城市自来水管网水质便携检验终端的研发与应用

引言

城市供水安全直接关系到居民健康与社会稳定。根据《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)要求，供水企业需对末梢水质进行余氯、pH、浊度、溶解性总固体(TDS)等关键指标的常态化监测。传统监测模式依赖实验室人工取样与分光光度法分析，单次检测周期在3小时以上，无法实现管网末梢水质的实时动态评估。

便携式水质检测设备的发展为末梢水质快速监测提供了技术路径。目前市场上主流商用设备如HACH DR1900分光光度计(约10 000元以上)和YSI ProDSS多参数仪(约8 000元)虽具备较高检测精度，但存在以下局限：(1)成本高昂，难以在基层水务企业大规模部署［1-6］；(2)检测参数单一或需分步操作，无法实现多参数同步检测；(3)数据存储依赖本地导出，缺乏云端协同分析能力。近年来基于物联网的水质监测研究取得进展，但现有方案多聚焦于单参数或双参数检测，在低成本实现、多参数同步及数据滤波精度方面仍有不足［7-10］。

针对上述技术瓶颈，本文研发了一种基于ESP32S3的水质便携检验终端，主要技术创新包括：(1)低成本实现：整机物料成本低于300元，为商用便携设备的1/30，适于大规模推广；(2)多参数同步检测：采用ADC分时复用架构实现余氯、pH、浊度、TDS四参数10秒内同步完成检测，检测效率约为原方法的18倍；(3)二级滤波设计：INA128仪表放大器结合二阶RC低通滤波的信号调理链路与滑动平均-卡尔曼二级数字滤波算法，将检测结果波动控制在0.5%以内；(4)云端协同：基于MQTT协议接入阿里云IoT平台，实现检测数据实时上传、历史趋势分析与异常告警。

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作者信息：

余家强

(福建水投集团建宁水务有限公司，福建三明354500)