引言
未来，智能家庭将成为一种新的生活方式，为人类带来新的体验。同时，当今社会发展也面临巨大的挑战，尤其是许多资源也不再是取之不尽用之不竭，而是有资源枯竭的危机，因此，社会发展也越来越要求对资源的循环利用。水资源的问题是我国目前面临的一项挑战，在我国投入大量成本用于污水处理和循环利用。尤其是智能化设备的应用更是提高了污水处理的效率和质量，实现了自动化的目标。但目前面临的主要问题是经处理后的水质是否满足要求，因此需要一套智能监测系统，对处理后的生活污水是否达标进行监测。本设计将物联网技术应用于水质监测，实现了水质实时监测、进出水自动控制、二次用水统计、移动终端在线显示等功能。通过对处理后的生活污水进行监测，二次利用的水质能够达到城市污水回用的标准。同时，用户可以在移动终端随时随地查看生活污水处理情况和二级污水总量。
1 基于物联网的水质监测系统总体结构设计
基于物联网的水质监测系统由移动终端、服务器、无线网关、控制器和水质传感器等部分组成，这五部分协调运行，实时监测和控制水质参数。在系统运行工作时，水质传感器对水质信息进行监测，将信息转换成电信号后发送给控制器。控制器经过无线网关，将水质信息上传到服务器并存储在数据库中。移动终端通过互联网接入服务器以获得数据，根据传感器监测的水质信息判断水质是否达标，并监测结果现实出来。
2 基于物联网的水质监测系统硬件设计
2.1 系统总体硬件组成
系统的硬件组成结构并不复杂，主要是有三部分：感知层、控制层和执行层。感知层进行工作时，通过传感器监测水质和水量，经过信息转化电信号传送给从控制器，从控制器再将数据传送给主控制器。主控制器对数据进行处理分析，根据监测到的数据控制执行层的水泵和电磁阀进行进水或者排水，满足自动控制的要求。与此同时，主控制器还要将数据实时上传到服务器中，以便移动终端实时获得数据，并将水质水量信息参数现实出来。
2.2 控制层硬件设计
控制层硬件设计，主控制器采用单片机，主控制器采用3.3V电源。最小系统电路负责对从传感层获取的数据进行预处理和传输，通过前面采集和反馈的信息对执行层的各个模块进行行为决策，实现进出水的自动控制和上传水质参数。
2.3 感知层硬件设计
2.3.1 传感器选型
系统通过传感器来获得水质水量信息参数，例如，pH传感器、余氯传感器、温度传感器、水位传感器和流量传感器。测量水位时使用投入式液位计，其工作电压为，监测范围为，传感器监测水位信息后将信号转换为的电压信号传出，霍尔流量传感器用于监测水流量，工作电压为，将监测后流量信息转换位为脉冲信号输出。
2.3.2 传感器电路设计
余氯和pH传感器在获得数据后进行数据转换任务，将水质参数数据转换为电信号，同时传送到从控制器，从控制器通过口接收经过转换的信号信息后再进行数据转换，将电信再转化成相应的水质信息指标。温度传感在监测温度信息时也是同样的方式。pH值、余氯和温度信息采集完成之后，从控制器将数据传输给主控制器进行数据分析和存储。
2.3.3 从控制器通信电路设计
从控制器采用单片机，其工作电压为。传感器将获得的数据传输到从控制器，从控制器经模块将信号转为信号，主控制器经过模块将信号转转为信号并接收，最终满足数据传输共享的目的。同时由于数据是以信号进行传输，因此可以降低共模干扰的影响。
2.4 执行层硬件设计
执行层根据主控制器发出的指令控制水泵和电磁阀，完成进出水的自动控制，主控制器通过WiFi无线模块连接将水质、水量信息上传到服务器。在进行水位监控时，如果当传感器观测池水位处于低水位的状态时，开始进水，开启进水泵，泵入要二次处理的水。一旦传感器监测水位在高水位状态，关闭水泵。同一时间，进行水质检测并上传数据。主控制器接收到上传的水质数据，并将数据同步到服务器中。系统进行判断，水质是否合格。最终在移动终端应用程序上将判断结果公布。若结果不符合标准，开始进行排污，并开启电磁阀，将不符合标准的的水排出。而当检测的水质信息符合标准要求，则将符合标准的水泵入管网进行二次利用。当监测到水池水位过低时，再次开始向水池泵水，满足自动控制的目标。
主控制器在获得监测的数据信息后，经过无线模块将数据传给服务器进行储存。完成储存后，移动终端应用程序可以随时获得监测的水质或水量参数数据信息，并在其界面上进行显示。
3 系统通信协议
在系统工作时，各部分之间需要进行通信以进行数据传输，那么在主控制器与从控制器之间和主从制器与服务器之间的就需要通信协议。
3.1 主、从控制器之间通信协议
协议是主控制器与从控制器进行通信时经常所采用的，频率位的定值，每隔1s发送命令。
3.2 主控制器与服务器之间通信协议
在主控制器和服务器之间使用通信协议。主控制器向服务器发送的请求包括请求方式、、协议版本、用户信息、水质监测数据等，控制器在服务器与主进行数据共享时通过开发接口来进行。服务器收到来自模块的数据后，对主控制器进行响应数据的传输和储存。
在系统工作时，服务器发送请求并被接受，系统会将状态参数信息打包成轻量级数据格式串形式，通过串口发送到配置好的无线模块，通过通信协议上传到服务器。
然后应用程序使用协议的方法及时获得监测到的水质信息参数并对信息进行实时更新，最终在应用程序上显示出来。一旦数据进行更新，系统自动假设新的线程，通过新线程向服务器不断发送的请求来得到新的水质信息参数。除此之外，应用程序还具备分析功能，在得到服务器的水质信息参数后进行分析判断，一旦数据不符合标准时进行反馈。
4 STM32软件设计
在进行水位监控时，如果当传感器观测池水位处于低水位的状态时，开始进水，开启进水泵，泵入要二次处理的水。一旦传感器监测水位在高水位状态，关闭水泵。同一时间，进行水质检测并上传数据。主控制器接收到上传的水质数据，并将数据同步到服务器中。系统进行判断，水质是否合格。最终在移动终端应用程序上将判断结果公布。若结果不符合标准，开始进行排污，并开启电磁阀，将不符合标准的的水排出。而当检测的水质信息符合标准要求，则将符合标准的水泵入管网进行二次利用。同步对用水量开始计量，将水量信息显示在APP界面上。同时系统还具备断电数据保护措施，工作过程中，一旦主控制器处于低电压状态，开启掉电存储，将数据存储在中，电压达到正常水平后系统开始正常工作找回之前存储在中的数据。
5 测试结果
从系统的联调试验结果可知，该监测系统能够达到自动控制进出水的目的。该水质监测系统通过传感器进行水质信息的采集工作，通过数据上传服务将数据村存在服务器上的数据库中。另外通过试验发现，通过传感器采集的水质参数在上传的服务器过程中可以做到及时性和稳定性。
6 结束语
本文设计的基于物联网的水质监测系统实现了进出水自动控制、水质实时监测、二次利用水的用水量统计、掉电存储、移动终端在线显示等功能。同时，该系统还可以应用于水产养殖场和游泳池的水环境监测，因此其未来应用前景十分可观。
参考文献
[1] 姜莉,曾宝国.基于物联网的水质监测系统设计[J].电子设计工程,2014,(22):105-107.
[2] 刘坤.基于物联网的水环境在线监测系统的研发[D].曲阜师范大学,2005.