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发布时间：2020-09-12 11:36所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
摘 要：为有效提高水环境质量信息的互联准确和反馈时效性，该研究设计了小流域水环境治理过程信息互联与反馈 系统。在硬件配置中，将 MSP430F1611 芯片作为控制主体，结合 D/A 信息转换处理器对小流域环境信息进行采集、传输 和处理，并利用 ZigBee 局域网实
摘 要：为有效提高水环境质量信息的互联准确和反馈时效性，该研究设计了小流域水环境治理过程信息互联与反馈 系统。在硬件配置中，将 MSP430F1611 芯片作为控制主体，结合 D/A 信息转换处理器对小流域环境信息进行采集、传输 和处理，并利用 ZigBee 局域网实现水环境治理数据的共享互联;在软件环境中，将“信息采集-信息互联传输-信息反馈”作 为核心思想，构建节点神经层特征信号最佳拓扑结构，利用神经网络和 ZigBee 协议设计信息采集、无限互联通信和反馈结 构，对采集到的信息特征属性进行关联处理，实现对水环境质量信息的采集、存储管理和反馈互联。结果表明，该系统的 信息互联准确性较高，信息反馈过程可保持在 4 s 之内，充分说明了该系统的有效性。
关键词： 小流域;水环境治理;信息互联;信息反馈;系统设计
随着城市化与工业化进程的加快，资源经济也 得以迅速发展。而在这一过程中，对资源的过度开 发和利用也给自然环境造成了巨大的影响。其中， 水资源短缺、污染问题尤为突出，严重干扰了现代 化能源经济的发展[1]。因此，维护水资源的合理开 发、防治水污染、改善水资源环境尤为重要。
对小 流域水环境的治理是水环境保护领域的一个重要分支，对其治理过程的信息进行有效互联与反馈， 有助于提高对小流域水环境治理的成效[2]。传统的 信息互联反馈系统，如方珍[3] 提出的基于 B/S 的信 息调查反馈系统和李涛等[4] 提出的基于窄带物联 网的水上环境监控反馈系统，虽具有运行简易的优 点，但易受到地理环境等多方面因素的影响，导致 信息互联效果和反馈时效相对较差，难以对水环境治理情况进行有效的监督和管理。 为了解决以上问题，本研究设计了一种小流域 水环境治理过程信息互联与反馈系统，从技术上为 提高小流域水环境治理效果提供了支持。
1 系统设计
在进行系统设计前，需明确系统的功能需求和 目的。本研究所设计的系统旨在有效对小流域水 环境治理过程信息进行采集、管理、传输和反馈， 以进一步提升水环境治理效果。为此，本研究分别 从硬件和软件部分入手，对系统进行分析和设计。
1.1 系统硬件配置
为了实现信息互联反馈，需准备一台接有局域 网的计算机，计算机要有自主 IP，信息互联反馈中 心通过局域网和无线管理网关进行信息通讯[5]。无 线管理网关链接 Zig Bee 网络构建组织协调器，通 过使用特定的具有 Zig Bee 频次的收发系统实现各 信息监测点的数据共享互联[6]。
在此基础上，利用基于 web 平台的无线网关端 口，套用无限检测传感器和 SOCC-2520 体系作为 基础，对系统进行硬件设备的组建，以便对海量信 息进行协调处理。同时，选择 Windows 2007 操作 系统和 MSP430F1611 芯片作为控制器主体，实现 对小流域环境治理过程中采集到的海量信息进行 网络结构的联系处理[7]。
MSP430F1611 芯片内部包括 16 位 Timer_A (3 个捕获/比较寄存器)和 8 通道 12 位 A/D、16 位 D/A 信息转换处理器、差异化信息通用传输端口等 结构，可有效地实现数据存储和处理，D/A 信息转 换处理器和差异化信息通用传输端口可以有效地 减少硬件设备操作复杂度[8]。另外，还在硬件环境 中设定了 3 组 16 位数的定时互联管理模块，可有效地实现对 8 个通道的信息联通处理，保证对不同 通道中的数据信息进行迅速逼近转换和反馈[9]。
由于在对小流域水环境治理过程中的信息进 行采集和管理时极易受到环境因素的影响，因此需 根据水环境治理网络结构进一步优化系统硬件环 境，改善结构层级。 在 MCU 端完成 Zig Bee 协议运行过程中，海 量治理数据会使 MCU 端出现负荷过大问题[10] ，因 此，需结合 SOCC-2520 电子芯片和 Zig Bee 协议进 行优化 ，即在 SOCC-2520 电子芯片中添加微型 SPI 通讯处理设备和 7051 单片模拟机，保持其电子 芯片与微型处理器之间采用串口交流模式进行连 接，提高系统硬件配置之间的严密性和时效性[11]。
1.2 系统软件环境设计
传统的信息互联反馈系统通常缺少对相似性 数值的简化分类处理步骤，极易导致对信息分类不 准确的问题，造成互联反馈效率较低。为了保障水 环境治理过程中信息互联反馈的有效性，所提的小 流域水环境治理过程信息互联与反馈系统以信息 采集-信息互联传输-信息反馈为核心思想，结合神 经网络原理对信息采集、互联和反馈节点进行设计。 在这一过程中，利用最佳的拓扑结构保障节点安排 的合理性。
1.2.1 信息采集过程
通过 Zig Bee 协议和神经网 络原理将采集到的特征信息传输至无限管理网关 中进行存储和评估，根据评估结果实现反馈数据的 TOP-N 排序推荐。由于水环境质量信息复杂度较 高，互联数据量巨大，在不同环境背景下对信息提 取的需求也各不相同[14] ，因此，在信息反馈处理的 过程中，需要结合物联技术对水环境质量信息管理 结构进行优化。
2 实验测试与结果分析
为了验证所提的小流域水环境治理过程信息 互联与反馈系统的有效性，进行了如下对比检测。 为保证实验的可对比性，将文献 [3] 中的基于 B/S 的信息调查反馈系统和文献 [4] 中的基于窄带物联网的水上环境监控反馈系统作为对照。
水环境论文投稿刊物：《内蒙古民族大学学报自然科学版》(双月刊)曾用刊名：内蒙古民族师院学报(自然科学汉文版);《哲里木畜牧学院学报》与《内蒙古民族师院学报(自然科学汉文版)》合并，1979年创刊，主要刊登理科学和化学、农业科学、医学、体育科学等方面的学术论文。
3 结语
由于传统的水环境质量信息互联过程存在准 确性差、反馈时效性不佳的问题，本研究设计了一 种小流域水环境治理过程信息互联与反馈系统，结 合 MSP430F1611 芯片和 Zig Bee 协议、神经网络 原理和物联网等技术对系统软件流程以及硬件配 置进行设计，确保了系统的互联准确性和反馈时效性。
参 考 文 献：
[1] 王航. 浅谈城市河道水环境综合整治[J]. 环境工程, 2018, 36(6): 42 − 46.
[2] 吕志奎. 第三方治理:流域水环境合作共治的制度创新[J]. 学术 研究, 2017(12): 77 − 83.
[3] 方珍. 基于 B/S 的信息调查反馈系统的设计与实现[J]. 内蒙古民族大学学报 (自然科学版), 2019, 34(2): 113 − 117.
[4] 李涛, 杨春杰, 田耕. 一种基于窄带物联网的水上环境监控系统 设计[J]. 单片机与嵌入式系统应用, 2019, 19(8): 27 − 31.
作者：刘雪洁，胡玖坤，孙 麒，任 仁
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《小流域水环境治理过程信息互联与反馈系统设计》