HydroSense：面向实时多参数水质监测的双微控制器物联网框架，集成边缘处理与云端分析
计算机视觉与模式识别
2026-01-30 v1
摘要
全球水危机迫切需要可负担、准确且实时的水质监测解决方案。传统方法依赖人工取样或昂贵的商业系统，难以满足资源受限环境的可达性挑战。本文提出HydroSense，一种创新的物联网框架，将pH、溶解氧(DO)、温度、总溶解固体(TDS)、估计氮含量和水位六个关键水质参数整合到统一的监测系统中。HydroSense采用新颖的双微控制器架构，利用Arduino Uno进行精准模拟测量（配合五点校准算法），以及ESP32实现无线连接、边缘处理和云端集成。系统实施了包括TDS测量中使用的中值滤波、温度补偿算法以及稳健的误差处理等先进信号处理技术。经过90天的实验验证，系统表现出卓越的性能指标：pH准确度为±0.08单位（覆盖0至14范围），DO测量稳定性为±0.2 mg/L，TDS准确度为±1.9%（覆盖0至1000 ppm），云端数据传输可靠性达99.8%。以总计32,983 BDT（约合300美元）的实施成本，HydroSense实现了相较于商业系统的85%成本降低，同时通过Firebase实时数据库提供了增强的连接性。这一研究建立了一种新的可及环境监测范式，证明了通过智能系统架构和成本效益的组件选择，能够实现专业水质评估。
引用
@article{arxiv.2601.21595,
title = {HydroSense: A Dual-Microcontroller IoT Framework for Real-Time Multi-Parameter Water Quality Monitoring with Edge Processing and Cloud Analytics},
author = {Abdul Hasib and A. S. M. Ahsanul Sarkar Akib and Anish Giri},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.21595},
year = {2026}
}