摘 要：智能水情檢測(cè)系統(tǒng)是一款便攜、環(huán)保、簡(jiǎn)單、實(shí)用、監(jiān)測(cè)精度高、智能化的水情檢測(cè)系統(tǒng)?？衫迷撎自O(shè)備對(duì)水庫(kù)、雨水處理系統(tǒng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)等區(qū)域的水位、PH值和水溫等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量和監(jiān)控，通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以實(shí)時(shí)掌握相關(guān)水域的水質(zhì)情況，對(duì)水域監(jiān)測(cè)和評(píng)估等方面有非常實(shí)用的價(jià)值。該智能水情檢測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過ZigBee無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄⑺閿?shù)據(jù)傳到接收匯聚節(jié)點(diǎn)，經(jīng)匯聚節(jié)點(diǎn)處理后通過Wi-Fi和藍(lán)牙兩種方式傳到手機(jī)、平板等進(jìn)行顯示，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)控的功能，以方便系統(tǒng)的擴(kuò)統(tǒng)和用戶對(duì)水位及水質(zhì)情況進(jìn)行觀察和記錄。

關(guān)鍵詞：PH值；液位；水溫；ZigBee；Wi-Fi；藍(lán)牙

對(duì)于水庫(kù)、雨水處理系統(tǒng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)等區(qū)域的測(cè)量和監(jiān)測(cè)來(lái)說有相當(dāng)重要的意義。本文設(shè)計(jì)了一款小型、使用簡(jiǎn)單、成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的便攜式智能水情檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對(duì)水質(zhì)狀況（包含水的PH值和溫度）以及所處水域的水位深度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)試數(shù)據(jù)可通過Wi-Fi和藍(lán)牙的方式發(fā)送至手機(jī)終端顯示出來(lái)。智能終端水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用及操作非常的簡(jiǎn)單，智能化程度高，通過對(duì)系統(tǒng)的使用極大地減輕了水情監(jiān)測(cè)人員對(duì)水質(zhì)的檢測(cè)工作的難度。

1 終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

智能水情檢測(cè)系統(tǒng)主要分為終端節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)三部分。終端節(jié)點(diǎn)主要測(cè)量相關(guān)水域的PH值、溫度、水位等參數(shù)。本系統(tǒng)采用的模塊化的設(shè)計(jì)方式，主要由水位傳感器模塊、PH傳感器、水溫傳感器、2.4GZigBee無(wú)線發(fā)射接收模塊、電源系統(tǒng)、MCU微控制器等部分組成。各個(gè)檢測(cè)模塊的數(shù)據(jù)經(jīng)過MCU模塊處理后經(jīng)過無(wú)線傳輸方式發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)。終端節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖1所示。

水位傳感器：采用超聲波非接觸液位傳感器DYP-DS1603L，其接口有VCC、GND、TX和RX。利用超聲波穿透技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的測(cè)量；通過UART通信技術(shù)，將傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿⒖刂破?，傳感器UART數(shù)據(jù)輸出為4字節(jié)，分別為數(shù)據(jù)幀頭（0xFF）、距離數(shù)據(jù)的高8位、距離數(shù)據(jù)的低8位、通信校驗(yàn)和。在MCU微控制器串口中斷中只需檢測(cè)是否接收到數(shù)據(jù)幀頭和數(shù)據(jù)尾，然后通過程序算法得出最終液位值。

PH傳感器：采用E-201-C型pH復(fù)合電極，對(duì)所在水域的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。該傳感器的測(cè)量范圍為PH0-14，輸出為模擬電壓。由于PH值與溫度有關(guān)，所以，一般還要增加一個(gè)溫度傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償。水溫傳感器選擇DS18B20，輸出為IIC數(shù)字信號(hào)。

為了該系統(tǒng)能在大范圍區(qū)域正常工作，采用了ZigBee無(wú)線傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。ZigBee技術(shù)是一種測(cè)量范圍在1000米內(nèi)、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)，其主要用于典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇數(shù)據(jù)傳輸和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。

2 匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

匯聚節(jié)點(diǎn)主要由Wi-Fi模塊、藍(lán)牙模塊、微控制器、ZigBee無(wú)線傳輸模塊和電源模塊組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。ZigBee無(wú)線傳輸模塊接收終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的傳感器數(shù)據(jù)，即PH值、水位和水溫參數(shù)等。Wi-Fi模塊和藍(lán)牙模塊負(fù)責(zé)短距離無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件分為水面檢測(cè)站程序和地面站程序，水面站主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，處理和無(wú)線發(fā)送。地面站主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收集及匯總，其軟件程序流程圖如圖3所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模塊分離化，大面積水域可投放多個(gè)檢測(cè)模塊檢測(cè)不同區(qū)域水位，形成蜂窩式布局；實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，從水面數(shù)據(jù)傳輸?shù)孛嬲?，地面站接收到?shù)據(jù)然后顯示在顯示屏上，用戶也可通過手機(jī)APP進(jìn)行Wi-Fi連接后獲取當(dāng)前數(shù)據(jù)。在后續(xù)的功能完善中，將采用GSM通信，只要在可以上網(wǎng)的地域都可通過終端接收，將水面站所測(cè)數(shù)據(jù)顯示在手機(jī)APP上，實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)范圍檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)

[1]喻紀(jì)文，賈露，李青，朱曉輝.基于4G網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)分布式數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)研究[J].軟件導(dǎo)刊，2018，17（2）.

[2]郭鵬飛，溫志渝，周穎，劉海濤.基于樹莓派的遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2018，4.

[3]張靜，皇甫瑋喆.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地表水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子與封裝，2016（12）.

[4]郝強(qiáng)，王少坡，費(fèi)瓊，張鵬達(dá)等.海綿城市建設(shè)背景下校園雨水水質(zhì)監(jiān)測(cè)研究[J].天津城建大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，3.

[5]申偉，杜文娟.基于ZigBee無(wú)線傳感技術(shù)的水庫(kù)水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2018，4.

作者簡(jiǎn)介

王玲（1988-），女，漢族，重慶璧山人，碩士研究生，講師，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)控制。