浮標式水質(zhì)自動監(jiān)測站作為地表水在線監(jiān)測的重點設備，通過集成傳感技術、數(shù)據(jù)處理技術與無線通信技術，實現(xiàn)對水體環(huán)境的實時監(jiān)測。該系統(tǒng)以浮標為載體，采用模塊化設計，具備自動化、網(wǎng)絡化監(jiān)測能力，適用于河流、湖泊及水源地等淡水水域的水質(zhì)監(jiān)測。

一、系統(tǒng)組成與硬件架構(gòu)（一）數(shù)據(jù)采集單元

監(jiān)測站配備多參數(shù)傳感器陣列，通過 RS-485（Modbus/RTU 協(xié)議）總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互：

1. 常規(guī)參數(shù)傳感器：多參數(shù)傳感器支持溶解氧（熒光法）、電導率、pH、濁度、溫度 5 參數(shù)同步測量，具備機械自清洗功能，多可集成 4 支傳感器；熒光法溶氧傳感器量程 0-20mg/L，精度 ±2% F.S.； pH 傳感器量程 0-14pH，內(nèi)置溫度補償，精度 ±0.02pH。
2. 特征參數(shù)傳感器：包括氨氮傳感器（量程 0-100mg/L，離子選擇電極法）、DX-COD-1 型 COD 傳感器（紫外光譜法，量程 0-100mg/L）、葉綠素傳感器（量程 0-400μg/L）等，均采用數(shù)字信號輸出，防護等級 IP68。

采用 11W 太陽能板與 60Ah 免維護鋰電池組合供電，配置 MPPT 控制器實現(xiàn)能量管理。系統(tǒng)默認工作模式（1 小時數(shù)據(jù)發(fā)送周期）下，可支持連續(xù) 60 天陰雨天運行；監(jiān)測間隔調(diào)整至 5 分鐘時，續(xù)航時間相應縮短。

（三）數(shù)據(jù)處理與傳輸單元

主控機通過 RS-485 總線采集傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機處理后由無線模塊傳輸。標配 4G 傳輸模塊（雙頻 900/1800MHz，波特率 9600），可選 NB-IoT、LoRa 模塊；數(shù)據(jù)傳輸周期默認 1 小時，可根據(jù)需求配置。

（四）錨定與浮標體單元

1. 錨單元：采用 2.5kg 鑄鐵錨，配套 10 米尼龍繩，通過底部錨定方式固定浮標，繩索長度可根據(jù)水深調(diào)整。
2. 浮標體：錐型結(jié)構(gòu)，直徑 410mm，總重約 10kg，頂部 PC 材質(zhì)（透光率 92%）、底部鋁合金材質(zhì)（增強防撞性），全密封設計；底部過濾防護罩用于阻隔水草，保護傳感器。

二、工作流程與技術原理（一）數(shù)據(jù)采集機制

傳感器按預設間隔（出廠默認 1 小時，可設 5 分鐘 - 24 小時）對水體參數(shù)進行實時測量：

• 熒光法溶解氧傳感器通過檢測熒光淬滅時間計算溶解氧濃度；
• 電導率傳感器采用電磁式電極（量程 0-400mS/cm）或常規(guī)電極（0-5000μS/cm）測量水體導電能力；
• pH/ORP 傳感器通過玻璃電極與參比電極形成電位差，經(jīng)溫度補償后輸出測量值。

主控機對采集的原始信號進行放大、濾波處理，依據(jù)傳感器標定參數(shù)完成物理量轉(zhuǎn)換（如電信號→溶解氧濃度）。系統(tǒng)內(nèi)置數(shù)據(jù)有效性校驗機制，通過閾值判斷剔除異常數(shù)據(jù)，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性。

（三）數(shù)據(jù)傳輸與遠程管理

處理后的數(shù)據(jù)通過無線模塊加密傳輸至遠程服務器，用戶可通過 PC 端平臺或手機端實時訪問。系統(tǒng)支持參數(shù)閾值設置，當監(jiān)測數(shù)據(jù)超出安全值域時，自動觸發(fā)短信 / 平臺報警功能。歷史數(shù)據(jù)存儲于服務器，可生成趨勢曲線、統(tǒng)計報表等，支持數(shù)據(jù)回溯與分析。

三、關鍵技術指標與工作條件（一）重點技術參數(shù)

1. 供電系統(tǒng)：太陽能板輸出功率 13W，鋰電池容量 72Ah（12.6V）；
2. 數(shù)據(jù)采集模塊：輸入 DC 12V/1A，平均功耗＜3W；
3. 浮標體性能：PC 材質(zhì)透光率 92%，鋁合金底部防撞等級滿足水域作業(yè)要求；
4. 測量間隔：可調(diào)范圍 5 分鐘 - 24 小時，傳輸周期與測量間隔同步。

系統(tǒng)工作溫度 5℃-65℃，浮標腔體內(nèi)相對濕度≤90%，適用大氣壓力 86-106KPa，采用 DC 12V 太陽能與電池聯(lián)合供電，滿足淡水水域（非海水）長期在線監(jiān)測需求。

四、應用場景與技術優(yōu)勢

該系統(tǒng)主要應用于河流、湖泊等地表水水質(zhì)監(jiān)測及水源地在線監(jiān)控，具備以下技術特點：

1. 集成化設計：多參數(shù)傳感器模塊化集成，支持參數(shù)自由擴展；
2. 低功耗運行：節(jié)能設計配合太陽能供電，實現(xiàn)長期免維護運行；
3. 便捷部署：直接投入式安裝，錨系固定無需占地，維護成本低；
4. 實時預警：動態(tài)閾值設置與遠程報警功能，保障水質(zhì)安全；
5. 數(shù)據(jù)可追溯：自動生成數(shù)據(jù)圖表，支持歷史數(shù)據(jù)查詢與分析。

通過上述技術架構(gòu)與工作機制，浮標式水質(zhì)自動監(jiān)測站實現(xiàn)了水質(zhì)數(shù)據(jù)的 “采集 - 處理 - 傳輸 - 應用” 全流程自動化，為水環(huán)境管理提供了準確、實時的技術支撐。