姜 晟，王衛(wèi)星，李亮斌，陳華強(qiáng)，焦國輝

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)電子工程學(xué)院，廣州 510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510642；3. 廣東省農(nóng)情信息監(jiān)測工程技術(shù)研究中心，廣州 510642；4.國家生豬種業(yè)工程技術(shù)研究中心，廣州 510642)

0 引 言

農(nóng)村飲用水安全問題不僅事關(guān)農(nóng)民群眾身體健康和生命安全，同時(shí)也影響著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展[1-3]。在與我國中等發(fā)達(dá)的城市相比，農(nóng)村的飲用水安全問題就與之有明顯差距，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，全國農(nóng)村飲用水被檢測為不安全的約占農(nóng)村總?cè)丝诘?5%[4]。水質(zhì)超標(biāo)與污染直接影響著飲用水安全，嚴(yán)重威脅農(nóng)村居民的身體健康。農(nóng)村飲用水安全的關(guān)鍵在于保障飲用水水源地安全，因而加強(qiáng)對農(nóng)村飲用水水源地水質(zhì)的監(jiān)測可有效降低水源地污染所帶來的各種風(fēng)險(xiǎn)。目前我國農(nóng)村飲用水水源地水質(zhì)監(jiān)測主要是以人工采樣實(shí)驗(yàn)室分析，衛(wèi)星遙感分析，以及水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站等方法為主[5-9]，但對于一些交通不便或地理?xiàng)l件較差的水源地，需監(jiān)測人員長期駐守管理，花費(fèi)大量的人力和物力并且存在著實(shí)時(shí)性差、監(jiān)測范圍小、耗時(shí)長和操作復(fù)雜等問題[10]，使得農(nóng)村飲用水水源地水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)延時(shí)，無法應(yīng)對飲用水安全突發(fā)事件，更不能在水源地發(fā)生污染前給予及時(shí)有效的警告。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有智能化程度高、信息時(shí)效強(qiáng)、覆蓋區(qū)域廣、支持多路傳感器數(shù)據(jù)同步采集、可擴(kuò)展性好等特點(diǎn)[11-14]，將其應(yīng)用于農(nóng)村飲用水水源地水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

目前，研究人員根據(jù)不同應(yīng)用場合對飲用水水質(zhì)監(jiān)測需求，設(shè)計(jì)了多種專用的監(jiān)測系統(tǒng)[15-19]。李亮斌等為解決目前農(nóng)村供水廠水質(zhì)監(jiān)測所存在的無線通信障礙、監(jiān)測成本高等問題，設(shè)計(jì)研制了一款農(nóng)村供水廠水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備。該設(shè)備可通過無線自組網(wǎng)形式組成水質(zhì)監(jiān)測局域網(wǎng)，將所采集的水質(zhì)數(shù)據(jù)匯集至水廠監(jiān)測中心。雖然該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集，但數(shù)據(jù)傳輸只是局限于由監(jiān)測設(shè)備所組成的局域網(wǎng)內(nèi)，無法實(shí)現(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測[20]。

蘇光云等在調(diào)研農(nóng)用水水源水質(zhì)監(jiān)測的實(shí)際需求基礎(chǔ)上，研究了溫度、電導(dǎo)率、pH值等指標(biāo)與水質(zhì)污染的關(guān)系，研發(fā)了網(wǎng)絡(luò)化、易部署的農(nóng)用水源水質(zhì)檢測儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度、濁度、酸堿度、溶解氧濃度、電導(dǎo)率等指標(biāo)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)農(nóng)用水源水質(zhì)監(jiān)測平臺，所監(jiān)測數(shù)據(jù)可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至遠(yuǎn)程平臺，該平臺的實(shí)施對于五水共治工作的開展具有推動(dòng)作用。但該平臺的每個(gè)水質(zhì)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)都需配備GPRS模塊，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)都需支付GPRS網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用，無形中增加了平臺的應(yīng)用成本，不利于大面積應(yīng)用推廣[21]。

謝靜等結(jié)合小型無人船設(shè)計(jì)了水質(zhì)監(jiān)測硬件系統(tǒng)，該系統(tǒng)由水上平臺模塊和手持終端模塊構(gòu)成，手持終端用于控制水上平臺的取樣以及移動(dòng),水上平臺模塊固定于小型無人船上，用于采集水質(zhì)數(shù)據(jù)，并通過nRF2401將數(shù)據(jù)無線傳輸至手持終端模塊在LCD顯示模塊顯示。該系統(tǒng)結(jié)合了無人船與水質(zhì)檢測，簡化了水質(zhì)定點(diǎn)采樣檢測工作，但由于無線通信芯片nRF2401的通訊距離存在很大的局限性，因此該系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)大面積水質(zhì)定點(diǎn)采樣檢測[22]。

雖然目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在各類環(huán)境在線監(jiān)測中得到了廣泛應(yīng)用，但在農(nóng)村飲用水水源地水質(zhì)在線監(jiān)測的試驗(yàn)與研究還比較缺乏。本文以農(nóng)村飲用水水源地水質(zhì)安全監(jiān)測為目標(biāo)，研制了傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)等監(jiān)測設(shè)備，并通過前期試驗(yàn)驗(yàn)證了方案可行性，為構(gòu)建基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)村飲用水水源地水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)提供了硬件技術(shù)支持。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

1.1 傳感器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)

由于水源地水質(zhì)監(jiān)測存在供電條件差，監(jiān)測周期長等特點(diǎn)，因此在傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)上遵循了模塊化、簡單化和低功耗的設(shè)計(jì)原則。傳感器節(jié)點(diǎn)主要由處理器模塊、無線通信模塊、傳感器模塊和電源模塊組成，為提高網(wǎng)絡(luò)的魯棒性與可靠性，傳感器節(jié)點(diǎn)在完成水質(zhì)數(shù)據(jù)采集的同時(shí)也兼具路由節(jié)點(diǎn)的功能，傳感器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，節(jié)點(diǎn)實(shí)物如圖2所示。

圖1 傳感器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Hardware structural diagram of the sensor node

圖2 傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖Fig.2 Picture of the node

為滿足節(jié)點(diǎn)性能優(yōu)越、功耗低等設(shè)計(jì)要求，處理器模塊采用STM32系列單片機(jī)STM32F103VET6為主控制芯片，可支持實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)融合處理等功能。

無線通信模塊是節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄海r(nóng)村飲用水水源地多為天然湖泊、河流或人工水庫等，具有監(jiān)測面積大、流域長等特點(diǎn)，因此采用具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)和發(fā)射功率可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)的WLK01L39作為射頻芯片，其在空曠環(huán)境下穩(wěn)定傳輸距離達(dá)2 km，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)遠(yuǎn)距離穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸。

由于農(nóng)村飲用水水源地對多為河流、湖泊和水庫，電源設(shè)施較為缺乏，因此考慮到節(jié)點(diǎn)體積、生存周期以及室外部署等需求，電源模塊采用10 Ah、12 V的大容量鋰電池組供電。12 V電源經(jīng)兩組TPS62170降壓電路降壓至5 V和3.3 V分別為傳感器模塊供電、處理器模塊、無線通信模塊供電。傳感器電源由MOS管FDN340P控制輸出，當(dāng)需要執(zhí)行數(shù)據(jù)采集任務(wù)時(shí)，MOS管導(dǎo)通輸出5 V電源；當(dāng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)斷開MOS管，關(guān)閉5 V電源輸出。

對于農(nóng)村飲用水水源地來說，水質(zhì)指標(biāo)中的溶解氧、pH、氨氮、亞硝酸鹽以及重金屬銅離子、鎘離子等指標(biāo)對飲用水安全至關(guān)重要，結(jié)合水質(zhì)指標(biāo)在線監(jiān)測可行性以及可靠性等因素，采用美國ASI公司的水質(zhì)離子選擇電極作為傳感器探頭用于采集水體中溶解氧、pH以及溫度指標(biāo)參數(shù),傳感器實(shí)物如圖3所示。傳感器數(shù)據(jù)接口為RS485接口，節(jié)點(diǎn)睡眠喚醒后使傳感器通電，通過RS485串口讀取水質(zhì)數(shù)據(jù)，為減少發(fā)送數(shù)據(jù)包次數(shù)降低功耗，傳感器節(jié)點(diǎn)將所有水質(zhì)數(shù)據(jù)壓縮為單個(gè)數(shù)據(jù)包傳輸至網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。由于項(xiàng)目進(jìn)度安排，氨氮含量以及銅、鎘等重金屬傳感器暫未采購，但節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)預(yù)留了多個(gè)RS485接口以備擴(kuò)展使用。

圖3 傳感器實(shí)物圖Fig.3 Picture of the sensor

1.2 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)接收、匯總、遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，由于水源地周邊網(wǎng)絡(luò)條件限制，因此選用GPRS網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程上傳媒介。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主要由處理器模塊、無線通信模塊、串口通信模塊、GPRS模塊、存儲模塊和電源模塊組成。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，實(shí)物圖如圖5所示。

圖4 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Hardware structural diagram of the gateway

圖5 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖Fig.5 Picture of the gateway

與傳感器節(jié)點(diǎn)相同，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的處理器模塊和無線通信模塊分別采用STM32F103VET6單片機(jī)芯片與WLK01L39射頻芯片完成任務(wù)調(diào)度與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信等功能；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的電源模塊采用與傳感器節(jié)點(diǎn)相同的供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)GPRS模塊及其他模塊的供電需求，同時(shí)通過MOS管控制GPRS模塊5 V電源的導(dǎo)通與斷開，有效延長了網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的壽命。

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)配備了一個(gè)存儲模塊，采用普通SD存儲卡作為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，對接收及匯總的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，保證數(shù)據(jù)完整。

GPRS模塊負(fù)責(zé)網(wǎng)關(guān)與Internet網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換和報(bào)警短信的發(fā)送，采用北京天同誠業(yè)科技有限公司的WG-8010作為GPRS通信模塊，該模塊具有數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、價(jià)格低廉、易開發(fā)等優(yōu)點(diǎn)。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

水源地監(jiān)測面積廣，節(jié)點(diǎn)間距離遠(yuǎn)，因此各節(jié)點(diǎn)需轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)才能保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積，因此本文的傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序包括調(diào)用底層的各個(gè)驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)采集與處理、發(fā)送與接收數(shù)據(jù)包等任務(wù)。傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序流程圖如圖6所示，節(jié)點(diǎn)周期性地采集數(shù)據(jù)，到達(dá)定時(shí)時(shí)間后，節(jié)點(diǎn)采集本地?cái)?shù)據(jù)并廣播至網(wǎng)絡(luò)，隨后進(jìn)入接收模式，此時(shí)當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包后，首先根據(jù)本地登記表判斷是否進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，如需轉(zhuǎn)發(fā)則在本地登記表內(nèi)登記流水號后轉(zhuǎn)發(fā)，反之不做處理繼續(xù)等待接收。在接收到同步信息包時(shí)，節(jié)點(diǎn)設(shè)置本地定時(shí)參數(shù)并將其轉(zhuǎn)發(fā)，最后進(jìn)入休眠狀態(tài)，直至休眠定時(shí)時(shí)間到，再進(jìn)行新一輪數(shù)據(jù)采集工作。

圖6 傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序流程圖Fig.6 Application program flowchart of the sensor node

2.2 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)主要用于調(diào)用硬件驅(qū)動(dòng)程序，整合數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，異常報(bào)警，文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份，時(shí)間同步協(xié)議等，實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的同步收發(fā)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與備份，以及數(shù)據(jù)異常時(shí)發(fā)送報(bào)警短信。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序流程圖如圖7所示。

圖7 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序流程圖Fig.7 Application program flowchart of the GPRS gateway

系統(tǒng)啟動(dòng)后，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)首先向網(wǎng)絡(luò)廣播同步數(shù)據(jù)包，使節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)同時(shí)進(jìn)入休眠。到達(dá)預(yù)定時(shí)間網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)喚醒后設(shè)置定時(shí)器，立刻進(jìn)入接收狀態(tài)，每接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包后首先將數(shù)據(jù)緩存至SD卡中，直到定時(shí)器時(shí)間到。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收完畢后，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將本輪網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過GPRS模塊接入至Internet網(wǎng)絡(luò)并傳輸至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理平臺，當(dāng)水質(zhì)重金屬數(shù)據(jù)異常時(shí)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送中文報(bào)警短信至用戶手機(jī)。所有任務(wù)執(zhí)行完畢后網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)再次向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送同步數(shù)據(jù)包使網(wǎng)絡(luò)休眠，等待下一輪網(wǎng)絡(luò)喚醒。

3 節(jié)點(diǎn)性能分析與試驗(yàn)結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)室和校園環(huán)境下分別對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了性能測試，測試項(xiàng)目包括傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)功耗測試、通信距離測試、遠(yuǎn)程采集精度測試以及組網(wǎng)測試。從測試結(jié)果表明，節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)村飲用水水質(zhì)在線采集和遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ堋?/p>

3.1 節(jié)點(diǎn)功耗測試

節(jié)點(diǎn)硬件性能測試主要從低功耗性能測試出發(fā)，通過利用高精度電流表接入至節(jié)點(diǎn)電路，檢測傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)不同工作模式下的工作電流，從而進(jìn)行硬件性能測試。傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)經(jīng)過多次功耗測試數(shù)據(jù)記錄取平均值記錄，測試結(jié)果如表1所示，系統(tǒng)采用喚醒休眠機(jī)制，有效延長了節(jié)點(diǎn)的生命周期，實(shí)現(xiàn)了低功耗設(shè)計(jì)要求。

表1 功耗測試數(shù)據(jù)表 mA

3.2 通信距離測試

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信距離是節(jié)點(diǎn)硬件性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，直接影響著網(wǎng)絡(luò)覆蓋連通性能。飲用水水源地通常空曠且面積較大，由于節(jié)點(diǎn)間部署距離遠(yuǎn)，需具有較遠(yuǎn)的通信距離才能保證網(wǎng)絡(luò)連通性。在校園環(huán)境下測試了節(jié)點(diǎn)的有效通信距離。設(shè)置天線距離地面高度為1.5 m，發(fā)射功率為10 dBm，發(fā)射測量的節(jié)點(diǎn)有效通信距離平均值見表2。

表2 校園環(huán)境下節(jié)點(diǎn)的通信距離 m

3.3 遠(yuǎn)程采集精度測試

節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集精度是指觀察者獲取信息的精確度，若要準(zhǔn)確地掌握水源地水質(zhì)信息，則要求節(jié)點(diǎn)具有較高的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集精度。該測試分別對節(jié)點(diǎn)的溶解氧遠(yuǎn)程采集精度、pH遠(yuǎn)程采集精度以及溫度遠(yuǎn)程采集精度進(jìn)行測量。測試采用哈希DREL1900多參數(shù)水質(zhì)分析儀與本文所使用的傳感器同時(shí)放置在湖水樣本中進(jìn)行測量，當(dāng)場記錄DREL1900分析儀讀數(shù)，傳感器節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程傳輸至系統(tǒng)后臺，對兩組測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，得出本文所設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)的pH遠(yuǎn)程采集誤差范圍為0.63%～1.67%，溶解氧遠(yuǎn)程采集誤差范圍為1.10%～2.20%，溫度遠(yuǎn)程采集誤差范圍為2.23%～2.27%(見表3)。

3.4 組網(wǎng)測試

為模擬在水庫對水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行在線監(jiān)測，在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)洪澤湖部署了2個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)與1個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了WSN組網(wǎng)測試，測試時(shí)間為2016年11月22日至2017年1月3日，設(shè)定傳感器節(jié)點(diǎn)每隔30 min采集、發(fā)送一次數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)包發(fā)送后進(jìn)入接收模式，在接收到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的同步信息后進(jìn)入休眠狀態(tài)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送至系統(tǒng)后臺。對43 d的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，2個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)分別發(fā)送數(shù)據(jù)包2 064個(gè)，遠(yuǎn)程接收到1號節(jié)點(diǎn)2 029個(gè)，2號節(jié)點(diǎn)2 013個(gè)，網(wǎng)絡(luò)平均丟包率為2.08%，測試結(jié)果如表4所示，節(jié)點(diǎn)部署衛(wèi)星圖如圖8所示，測試現(xiàn)場圖如圖9所示，2016年12月13日00∶24-23∶56的遠(yuǎn)程監(jiān)測溫度、pH和溶解氧變化圖分別如圖10～圖12所示。

4 結(jié) 語

表3 湖水樣本水質(zhì)遠(yuǎn)程采集精度測試

注：DREL1900分析儀的pH鈉誤差為-0.6pH；溶解氧測量誤差為±0.2 mg/L；溫度測量誤差為±0.3 ℃。

表4 網(wǎng)絡(luò)丟包率統(tǒng)計(jì)

圖8 節(jié)點(diǎn)部署衛(wèi)星圖Fig.8 Satellite map of nodes deployment

圖10 溫度變化圖Fig.10 Changes of water temperature

圖11 pH值變化圖Fig.11 Changes of pH value

圖12 溶解氧濃度變化圖Fig.12 Changes in the concentration of dissolved oxygen

為解決傳統(tǒng)農(nóng)村飲用水安全監(jiān)測中所存在的工作量大、實(shí)時(shí)性差等問題，本文探討了利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)村飲用水安全監(jiān)測的可行性，設(shè)計(jì)研制了農(nóng)村飲用水安全監(jiān)測傳感器節(jié)點(diǎn)與GPRS網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，并開展了相關(guān)性能測試，測試結(jié)果表明：

(1)通過元件選型、硬件電路設(shè)計(jì)與程序設(shè)計(jì)，研制了面向農(nóng)村飲用水安全監(jiān)測的傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與遠(yuǎn)程傳輸。

(2)傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)在監(jiān)測過程中功耗低，傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)休眠時(shí)的電流消耗平均為0.026 mA，傳感器節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)發(fā)送以及數(shù)據(jù)接收時(shí)的電流消耗分別為32.82、27.35與23.24 mA，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收以及數(shù)據(jù)上傳時(shí)的電流消耗分別為34.47、30.12和57.43 mA。

(3)在為期43 d的組網(wǎng)測試中，網(wǎng)絡(luò)平均丟包率為2.08%。網(wǎng)絡(luò)丟包率與節(jié)點(diǎn)部署位置、天線高度等因素緊密相關(guān)，在實(shí)際的監(jiān)測過程中，可通過改變無線模塊發(fā)射功率、調(diào)整天線高度、增加路由節(jié)點(diǎn)等手段降低網(wǎng)絡(luò)丟包率。

(4)通過傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和研制，可為農(nóng)村飲用水水源地水質(zhì)在線監(jiān)測提供高效、科學(xué)的信息支持，為構(gòu)建基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)村飲用水水源地水質(zhì)安全監(jiān)測系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。

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