李金勝+周圓+程杰

摘 要：針對目前水環(huán)境污染狀況的日益惡化的問題，采用無線傳感器網(wǎng)絡，通過節(jié)點傳感器采集水環(huán)境中離子濃度、鹽度、電導率、溫度等參數(shù)來實現(xiàn)實時監(jiān)測。傳感器網(wǎng)絡節(jié)點一跳或多跳方式自組織網(wǎng)絡，匯聚節(jié)點將傳感器網(wǎng)絡節(jié)點采集的數(shù)據(jù)通過GSM/GPRS發(fā)送至上位機。上位機對數(shù)據(jù)進行分析處理，實現(xiàn)對水環(huán)境中各項參數(shù)的實時監(jiān)測。實驗表明該系統(tǒng)具有成本低廉、移植性好、實時性強的效果。

關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡;匯聚節(jié)點;水環(huán)境;實時監(jiān)測

中圖分類號：TP393 ? ? ?文獻標志：A ? ? ? ?文章編號：2095-1302（2014）12-00-03

0 ?引 ?言

隨著工業(yè)化的發(fā)展，水環(huán)境的狀況越來越惡劣。實時監(jiān)測水環(huán)境中的各項參數(shù)對水環(huán)境本身有著重要的意義。

目前針對水環(huán)境的數(shù)據(jù)采集有兩種主要方式：一是建立觀測站，其破壞性大、監(jiān)測實時性不強、成本高、移植性差。二是人工取水樣，采集至實驗室分析，其勞動強度大、采集時間長、數(shù)據(jù)不準確且受天氣、地域、時間等限制。本文提出采用無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network ，WSN）實現(xiàn)實時監(jiān)測水環(huán)境中各項參數(shù)。WSN具有成本低廉、移植性好、實時性強的特點。系統(tǒng)包括節(jié)點、匯聚節(jié)點、上位機三部分的設計。它采用ZigBee協(xié)議自動組網(wǎng)和將CC2530作為主控芯片對水環(huán)境參數(shù)監(jiān)測的節(jié)點及匯聚節(jié)點的軟硬件進行了設計，匯聚節(jié)點收集各個節(jié)點的采集數(shù)據(jù)，然后通過GSM/GPRS傳送至上位機平臺。上位機平臺的軟件對傳感器節(jié)點采集的參數(shù)信息和節(jié)點本身信息作相應的數(shù)據(jù)分析與處理，實現(xiàn)實時監(jiān)測水環(huán)境中的參數(shù)、污染物排放情況、水質(zhì)情況以及水環(huán)境中突發(fā)狀況。整個系統(tǒng)實現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡的遠程水環(huán)境參數(shù)實時監(jiān)測。

1 ?水環(huán)境中參數(shù)實時監(jiān)測系統(tǒng)概述

本文提出的水環(huán)境中參數(shù)實時監(jiān)測節(jié)點主要應用于建立河流水庫等大范圍、具有自組網(wǎng)絡、動態(tài)拓撲、多跳傳輸和自修復功能的基于無線傳感網(wǎng)絡的ZigBee自動組網(wǎng)和GSM/GPRS實時傳輸?shù)南到y(tǒng)，如圖1所示。

WSN系統(tǒng)包括了節(jié)點、匯聚節(jié)點、網(wǎng)關及處理平臺。其中節(jié)點采用人工的方式均勻部署，WSN通過ZigBee協(xié)議自組織網(wǎng)絡，節(jié)點采集數(shù)據(jù)傳送給匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點再通過GSM/GPRS傳輸?shù)竭h端的水質(zhì)監(jiān)控中心，之后將由監(jiān)測管理計算機負責對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)分析比較與數(shù)據(jù)存儲工作。一旦數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，則提示操作人員注意對應區(qū)域的環(huán)境狀況，從而實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測[1]。

圖1 ?WSN系統(tǒng)示意圖

無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點可根據(jù)水環(huán)境中參數(shù)實時監(jiān)測要求，安裝在河流、水庫、工業(yè)廢水排污口等地點并以野外無人值守方式工作，通過傳感器采集監(jiān)測水環(huán)境區(qū)域中的離子濃度、鹽度、電導率、濃度等的參數(shù)。為了建成一個針對不同測試環(huán)境可任意組合的多功能實時監(jiān)測無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點平臺，設計需求如下：

（1）多種指標監(jiān)測：依據(jù)各行業(yè)廢水參數(shù)主要在線監(jiān)測指標可知，對于不同區(qū)域的水質(zhì)，所需要測量的指標也不同。要求同時監(jiān)測多種水質(zhì)指標，并根據(jù)不同區(qū)域選擇不同的傳感器組合。

（2）節(jié)點電源模式：由于監(jiān)測網(wǎng)絡節(jié)點安裝在戶外，分布較散，只能采用電池電源供電。為延長網(wǎng)絡的生命周期，在軟件上優(yōu)化或采用太陽能供電。

（3）多拓撲多節(jié)點無線通信：為實施對某片水域的水環(huán)境參數(shù)進行實時監(jiān)測，需要在目標流域內(nèi)部署無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點，各節(jié)點將采集到的參數(shù)傳送到中央控制系統(tǒng)，從而完成目標流域的數(shù)據(jù)采集。因處于不同的監(jiān)測環(huán)境，節(jié)點的空間分布差異較大，例如對水庫湖泊環(huán)境的監(jiān)測，需要將大量監(jiān)測節(jié)點在水域內(nèi)均勻分布;對江河流域水質(zhì)的監(jiān)測，則需要將他沿著河岸分布，形成鏈狀結構;若是監(jiān)測排污口，則節(jié)點主要分布于排污口附近區(qū)域。因此要求監(jiān)測網(wǎng)絡節(jié)點可實現(xiàn)多種拓撲結構連接，并實現(xiàn)多節(jié)點接力通信的功能。

（4）設備成本：傳感器無線網(wǎng)絡需要大量節(jié)點，因此應考慮成本問題，盡可能精簡設計，降低節(jié)點的總成本。

2 ?無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點設計

2.1 ?系統(tǒng)結構

匯聚節(jié)點核心模塊由主控MCU STC89C52和ZigBee通信模塊CC2530組成，普通節(jié)點由CC2530外圍連接若干種針對不同監(jiān)測項目的傳感器，通過這些傳感器實現(xiàn)對不同測試環(huán)境可任意組合的無線傳感網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)，不同水環(huán)境可選擇不同的傳感器組; ZigBee網(wǎng)絡管理和數(shù)據(jù)收發(fā)主要由CC2530模塊負責，利用Z-Stack協(xié)議棧的API接口，模塊實現(xiàn)了ZigBee無線網(wǎng)絡的動態(tài)組網(wǎng)、網(wǎng)絡自恢復、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收等任務[2];傳感器模塊的接口按照標準的工業(yè)通信接口設計，保證了設計的標準化和平臺化，具有良好的可擴展性和可移植性。系統(tǒng)流程圖如圖2所示。參數(shù)檢測傳感器所采集的數(shù)據(jù)通過信號調(diào)理電路，若為數(shù)字信號則直接送至CC2530單片機;若為模擬信號則需先經(jīng)信號調(diào)理電路放大、濾波，再發(fā)送給CC2530的內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換器。CC2530節(jié)點自動組網(wǎng)絡通過RS 232接口與匯聚節(jié)點中的主接芯片STC89C52連接。匯聚節(jié)點接GSM模塊，該模塊通過GPRS將數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)送至上位機，上位機再將數(shù)據(jù)存儲并分析。

圖2 ?數(shù)據(jù)流向圖

2.2 ?傳感器節(jié)點硬件設計

2.2.1 ?節(jié)點設計

ZigBee無線通信模塊選用德州儀器（TI）ZigBee處理芯片CC2530，該芯片是專為ZigBee及IEEE 802.15.4應用設計的SoC芯片。CC2530適用于有低功耗工作需求的設備，具有多種低功耗操作模式，通過設置芯片內(nèi)部的電源管理控制器可關閉芯片部分內(nèi)部時鐘和射頻模塊的電源，使芯片進入不同程度的低功耗模式，并且可以在各種低功耗模式間進行快速切換，進一步降低電流損耗。CC2530的8051內(nèi)核通過芯片中設置的RF指令集處理數(shù)據(jù)收發(fā)、中斷、DMA和FIFO等硬件抽象層的工作。CC2530在應用層到硬件抽象層之間加入了Basic RF層，對CC2530進行ZigBee數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幊虝r，利用Basic RF層提供的通信API函數(shù)，可以極為便捷地實現(xiàn)用戶的程序工作量，無需進行硬件抽象層的各種繁雜設置和狀態(tài)處理[3]。

匯聚節(jié)點中主控MCU選擇的是STC89C52和CC2530。STC89C52與CC2530均具有低功耗、高性能的特性，尤其適用于使用電池供電，要求長時間工作的場合。匯聚節(jié)點負責各個節(jié)點的數(shù)據(jù)接收、發(fā)送以及收發(fā)命令。

本設計方案將STC89C52與CC2530結合，通過UART接口與ZigBee模塊通信把得到的數(shù)據(jù)通過GSM/GPRS傳輸?shù)缴衔粰C，監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線發(fā)送與命令接收。

2.2.2 ?傳感器模塊

傳感器模塊是監(jiān)測水環(huán)境參數(shù)的關鍵。用戶可根據(jù)不同的水環(huán)境選擇監(jiān)測不同的參數(shù)。主要監(jiān)測數(shù)據(jù)有離子濃度、鹽度、電導率和溫度。其中，離子濃度、鹽度和溫度傳感器為購置傳感器，電導率傳感器為自制傳感器，下文將詳細介紹該傳感器，其他傳感器忽略。

電導率傳感器是由一根鐵棒和一根黃銅棒組成，根據(jù)相關化學知識可知，兩個金屬棒在水體中會發(fā)生陽離子和陰離子的移動，產(chǎn)生電流形成恒流源。若在兩個金屬棒上串聯(lián)一個阻值合適的精密電阻，則可監(jiān)測污染物排放后水體的導電性能。金屬物含量多的廢液的排放將會改變水的導電性能，該排放物濃度越高，水的導電性能越好。具體過程為，排放污染物越多，排放位置的一些酸堿性的離子就越多，產(chǎn)生的電流越大，導電性能就越好。再通過污染物擴散，傳感器節(jié)點測得各點位置的導電率后可實時預估污染源的位置及污染程度。自制電導率傳感器如圖3所示。

圖3 ?電導率傳感器模塊

2.2.3 ?電源模塊

結合無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點對電源系統(tǒng)要求的低功耗、長時間工作、低成本的特點，節(jié)點電源選擇了鋰亞硫酰氯電池ER34615（鉛酸蓄電池能量小、重量大、對環(huán)境腐蝕性強、電解液需要定期維護，同時太陽能電池成本高、體積大，因此具有高性能、高可靠性、工作溫度范圍廣等特點的鋰亞硫酰氯電池是更好的選擇）在本設計中，匯聚節(jié)點由STC89C52和CC2530組成。普通節(jié)點僅用CC2530。采用ZigBee低功耗設計，在節(jié)點采集、傳輸數(shù)據(jù)時進入工作模式，傳輸完成后進入節(jié)能模式，可大幅度降低系統(tǒng)的能量損耗，并且配合高能量密度的鋰電池使用，可以滿足長時間工作的要求，且有效降低節(jié)點的體積和重量[4]。

2.3 ?節(jié)點軟件設計

基于無線傳感網(wǎng)絡的監(jiān)測節(jié)點主要利用單片機STC89C52和ZigBee通信模塊CC2530負責信息的采集控制與無線網(wǎng)絡傳輸。CC2530負責采集節(jié)點上各個水環(huán)境中參數(shù)實時監(jiān)測傳感器的數(shù)據(jù)并對每個數(shù)據(jù)進行測量值到理化值的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換[5]，然后再按一定格式打包，通過UART接口發(fā)送到STC89C52單片機，最后經(jīng)過GSM/GPRS模塊向遠程上位機進行傳輸;ZigBee模塊由主控單片機發(fā)送初始化自組網(wǎng)命令和自恢復命令，實現(xiàn)初始組網(wǎng)與自動檢測恢復，負責網(wǎng)絡組網(wǎng)與連接[6]。軟件工作流程見圖4。每個傳感器節(jié)點具有簡單的分布式處理數(shù)據(jù)的能力。如對監(jiān)測數(shù)據(jù)的比較，可知是否有參數(shù)超標，若有則預警，若無則連接網(wǎng)絡發(fā)送數(shù)據(jù)。同時也有優(yōu)化軟件，使其功耗最小化。

3 ?結 ?語

本文將無線傳感網(wǎng)絡與水環(huán)境參數(shù)監(jiān)測相結合，利用ZigBee無線傳感網(wǎng)絡實現(xiàn)自組網(wǎng)與通信，而使得無線傳感器節(jié)點可以大范圍鋪設，不受區(qū)域限制，可實現(xiàn)其對水環(huán)境中各類參數(shù)的實時采集。同時也可以作為工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中參數(shù)的實時監(jiān)測。

圖4 ? 節(jié)點軟件流程圖

參考文獻

[1]史兵， 趙德安， 劉星橋，等. 基于無線傳感網(wǎng)絡的規(guī)?；a(chǎn)養(yǎng)殖智能監(jiān)控系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學報， 2011， 27（9） ： 136-140.

[2]吳鍵， 袁慎芳. 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的設計和實現(xiàn)[J]. 儀器儀表學報， 2006，27（9）：1120-1124.

[3]韓蓓， 盛戈皞， 江秀臣，等.基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡的導線接頭在線測溫系統(tǒng)[J]. 電力系統(tǒng)自動化， 2008， 32（16）：72-77.

[4]趙剛， 侯立剛， 羅仁貴，等. 無線傳感網(wǎng)絡中低功耗處理器的設計和優(yōu)化[J].半導體學報， 2006， 27（z1）：370-373.

[5]胡愛娜. 基于能耗均衡的無線傳感網(wǎng)絡自適應數(shù)據(jù)存取算法[J]. 電子科技大學學報， 2014 （2）： 235-240.

[6]張榮標，馮友兵. 基于IEEE802.15.4的溫室無線監(jiān)控系統(tǒng)的通信實現(xiàn)[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2008，39（8）：119-122，127.

Wireless sensor network based remote real-time monitoring of parameters in water environment

LI Jin-sheng， ZHOU Yuan， CHENG Jie

（Information Science and Engineering College， Wuhan University of Science and Technology， Wuhan 430081， China）

Abstract： With the present status of water environment deterioration， the wireless sensor network is used to realize real-time monitoring by collecting the parameters such as ionic concentration， salinity， conductivity and temperature through node sensors. The sensor network node is single-hop or multi-hop Ad-hoc network. The collected data are sent to the upper computer by sink-node via GSM/GPRS. Then the data are analyzed and processed by the upper computer， so as to realize the real-time monitoring of various parameters in water environment. The experimental results show that the system is of the characteristics of low cost， good portability and strong real-time.

Keywords： wireless sensor network; sink-node; water environment; remote monitoring

匯聚節(jié)點中主控MCU選擇的是STC89C52和CC2530。STC89C52與CC2530均具有低功耗、高性能的特性，尤其適用于使用電池供電，要求長時間工作的場合。匯聚節(jié)點負責各個節(jié)點的數(shù)據(jù)接收、發(fā)送以及收發(fā)命令。

本設計方案將STC89C52與CC2530結合，通過UART接口與ZigBee模塊通信把得到的數(shù)據(jù)通過GSM/GPRS傳輸?shù)缴衔粰C，監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線發(fā)送與命令接收。

2.2.2 ?傳感器模塊

傳感器模塊是監(jiān)測水環(huán)境參數(shù)的關鍵。用戶可根據(jù)不同的水環(huán)境選擇監(jiān)測不同的參數(shù)。主要監(jiān)測數(shù)據(jù)有離子濃度、鹽度、電導率和溫度。其中，離子濃度、鹽度和溫度傳感器為購置傳感器，電導率傳感器為自制傳感器，下文將詳細介紹該傳感器，其他傳感器忽略。

電導率傳感器是由一根鐵棒和一根黃銅棒組成，根據(jù)相關化學知識可知，兩個金屬棒在水體中會發(fā)生陽離子和陰離子的移動，產(chǎn)生電流形成恒流源。若在兩個金屬棒上串聯(lián)一個阻值合適的精密電阻，則可監(jiān)測污染物排放后水體的導電性能。金屬物含量多的廢液的排放將會改變水的導電性能，該排放物濃度越高，水的導電性能越好。具體過程為，排放污染物越多，排放位置的一些酸堿性的離子就越多，產(chǎn)生的電流越大，導電性能就越好。再通過污染物擴散，傳感器節(jié)點測得各點位置的導電率后可實時預估污染源的位置及污染程度。自制電導率傳感器如圖3所示。

圖3 ?電導率傳感器模塊

2.2.3 ?電源模塊

結合無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點對電源系統(tǒng)要求的低功耗、長時間工作、低成本的特點，節(jié)點電源選擇了鋰亞硫酰氯電池ER34615（鉛酸蓄電池能量小、重量大、對環(huán)境腐蝕性強、電解液需要定期維護，同時太陽能電池成本高、體積大，因此具有高性能、高可靠性、工作溫度范圍廣等特點的鋰亞硫酰氯電池是更好的選擇）在本設計中，匯聚節(jié)點由STC89C52和CC2530組成。普通節(jié)點僅用CC2530。采用ZigBee低功耗設計，在節(jié)點采集、傳輸數(shù)據(jù)時進入工作模式，傳輸完成后進入節(jié)能模式，可大幅度降低系統(tǒng)的能量損耗，并且配合高能量密度的鋰電池使用，可以滿足長時間工作的要求，且有效降低節(jié)點的體積和重量[4]。

2.3 ?節(jié)點軟件設計

基于無線傳感網(wǎng)絡的監(jiān)測節(jié)點主要利用單片機STC89C52和ZigBee通信模塊CC2530負責信息的采集控制與無線網(wǎng)絡傳輸。CC2530負責采集節(jié)點上各個水環(huán)境中參數(shù)實時監(jiān)測傳感器的數(shù)據(jù)并對每個數(shù)據(jù)進行測量值到理化值的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換[5]，然后再按一定格式打包，通過UART接口發(fā)送到STC89C52單片機，最后經(jīng)過GSM/GPRS模塊向遠程上位機進行傳輸;ZigBee模塊由主控單片機發(fā)送初始化自組網(wǎng)命令和自恢復命令，實現(xiàn)初始組網(wǎng)與自動檢測恢復，負責網(wǎng)絡組網(wǎng)與連接[6]。軟件工作流程見圖4。每個傳感器節(jié)點具有簡單的分布式處理數(shù)據(jù)的能力。如對監(jiān)測數(shù)據(jù)的比較，可知是否有參數(shù)超標，若有則預警，若無則連接網(wǎng)絡發(fā)送數(shù)據(jù)。同時也有優(yōu)化軟件，使其功耗最小化。

3 ?結 ?語

本文將無線傳感網(wǎng)絡與水環(huán)境參數(shù)監(jiān)測相結合，利用ZigBee無線傳感網(wǎng)絡實現(xiàn)自組網(wǎng)與通信，而使得無線傳感器節(jié)點可以大范圍鋪設，不受區(qū)域限制，可實現(xiàn)其對水環(huán)境中各類參數(shù)的實時采集。同時也可以作為工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中參數(shù)的實時監(jiān)測。

圖4 ? 節(jié)點軟件流程圖

參考文獻

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[2]吳鍵， 袁慎芳. 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的設計和實現(xiàn)[J]. 儀器儀表學報， 2006，27（9）：1120-1124.

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[4]趙剛， 侯立剛， 羅仁貴，等. 無線傳感網(wǎng)絡中低功耗處理器的設計和優(yōu)化[J].半導體學報， 2006， 27（z1）：370-373.

[5]胡愛娜. 基于能耗均衡的無線傳感網(wǎng)絡自適應數(shù)據(jù)存取算法[J]. 電子科技大學學報， 2014 （2）： 235-240.

[6]張榮標，馮友兵. 基于IEEE802.15.4的溫室無線監(jiān)控系統(tǒng)的通信實現(xiàn)[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2008，39（8）：119-122，127.

Wireless sensor network based remote real-time monitoring of parameters in water environment

LI Jin-sheng， ZHOU Yuan， CHENG Jie

（Information Science and Engineering College， Wuhan University of Science and Technology， Wuhan 430081， China）

Abstract： With the present status of water environment deterioration， the wireless sensor network is used to realize real-time monitoring by collecting the parameters such as ionic concentration， salinity， conductivity and temperature through node sensors. The sensor network node is single-hop or multi-hop Ad-hoc network. The collected data are sent to the upper computer by sink-node via GSM/GPRS. Then the data are analyzed and processed by the upper computer， so as to realize the real-time monitoring of various parameters in water environment. The experimental results show that the system is of the characteristics of low cost， good portability and strong real-time.

Keywords： wireless sensor network; sink-node; water environment; remote monitoring

匯聚節(jié)點中主控MCU選擇的是STC89C52和CC2530。STC89C52與CC2530均具有低功耗、高性能的特性，尤其適用于使用電池供電，要求長時間工作的場合。匯聚節(jié)點負責各個節(jié)點的數(shù)據(jù)接收、發(fā)送以及收發(fā)命令。

本設計方案將STC89C52與CC2530結合，通過UART接口與ZigBee模塊通信把得到的數(shù)據(jù)通過GSM/GPRS傳輸?shù)缴衔粰C，監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線發(fā)送與命令接收。

2.2.2 ?傳感器模塊

傳感器模塊是監(jiān)測水環(huán)境參數(shù)的關鍵。用戶可根據(jù)不同的水環(huán)境選擇監(jiān)測不同的參數(shù)。主要監(jiān)測數(shù)據(jù)有離子濃度、鹽度、電導率和溫度。其中，離子濃度、鹽度和溫度傳感器為購置傳感器，電導率傳感器為自制傳感器，下文將詳細介紹該傳感器，其他傳感器忽略。

電導率傳感器是由一根鐵棒和一根黃銅棒組成，根據(jù)相關化學知識可知，兩個金屬棒在水體中會發(fā)生陽離子和陰離子的移動，產(chǎn)生電流形成恒流源。若在兩個金屬棒上串聯(lián)一個阻值合適的精密電阻，則可監(jiān)測污染物排放后水體的導電性能。金屬物含量多的廢液的排放將會改變水的導電性能，該排放物濃度越高，水的導電性能越好。具體過程為，排放污染物越多，排放位置的一些酸堿性的離子就越多，產(chǎn)生的電流越大，導電性能就越好。再通過污染物擴散，傳感器節(jié)點測得各點位置的導電率后可實時預估污染源的位置及污染程度。自制電導率傳感器如圖3所示。

圖3 ?電導率傳感器模塊

2.2.3 ?電源模塊

結合無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點對電源系統(tǒng)要求的低功耗、長時間工作、低成本的特點，節(jié)點電源選擇了鋰亞硫酰氯電池ER34615（鉛酸蓄電池能量小、重量大、對環(huán)境腐蝕性強、電解液需要定期維護，同時太陽能電池成本高、體積大，因此具有高性能、高可靠性、工作溫度范圍廣等特點的鋰亞硫酰氯電池是更好的選擇）在本設計中，匯聚節(jié)點由STC89C52和CC2530組成。普通節(jié)點僅用CC2530。采用ZigBee低功耗設計，在節(jié)點采集、傳輸數(shù)據(jù)時進入工作模式，傳輸完成后進入節(jié)能模式，可大幅度降低系統(tǒng)的能量損耗，并且配合高能量密度的鋰電池使用，可以滿足長時間工作的要求，且有效降低節(jié)點的體積和重量[4]。

2.3 ?節(jié)點軟件設計

基于無線傳感網(wǎng)絡的監(jiān)測節(jié)點主要利用單片機STC89C52和ZigBee通信模塊CC2530負責信息的采集控制與無線網(wǎng)絡傳輸。CC2530負責采集節(jié)點上各個水環(huán)境中參數(shù)實時監(jiān)測傳感器的數(shù)據(jù)并對每個數(shù)據(jù)進行測量值到理化值的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換[5]，然后再按一定格式打包，通過UART接口發(fā)送到STC89C52單片機，最后經(jīng)過GSM/GPRS模塊向遠程上位機進行傳輸;ZigBee模塊由主控單片機發(fā)送初始化自組網(wǎng)命令和自恢復命令，實現(xiàn)初始組網(wǎng)與自動檢測恢復，負責網(wǎng)絡組網(wǎng)與連接[6]。軟件工作流程見圖4。每個傳感器節(jié)點具有簡單的分布式處理數(shù)據(jù)的能力。如對監(jiān)測數(shù)據(jù)的比較，可知是否有參數(shù)超標，若有則預警，若無則連接網(wǎng)絡發(fā)送數(shù)據(jù)。同時也有優(yōu)化軟件，使其功耗最小化。

3 ?結 ?語

本文將無線傳感網(wǎng)絡與水環(huán)境參數(shù)監(jiān)測相結合，利用ZigBee無線傳感網(wǎng)絡實現(xiàn)自組網(wǎng)與通信，而使得無線傳感器節(jié)點可以大范圍鋪設，不受區(qū)域限制，可實現(xiàn)其對水環(huán)境中各類參數(shù)的實時采集。同時也可以作為工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中參數(shù)的實時監(jiān)測。

圖4 ? 節(jié)點軟件流程圖

參考文獻

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Wireless sensor network based remote real-time monitoring of parameters in water environment

LI Jin-sheng， ZHOU Yuan， CHENG Jie

（Information Science and Engineering College， Wuhan University of Science and Technology， Wuhan 430081， China）

Abstract： With the present status of water environment deterioration， the wireless sensor network is used to realize real-time monitoring by collecting the parameters such as ionic concentration， salinity， conductivity and temperature through node sensors. The sensor network node is single-hop or multi-hop Ad-hoc network. The collected data are sent to the upper computer by sink-node via GSM/GPRS. Then the data are analyzed and processed by the upper computer， so as to realize the real-time monitoring of various parameters in water environment. The experimental results show that the system is of the characteristics of low cost， good portability and strong real-time.

Keywords： wireless sensor network; sink-node; water environment; remote monitoring