随着时代的发展, 传统的水质监测装置存在着许多的弊端, 其中最主要的缺点在于传统的水质监测装置、成本高、不稳定、布线比较繁琐, 数据采集不及时等问题。有些时候还会出现误报监测情况等, 甚至还影响水质的实时监测采集。
基于Zigbee无线传感器网络的水质监测系统具有一系列优点。例如:具有较宽的监测面积, 系统能够自动构成网络, 开发成本不高, 能高效工作以及对水域的环境影响小容易大范围对水域进行监测。该文运用Zigbee开发的水质监测无线传感系统, 设计软件方案对水质实现监测。
水质检测技术是水源地, 水产养殖, 环境保护等的重要工作。在一些重要的水源地, 和环境保护的地方都安装了水质监测的装置, 例如对水质的PH值, 温度, 电导率等进行实时监测, 可以随时知道水质的一些情况, 起到保护水源, 污水排放的重要工作。
本系统主要是分布在监测区域的传感器节点和汇聚节点组成的ZigBee自组织网络以及实现数据的通信、监测、存储和显示的上位机移动设备组成中的温度、pH值、浑浊度三个水质指标, 并且考虑到水质会有垂直的变化, 传感器节点以垂直的方式排列, 采用立体的监测方式, 使传感器接触到的深度都有水质监测信息, 这样就可以建立更加全面的水质数据库。
传感器节点主要负责实时数据采集与处理, 将数据信息远距离传输任务, 节点一般由数据采集模块, 微处理模块, 无线通信模块和电源模块四部分组成。数据采集模块负责采集范围内的水质参数信息, 并且将采集到的数据发送给处理器模块进行处理。
Zigbee是一种短距离双向无线通信技术, 在满足标准需求的基础上, 考虑建设成本, 传输距离和网络组网方式的要求。能够构建一个可覆盖至少几个到几万个网络节点的无线传输网络, 占用空间小, 建设成本低, 数据交换可靠, 兼容性好的等优点拓扑结构如图所示。
星型网络拓扑结构:底层的若干个终端节点只可与上层汇聚节点去进行数据通信。网状拓扑结构:汇聚节点作为组建者, 网络中的一些相关操作均由它去完成。随意的两个节点之间的通信路径都有多种, 故系统通信的可靠性高。
树状网络拓扑结构:不仅拥有星型拓扑结构结构简单性, 而且扩大了覆盖的范围。它能让消息跨过障碍, 增强网络扩展性, 但多跳会导致消息的高度延迟。
若想建立一个无线传感器网络, 其网络拓扑结构的选择很重要。综上所述我们选择网状拓扑结构。
无线传感器网络水质监测系统主要实现对水质的实时监测和对污水排放的预知, 传感器完成对监测区域内水体信息的采集, 如图1所示该装置采用垂直设计, 克服了传统的水质监测装置只是采集一个深度的水域水质参数的困难, 每一个深度分布相同的传感器, 我们将采用温度、PH、浑浊度传感器等对水质进行采样。以实现对水域的垂直的监测。并且将采集到的水质信息传输到汇集节点, 经过处理以后, 以便在用户的屏幕显示出来。
本文中的无线水质实时监测系统由屏幕显示模块, 远程显示模块 (PC屏幕) 、蜂鸣器预警模块、PH传感器、浑浊度传感器、温度传感器和上位机, ZigbeeCC2530终端模块等。总体的设计如图2所示。
浊度传感器TS-300B型, 传感器基于光学原理, 利用发光二极管和光电三极管对特定波长的接收作用, 来测量水质的不透光度或者其他物质的浓度。通过使用光电三极管和发光二极管, 传感器通过发光二极管光源发出的光经污水发射, 部分光传播到光电三极管, 根据接收到的光线量, 计算出水的浊度。
温度传感器, 本文主要选择DS8B20温度传感器, 该传感器的主要特点是, 适应范围更宽可以监测更多地水质温度数据, 温度范围为-55℃～+125℃之间且精度为正负0.5℃左右, 可以为系统提供更精确的监测数据。
该传感器还支持多点组网功能, 可以使用多个传感器并联在唯一的三线上, 实现组网多点测温。且传感器不需要任何外围, 全部的传感元件集中在一只三极管的集成电路之内。并且监测的结果直接出数字温度信号便于查看和监测预警。
该传感器具有连线简单, 方便实用。用来检测被测物中的氢离子浓度并且转换成可用的输出信号到的传感器, 且该传感器具有以下特点, 快速的电缆接头方便插拔, 且具有防水功能一体化设计, 寿命长、多种安装方式、便于装配、抗化学腐蚀能力强, 整体的密封在一起, 消除泄露的现象, 该电极浸入溶液后传感器的两侧要发生离子交换, 有氢离子进出。同样, 玻璃膜内侧与膜内装溶液也要发生相应的离子交换, 也有H+进出逐渐在膜外侧和膜内侧两个相界面之间建立起一个相对稳定的电势差。由此测量出水质的PH值。
电源模块的选择, 当下比较方便的便携移动电源, 10000毫安的便携移动电源, 系统使用USB接口供电, 连接比较方便且实现了无线的目的, 并且该供电模块, 实测续航比普通的电池供电时间长, 方便用户且拆卸方便, 充电快等。
以上提出的以Zigbee为基础的无线水质实时监测系统, 符合当下水质监测的要求, 系统采用智能的自动报警系统, 当超过了设定的阈值以后, 会通过蜂鸣器报警, 大大提高了水质监测的智能性, 且可以在远距离小于等于300米的传输距离以内实现水质参数的传输。通过分析几种传感器的优点和网络的拓扑结构等选择本文的方案符合当下的水质测量要求, 为水产养殖和水质监测等需要水质监测方面提供技术支持。
摘要：面对传统水质监测成本高, 监测范围小, 监测不及时等问题。结合无线传感网络ZigBee技术。本文提出了一种新的水质监测无线传感器网络系统线水质监测系统——智能无线水质监测系统。无线通信技术选择ZigBee技术。因为Zigbee技术组网能力强, 价格低廉, 不复杂, 通信距离合适等特点。
关键词：无线传感器网络,Zigbee水质监测
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