。2技术研究目标2.1利用DS18B20实现对温度的检测目前，常规的测量方式多依赖热敏电阻等热敏电子器件实现，存在测量精度不高、速度慢、需要额外添加变换装置及电路等缺陷。选择DS18B20测温，原因是其振荡频率不会受到温度的影响，与常规的热敏电阻相比，只需要对其进行程序设计，就能进行控制，在进行读写时序时，只需要一根Wire总线就能完成信息的传输。2.1.1初始化在初始化序列期间，总线控制器拉低单总线并保持480 μs，改延时可以在480~960 μs之间，但需要在480 μs以内释放总线[1]，以发出一个低电平复位脉冲，释放总线后，进入接收状态（等待DS18B20应答）。总线释放后，单总线由上拉电阻产生拉到高电平的上升沿。当DS18B20探测到I/O引脚上的上升沿后，等待15~60 μs后以拉低总线60~240 μs的方式发出应答脉冲。如果一直出现高电平且没有低电平，表示总线没有设备响应，如果出现低电平，表明总线上已经有一个设备响应。检测DS18B20返回的低电平为0时，不能无限等待，否则会使程序进入循环[2]，初始化时序完毕。初始化时序如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.01.031.F001图1初始化时序2.1.2写时序写周期时长最少为60 μs，最长不超过120 μs，写时序包括写1时序和写0时序。当写入时间序列0时，主机输出低电平，延时60 μs，然后释放总线，延时2 μs。时序函数如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.01.031.F002图2时序函数2.1.3读时序主机输出低电平延时2 μs，然后主机切换到输入模式延时12 μs，然后读取1-Wire总线当前的电平，再延时50 μs。完成以上步骤后，即可得出温度测量数据。主函数如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.01.031.F003图3主函数2.2使用pH传感器模块对水域pH值进行监测pH传感器模块作为一款实用、便捷、低价的pH值检测传感器模块，是为单片机、Arduino等控制器而设计出的模拟pH计的核心部分。pH传感器模块主要由板载电源指示灯、BNC接口和pH2.0接口组成。在使用时，将pH传感器与板载BNC接口连接，板载pH2.0接口与模拟口连接，运行程序实现监测水体的pH值。传感器的电极采用塑壳不可填充式复合电极，由玻璃电极和参比电极组成，有助于进行水下作业，用来监测水体的pH值。2.3使用TCS230颜色检测模块判断水体颜色TCS230色彩传感器是一种全彩的色彩探测器，由一块TAOSTCS230RGB感应芯片和4个白光LED组成，TCS230可以在特定的区域中对任何的可见光进行探测和测量，适用于各种颜色的测定。根据三基色的感生原理，通过对已有色彩的三基色进行监控和分析，就可以知道被测对象的色度。当目标处于较高温度时，目标会发射一束可以被彩色感应器捕获和记录的可见光束，依据普朗克法则，目标的辐射量即为所知；物体辐射的频谱成分与物体的温度之间存在一种非线性的关系，在可见光的区域内，物体的频谱分布会呈现一种色彩，可见彩色光的色彩与物体的温度之间存在一种直接的关联，所以可以将高温物体的色彩作为一种测量的参考。另外，TCS230色彩传感器还利用了受测者自身某些颜色的特性，在外部条件改变的情况下，通过受测者的颜色实现受测者的温度检测，从而实现了受测者的颜色检测。TCS230色彩传感器可以有效地解决辐射测温对周围环境有很大影响的问题，还可以消除辐射测温受环境影响较大的缺点[3]。TCS230在选择了一种颜色滤光片后，只能让其中一种颜色透过，而不能让其他彩色透过，以此为基础进行水体的色彩探测。3工作原理和方案设想3.1工作原理本系统解决的主要问题是大范围地远程收集和监测水域水质，并基于云端物联网平台利用机器学习等技术对监测数据进行处理。为了实现上述科学设想，本研究提供一种基于NB-IoT的远程水质监测系统，包括温度传感器、色度传感器、浊度传感器、pH传感器等，由嵌入ARM Cortex-M3系列的STM32F1系列芯片作为的主控制芯片，用于接收所述云端数据处理模块的控制指令，根据所述控制指令将水质监测设备模块投放到目标水域，并对所述监测数据进行处理。3.2模块介绍3.2.1DS18B20温度识别模块DS18B20温度识别模块是应用比较广泛的数字温度传感器，具有硬件成本低、接线方便、使用方便、体积小、抗干扰能力强、精度高的特点。封装形式多样，可应用于多种类型的场合，如管道式、螺纹式、磁铁吸附式、不锈钢封装式，封装后的DS18B20耐磨耐碰，可用于多种非极限温度场合。DS18B20温度识别模块可以很好地完成水下作业，适用于各种水体的温度检测，其通过输出数字信号对设备进行数字测温和控制领域。电子体温计在实际应用中不仅操作简单，测量结果显示直观，数据准确。因此，将温度传感器与单片机相结合制成的电子温度计，在日常生活中具有可观的实际应用效果以及良好的市场需求[4]。3.2.2TCS230颜色识别模块TCS230彩色探头由TAOSTCS230RGB感光晶片和4个白色发光二极管组成，是一种彩色探头。在某一区域可以探测并测量任何一种可见光，适合用于各种色度测定的场合。按照三基色知觉的原则，只要确定了组成不同色彩的三基色的数值，就可以判断出水中的色彩。TCS230在选择一个彩色滤光片时，仅有几个基色可以被选择，其余则被禁止。例如，在选取红滤镜时，只有红滤镜才能透过蓝绿两色光线，就得到了红滤镜的强度。同理，对其他几种基色进行滤光片筛选，即可获得蓝、绿两种颜色的强度。利用上述3种强度数值，对TCS230感应器折射出的色彩进行分析。3.2.3浊度传感器在浊度传感器模块中，将检测出的传感器输出的电流信号转换为电压信号，由单片机对监测结果进行A/D转换数据处理。该模块还提供了模拟量和数字量两种输出接口，利用MCU对模拟数据进行采集和处理，以获知当前水的浊度。利用模组上的电位计调整数字量的触发阈值，在浊度值达到设置好的阈值后，L1指示灯会亮起，感应器模组的输出从高电平变为低电平；单片机可以通过对水平值进行监控，判断水浊度是否超标，从而预警或联动其他设备[5-6]。该模块价格低廉、使用方便、测量精度高，适用于工业现场控制，环境污水采集等需要浊度检测控制的场合。浊度传感器模块如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.01.031.F004图4浊度传感器模块4结语本文探讨的以NB-IoT为基础的远程水质监测系统，能够实现对所处水体的必要参数进行检测，可以在云计算物联网平台上对探测的数据进行实时远程传送和显示，并使用机器学习等技术对监测数据展开处理，从而有效提升水体环境监测的数据收集效率，提升水体环境监测的实时精度，对保障水体环境安全、促进水资源开发利用具有重要意义。