王慧媛浙江師范大學(xué)數(shù)理與信息工程學(xué)院

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基于Andriod和無線傳感網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

王慧媛
浙江師范大學(xué)數(shù)理與信息工程學(xué)院

摘要：基于Andriod和無線傳感網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為一個(gè)新興的項(xiàng)目，具有廣闊的發(fā)展前景。在提高電站、水利局的管理水平、提升我國(guó)水資源保護(hù)的水平、推進(jìn)對(duì)廣大人民群眾對(duì)水質(zhì)了解等方面均可取得很好的效果。

關(guān)鍵詞：Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；水質(zhì)監(jiān)測(cè)；樂聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)

引言

近年來，我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,環(huán)境問題卻日漸凸顯，對(duì)水資源的保護(hù)更是迫在眉睫。2013年12月26日，浙江省委省政府在全省經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議上，作出了“五水共治”、“五措并舉”的工作部署。然而，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法多是在某些斷面或監(jiān)測(cè)點(diǎn)定時(shí)定點(diǎn)取樣之后，將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室分析或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，監(jiān)測(cè)頻率也是每月數(shù)次，無法及時(shí)、準(zhǔn)確的反映水質(zhì)污染變化過程。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)外在水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上的研究和應(yīng)用已經(jīng)從傳統(tǒng)的人力監(jiān)測(cè)發(fā)展到現(xiàn)今的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但由于數(shù)據(jù)傳輸多采用有線網(wǎng)絡(luò)，致使布線繁瑣、維護(hù)困難、價(jià)格不菲等缺點(diǎn)。

1.無線傳感網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本構(gòu)架

1.1水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求

本文研究采用基于Zigbee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)在自然環(huán)境中對(duì)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(cè)區(qū)域部署傳感器終端節(jié)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)的可覆蓋范圍內(nèi)活動(dòng)，通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的路由節(jié)點(diǎn)接入互聯(lián)網(wǎng)。Zigbee網(wǎng)絡(luò)具有自組織、動(dòng)態(tài)路由、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)少等特點(diǎn)。同時(shí)Zigbee網(wǎng)絡(luò)考慮了節(jié)點(diǎn)的能量節(jié)約，減少節(jié)點(diǎn)處理器的計(jì)算負(fù)擔(dān)等問題。

1.2無線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)任意的分布在某一監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)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(cè)數(shù)據(jù)傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)，最后通過Intemet或其它網(wǎng)絡(luò)通訊方式將監(jiān)測(cè)信息傳送到管理節(jié)點(diǎn)。同樣的，用戶可以通過管理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行命令的發(fā)布，告知傳感器節(jié)點(diǎn)收集監(jiān)測(cè)信息。Zigbee技術(shù)是一種把低能耗、低成本作為重要目的短距離無線通信技術(shù)，其PHY層和MAC層協(xié)議基于IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

2.基于Andriod和無線傳感網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1水質(zhì)采集點(diǎn)子系統(tǒng)

為了徹底了解河流的水質(zhì)情況,在每個(gè)節(jié)點(diǎn)處往往需要監(jiān)測(cè)水質(zhì)的多種參數(shù),例如PH值、硝酸鹽氮、高錳酸鹽、氨氮、溶解氧、溫度、電導(dǎo)率等。本設(shè)計(jì)利用溫度傳感器、酸堿鹽濃度傳感器、電導(dǎo)傳感器來分別測(cè)定水溶液的溫度、PH值和電導(dǎo)率，同時(shí)利用溶解氧傳感器檢測(cè)水中溶解氧量。傳感器將感受到的的信息以電信號(hào)的形式輸出之后，通過信號(hào)調(diào)理及A/D轉(zhuǎn)換電路得到穩(wěn)定的電信號(hào)，單片機(jī)對(duì)信號(hào)按照預(yù)存指令進(jìn)行分析處理，一般的傳感器輸出標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA電流或0～5V電壓。

2.2STM32嵌入式微控制器與無線傳感網(wǎng)絡(luò)

STM32單片機(jī)能夠?qū)Χ嗦穫鞲衅鬏敵鲂盘?hào)進(jìn)行采集并處理，并將采集結(jié)果通過串口發(fā)送至與其相連的zigbee中，zigbee通過其特定協(xié)議棧可以將水質(zhì)信息發(fā)送至相應(yīng)總節(jié)點(diǎn)，通過節(jié)點(diǎn)之間的信息傳遞可將最終信息發(fā)送到設(shè)備終端，在總結(jié)點(diǎn)處，zigbee將接收到的數(shù)據(jù)同樣通過串口反饋給STM32單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理之后將控制GSM無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到提前制作好的網(wǎng)頁鏈接上，使數(shù)據(jù)能夠不斷進(jìn)行更新。

2.3監(jiān)測(cè)控制設(shè)備

樂聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)意云平臺(tái)，借助這個(gè)平臺(tái)，我們可以注冊(cè)并創(chuàng)建自己的賬號(hào)并添加自己的測(cè)量設(shè)備，測(cè)量數(shù)據(jù)可根據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的更新而改變，同時(shí)輕松生成安卓手機(jī)客戶端，使用戶隨時(shí)隨地可以檢測(cè)到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)信息。電腦用戶也可以輸入網(wǎng)址輕松查看測(cè)量數(shù)據(jù)。

3.基于Andriod和無線傳感網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型

本系統(tǒng)由水質(zhì)采集點(diǎn)子系統(tǒng)、STM32嵌入式微控制器、zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)、GSM無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、監(jiān)測(cè)控制設(shè)備組成。具體方案如圖1所示。

圖1　基于Andriod和無線傳感網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型

4.結(jié)束語

隨著工農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，我國(guó)頻繁發(fā)生環(huán)境污染重大公共衛(wèi)生事件，調(diào)查研究表明，在絕大數(shù)環(huán)境污染事件中水污染所占比例高達(dá)70％。面對(duì)此類問題，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這一新興技術(shù)為人們提供了一種全新的獲取信息、處理信息的途徑。如今本技術(shù)在國(guó)內(nèi)正處于起步階段，未得到推廣，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的功能也沒有得到真正的完善。但是，隨著水利水庫(kù)、電站管理的智能化發(fā)展，本系統(tǒng)必定會(huì)廣泛的應(yīng)用，體現(xiàn)其真正的價(jià)值，在水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面必將掀起一場(chǎng)新的革命。

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基金項(xiàng)目：浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃暨新苗人才計(jì)劃項(xiàng)目2015R404014。

作者簡(jiǎn)介：王慧媛(1995-)，女，本科，主要研究方向：測(cè)控方向。