基于無線傳感器的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信、無線傳感器、水質(zhì)監(jiān)測、GPS、ZigBee技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無線傳感器的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]水質(zhì)監(jiān)測是水資源環(huán)境管理與保護(hù)的重要基礎(chǔ)，是保護(hù)水環(huán)境的重要手段。對于水質(zhì)的監(jiān)測和治理關(guān)系到各行各業(yè)的生產(chǎn)和人民的生活。環(huán)境水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)是一個設(shè)立在河流、湖泊、水庫、飲用水源地、污水排放口等區(qū)域內(nèi)的水質(zhì)在線監(jiān)測無線傳感網(wǎng)絡(luò)。目前我國的水質(zhì)檢測仍然存在很多問題，一是各級水質(zhì)監(jiān)測中心的采樣能力不足，監(jiān)測頻率低，水質(zhì)監(jiān)測實驗室的監(jiān)測儀器設(shè)備老化，大型分析儀器配備不平衡。二是機(jī)動監(jiān)測能力不足，移動水質(zhì)分析監(jiān)測實驗室配備數(shù)量太少，現(xiàn)場監(jiān)測能力低。三是自動水質(zhì)監(jiān)測站數(shù)量太少，缺乏自動測報能力，難以獲得重點水功能區(qū)主要水質(zhì)監(jiān)測的實時。
[0003]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor network)是由大量的傳感器節(jié)點采用無線自組織方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有傳感器節(jié)點密度高，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁，以及節(jié)點的功率、計算能力和數(shù)據(jù)存儲能力有限等特點無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的上述特點使其在偏遠(yuǎn)環(huán)境的水質(zhì)監(jiān)測和環(huán)境管理方面將有很好的應(yīng)用前景。利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積廣、組網(wǎng)靈活等特點，能夠快速并且準(zhǔn)確的獲得監(jiān)測水域的水質(zhì)數(shù)據(jù)，在任何地理環(huán)境中都可以實現(xiàn)自行組網(wǎng)，實現(xiàn)水質(zhì)參數(shù)自動監(jiān)測，及時水質(zhì)的異常變化，為研宄水體擴(kuò)散、自凈規(guī)律，以及污染擴(kuò)散建模提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。達(dá)到掌握水質(zhì)、防治水污染事故，為水環(huán)境管理部門提供技術(shù)服務(wù)的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:如何實時對水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，并對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動存檔和數(shù)據(jù)處理。
[0005]本發(fā)明的目的是提出了一種基于無線傳感器的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，由分布在一定水域的監(jiān)測傳感器節(jié)點和一個匯聚節(jié)點組成。各節(jié)點包括匯聚節(jié)點在內(nèi)為一個完整的水質(zhì)監(jiān)測儀，并通過無線通信模塊自行組網(wǎng)。每個子節(jié)點利用無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點。
[0006]此目的是通過如下方式實現(xiàn)的:
[0007]一種基于無線傳感器的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括安裝于水下的無線傳感器節(jié)點，用于水質(zhì)監(jiān)測；置于水面上的匯聚節(jié)點和GSM傳輸模塊，所述匯聚節(jié)點接收一定范圍水域中簇成員節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行融合處理，傳給GSM模塊，通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸給中央信息控制中心；中央信息控制中心，用于分布式匯聚節(jié)點上報信息的及時接收、解析、處理以及發(fā)送控制信令給不同ID的匯聚節(jié)點對傳感器節(jié)點的間接、實時性的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。本發(fā)明由分布在一定水域的監(jiān)測傳感器節(jié)點和一個匯聚節(jié)點組成。各節(jié)點包括匯聚節(jié)點在內(nèi)為一個完整的水質(zhì)監(jiān)測儀，并通過無線通信模塊自行組網(wǎng)。每個子節(jié)點利用無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點。受監(jiān)測點環(huán)境限制，匯聚節(jié)點不能采用以太網(wǎng)等有線接入方式連接到遠(yuǎn)程控制中心，因此采用GPRS網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程控制中心進(jìn)行通信。匯聚節(jié)點使用太陽能發(fā)電的方式提供能量，實現(xiàn)無人值守。
[0008]進(jìn)一步地，所述無線傳感器節(jié)點包括Zigbee模塊、硬件檢測電路和定時器。
[0009]進(jìn)一步地，所述Zigbee模塊由MC1312和MC9S08兩部分所組成。
[0010]進(jìn)一步地，所述匯聚節(jié)點和GSM傳輸模塊由Zigbee模塊、16位微控制器MSP430、GSM數(shù)據(jù)模塊TC35組成，所述Zigbee模塊和微控制器之間的連接是通過異步串行口實現(xiàn)的。
[0011]進(jìn)一步地，所述中央信息控制中心由由監(jiān)控模塊、配置模塊、數(shù)據(jù)庫3個部分組成，中央信息控制中心通過GSM網(wǎng)絡(luò)與多個匯聚節(jié)點相互通信，監(jiān)控模塊通過對通信串口的實時監(jiān)控，實現(xiàn)對分布式匯聚節(jié)點上報信息的及時接收、解析、處理以及發(fā)送控制信令給不同ID的匯聚節(jié)點對傳感器節(jié)點的間接、實時性的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。
[0012]進(jìn)一步地，所述匯聚節(jié)點固定在換分區(qū)域的中間，采用AODV算法簡歷路由信息和傳感器節(jié)點進(jìn)行通信。
[0013]本發(fā)明基于Zigbee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)在自然環(huán)境中對水質(zhì)數(shù)據(jù)的采集，通過互聯(lián)網(wǎng)將水質(zhì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程中心服務(wù)器。監(jiān)測水域部署傳感器節(jié)點，在網(wǎng)絡(luò)的可覆蓋范圍內(nèi)活動，通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的路由節(jié)點接入互聯(lián)網(wǎng)QZigbee網(wǎng)絡(luò)具自組織、動態(tài)路由、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點少等特點。同時Zigbee網(wǎng)絡(luò)考慮了節(jié)點能量損耗，減少節(jié)點處理器計算負(fù)擔(dān)等問題。監(jiān)測部門或研宄人員可以可以實時的在控制終端查看目標(biāo)區(qū)域水質(zhì)信息，并可以對自然環(huán)境傳感器采集方式進(jìn)行控制。水質(zhì)監(jiān)測站可以實現(xiàn)全日無人值守的情況下，控制中心可以遠(yuǎn)程控制監(jiān)測節(jié)點，對多種水質(zhì)水量參數(shù)進(jìn)行采集、存儲，然后分批分期上傳到中心服務(wù)器。水質(zhì)監(jiān)測包括PH值、DO、濁度、水溫、電導(dǎo)、氨氮、TOC、COD等基本參數(shù)。水質(zhì)監(jiān)測中服務(wù)器接到數(shù)據(jù)后可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動的存檔和數(shù)據(jù)處理。并通過相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并實時顯示數(shù)據(jù)和分析處理結(jié)果。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015](一)本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于Zigbee協(xié)議的，傳感器節(jié)點要求就是模塊小功耗低。監(jiān)測節(jié)點也只需在一定時間被喚醒進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測并發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)，完成監(jiān)測任務(wù)之后就會處于休眠狀態(tài)。而采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錅p少了監(jiān)測節(jié)點之間的交流，從而也就降低了能量的損耗。而匯聚節(jié)點采用的太陽能電池板提供能量，可以有效節(jié)約能源。
[0016](二)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)和擴(kuò)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常包括傳感器節(jié)點，匯聚節(jié)點和管理節(jié)點。傳感器節(jié)點任意的分布在某一監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，節(jié)點以自組織的形式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，通過多跳中繼方式將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到匯聚節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥x擇星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，所有傳感器?jié)點均與匯聚節(jié)點通信，相對于網(wǎng)狀通信而言網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，如需在固定水域增減監(jiān)測節(jié)點，只需修改匯聚結(jié)點的路由表即可。
[0017](三)減少消息碰撞網(wǎng)絡(luò)容量增加，采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳粫^度依賴某個節(jié)點，也不會因為某個節(jié)點失效而影響網(wǎng)絡(luò)的性能。每個監(jiān)測節(jié)點只需要單獨向匯聚節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。由于采用的喚醒機(jī)制監(jiān)測，不會因為同時有大量節(jié)點向匯聚節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，可以減少消息的碰撞，降低網(wǎng)絡(luò)擁塞，是網(wǎng)絡(luò)性能得到提升，網(wǎng)絡(luò)容量增加。
【附圖說明】
[0018]圖1是檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖2是無線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖3是傳感器節(jié)點圖。
【具體實施方式】
[0021]對監(jiān)測水域進(jìn)行預(yù)估需要進(jìn)行哪些水質(zhì)參數(shù)的監(jiān)測，對水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，包括PH值、DO、濁度、水溫、電導(dǎo)、氨氮、TOC、COD等基本參數(shù)，然后進(jìn)行相應(yīng)的傳感器節(jié)點的制作。
[0022]在水域附近要建立一個水質(zhì)監(jiān)測基站，來緩存匯聚節(jié)點的從傳感器節(jié)點上收集有關(guān)水質(zhì)的參數(shù)，并間隔一定的時間向中央控制信息中心傳輸數(shù)據(jù)。
[0023]對水域進(jìn)行劃分，根據(jù)匯聚節(jié)點和傳感器節(jié)點可以通信的最大距離內(nèi)選取適當(dāng)?shù)木嚯x劃分水域，并在水域內(nèi)投放相應(yīng)的傳感器節(jié)點。
[0024]匯聚節(jié)點固定在換分區(qū)域的中間，采用AODV (Ad Hoc on demand distancevector)算法建立路由信息和相信的傳感器節(jié)點進(jìn)行通信。由于是采用喚醒機(jī)制，所以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣⒑弥螅?jié)點進(jìn)行第一次水質(zhì)監(jiān)測，上傳完數(shù)據(jù)之后，進(jìn)入休眠等待下一次喚醒。
【主權(quán)項】
1.一種基于無線傳感器的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于: 包括安裝于水下的無線傳感器節(jié)點，用于水質(zhì)監(jiān)測； 置于水面上的匯聚節(jié)點和GSM傳輸模塊，所述匯聚節(jié)點接收一定范圍水域中簇成員節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行融合處理，傳給GSM模塊，通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸給中央信息控制中心； 中央信息控制中心，用于分布式匯聚節(jié)點上報信息的及時接收、解析、處理以及發(fā)送控制信令給不同ID的匯聚節(jié)點對傳感器節(jié)點的間接、實時性的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述無線傳感器節(jié)點包括Zigbee模塊、硬件檢測電路和定時器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無線傳感器的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述Zigbee模塊由MC1312和MC9S08兩部分所組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述匯聚節(jié)點和GSM傳輸模塊由Zigbee模塊、16位微控制器MSP430、GSM數(shù)據(jù)模塊TC35組成，所述Zigbee模塊和微控制器之間的連接是通過異步串行口實現(xiàn)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述中央信息控制中心由監(jiān)控模塊、配置模塊、數(shù)據(jù)庫3個部分組成，中央信息控制中心通過GSM網(wǎng)絡(luò)與多個匯聚節(jié)點相互通信，監(jiān)控模塊通過對通信串口的實時監(jiān)控，實現(xiàn)對分布式匯聚節(jié)點上報信息的及時接收、解析、處理以及發(fā)送控制信令給不同ID的匯聚節(jié)點對傳感器節(jié)點的間接、實時性的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述匯聚節(jié)點固定在換分區(qū)域的中間，采用AODV算法簡歷路由信息和傳感器節(jié)點進(jìn)行通信。
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于無線傳感器的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。本實用新型要解決的技術(shù)問題是：如何實時對水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，并對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動存檔和數(shù)據(jù)處理。一種基于無線傳感器的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括安裝于水下的無線傳感器節(jié)點，用于水質(zhì)監(jiān)測；置于水面上的匯聚節(jié)點和GSM傳輸模塊，所述匯聚節(jié)點接收一定范圍水域中簇成員節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行融合處理，傳給GSM模塊，通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸給中央信息控制中心；中央信息控制中心，用于分布式匯聚節(jié)點上報信息的及時接收、解析、處理以及發(fā)送控制信令給不同ID的匯聚節(jié)點對傳感器節(jié)點的間接、實時性的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。本實用新型的有益效果是：功耗低；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單；減少消息碰撞，網(wǎng)絡(luò)容量增加。
【IPC分類】G01N33-18, G08C17-02
【公開號】CN204270487
【申請?zhí)枴緾N201420801876
【發(fā)明人】郭坤祺, 徐曉聲, 蔡銳銳, 王思璇
【申請人】鎮(zhèn)江坤泉電子科技有限公司
【公開日】2015年4月15日
【申請日】2014年12月18日