远程水质自动监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种远程水质自动监测系统，属于无线传感器技术领域。
【背景技术】
[0002]随着无线传感器技术的不断发展，其应用领域越来越广泛，尤其是在水质监测方面有着非常重要的实际应用前景。由于无线传感器网络(WSN)受到自身组网规模和组网方式限制，通讯距离有限。而水质监测有不少情况下被监测区域距离监测部门往往较远，需要将无线传感器网络与其他技术相结合，以实现区域监测数据的远距离传输。
【发明内容】
[0003]为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种远程水质自动监测系统，将WSN与M2M技术相结合，为自动监测水质、自动分析数据、可自动采集水样提供了硬件支持，具有智能化程度高，响应速度快、功耗低、操作方便的优点。
[0004]本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是:提供了一种远程水质自动监测系统，包括数据采集节点和上位机，所述数据采集节点为一组组网的数据采集节点，所述数据采集节点依次通过M2M网关、汇聚节点和M2M平台服务器与上位机连接，数据采集节点通过M2M网关与汇聚节点进行数据传递，汇聚节点通过GPRS网络与M2M平台服务器连接，M2M平台服务器通过Internet网络与上位机连接;所述汇聚节点由CC2530无线通讯模块和GPRS模块组成;所述数据采集节点包括依次连接的数据采集模块、微处理器和CC2530无线通信模块，其中数据采集模块包括相互连接的数据采集电路和信号调理电路连接，数据采集模块通过信号调理电路与微处理器连接，单片机通过RS232接口与CC2530无线通信模块连接;所述微处理器采用STM32单片机;数据采集电路包括分别与信号调理电路连接的pH值采集电路、电导率采集电路、氟离子采集电路和温度采集电路。
[0005]所述数据采集节点还包括用于供电的电源模块，所述电源模块由依次连接的太阳能板、可充电电池和电源转换模块组成。
[0006]本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于:
[0007](I)本发明为自动监测水质、自动分析数据、可自动采集水样提供了硬件支持，改变以往需要人工携带测量仪器到监测地点测量数据、采集水样的方式，只需在第一次携带仪器到监测地点进行安装，之后只需要在远程上位机上即可观察到每天水体的水质情况，使得监测更加轻松便捷，节省人力物力；
[0008](2)本发明的M2M平台服务器以及STM32单片机为实现自动监测提供了硬件平台，能够使得智能监测成为可能；
[0009](3)本发明的数据采集节点蔡永太阳能电源模块，太阳能作为一种新能源，不会影响生态平衡，也不会造成环境污染和危害，绿色环保;太阳能电池只要在阳光充足的条件下，便可将电池电压维持在24V，可供无光时仪器使用，适用于在仪器长期放置在野外的实际情况；
[0010](4)本发明数据采集节点与汇聚节点之间采用Zigbee广播通信，便于多个节点之间的交流，增加信号的抗干扰能力，在具体的野外环境中，可以根据水域的安装需求扩展、改变节点的数量和放置位置，以适应环境需求，便于推广使用;各节点之间的通信方式采用串口通信、Zigbee广播和GPRS通信相结合的方式，低耗电、低成本、低复杂度、快速、安全可靠，数据传输更加稳定，抗干扰能力强，适应于远距离传输；
[0011](5)本发明采用大规模集成电路设计，具有硬件电路模块化、抗干扰能力强的特点，数据采集节点的控制器采用性能强的32位处理器，提高系统的响应速度，汇聚节点采用低功耗单片机，在保证系统的性能和控制需要的前提下降低系统功耗，在野外可以待机更长时间。
【附图说明】
[0012]图1是远程水质自动监测系统的结构示意图。
[0013]图2是数据采集节点的结构框图。
[0014]图3是汇聚节点的结构框图。
[0015]图4是电导率采集电路示意图。
[0016]图5是pH值米集电路不意图。
[0017]图6是氟离子采集电路示意图。
[0018]图7是温度采集电路示意图。
[0019]图8是CC2530无线通讯模块电路示意图。
[0020]图9是GPRS模块电路示意图。
[0021 ]图10是SBHH只别模块b电路示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0023]本发明提供了一种远程水质自动监测系统，参照图1，包括数据采集节点和上位机，所述数据采集节点为一组组网的数据采集节点，所述数据采集节点依次通过M2M网关、汇聚节点和M2M平台服务器与上位机连接，数据采集节点通过M2M网关与汇聚节点进行数据传递，汇聚节点通过GPRS网络与M2M平台服务器连接，M2M平台服务器通过Internet网络与上位机连接。
[0024]所述M2M网关负责采集节点和汇聚节点之间的通信，通过多跳组网的形式，将水质采集节点的数据发送至汇聚节点。
[0025]参照图3，所述汇聚节点由CC2530无线通讯模块和GPRS模块组成。
[0026]CC2530无线通讯模块电路示意图如图8所示，由CC2530F256单片机及外围电路构成，开放频段，工作频段为2.4GHz，具有16个传输信道，根据环境进行切换可靠通信信道，无线传输速率达250kbps。
[0027]CC2530无线通讯模块工作原理如下:
[0028]CC2530是高性能、低功耗的具有代码预取功能的8051内核单片机CC2530F256，其内部具有丰富的外设资源，满足了接口的需要。CC2530无线通信模块还包括多路校准时钟、2.4GHz IEEE802.15.4兼容RF收发器、供电电路，供电电路由电容ClO?C17和电感L4构成，用于对电源去耦和滤波，以使电源性能更加优良；RF收发器由电感L1、L2、L3、电容C18?C24和天线El构成，接收时，负RF输入信号到LAN，正RF输出信号到LAN，发送时，来自PA的负RF输出信号，来自PA的正RF输出信号；外部校准时钟由32M晶振Yl和电容C26、C27及32.678KHZ晶振Y2和电容C28、C29构成。
[0029]GPRS模块如图9所示，GPRS模块包括SIm卡识别模块b，SIM卡识别模块b如图10所示。GPRS模块由SHOOO芯片和SMF50C芯片及其外围电路和可以把串口设备采集的数据，通过GPRS网络把数据，发送到M2M平台服务器。
[0030]GPRS模块工作原理如下:
[0031]微处理器b为三频段GPRS芯片SHOOO，该芯片可在全球范围内的三中频率下工作，能够提供GPRS多信道类型，支持CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四种GPRS编码方案;保护电路b由芯片SMF05C和电阻R16、R17、R18构成，SMF05C专门为了保护敏感电子产品免受静电放电或闭锁等其他电压引起的瞬态事件造成的损害而设计的，可以保护多达五条数据线路，都是单向线路，可应用于正极性的线路信号；稳压电源模块13由組029302芯片、电阻1?20、1?21、1?22、瓷片电容C31、电解电容C32构成，Mic29302芯片为稳压器拓扑结构，可调式输出电压1.25V?26V，输入电压最高26V。
[0032]汇聚节点的工作原理如下:CC2530无线通信模块通过串口通信，将所有采集节点采集的水质数据发送给GPRS模块，再由GPRS模块将这些数据发送到网络。GPRS模块由微处理器模块c、微处理器模块b、稳压电源模块b、SIM卡b、保护电路b构成，微处理器模块c与微处理器模块b通过串口连接，微处理器模块c通过串口通信，将接收到的水质数据传输给微处理器模块b; SIM卡b为支持2.5G射频GPRS通信的手机卡，通过保护电路进行读写操作;微处理器模块b与S頂卡b连接电源线、1/0数据线、时钟线、复位线，实现双向通信，微处理器模块b，通过控制1/0口的电平，对SIM卡b进行读写操作，将水质数据发送到移动通信网络中，保护电路通过1/0数据线返回数据给微处理器模块b;稳压电源模块b为微处理器模块b提供4V稳压电源，供微处理器模块b和保护电路b正常工作。
[0033]汇聚节点需放置在水质数据采集节点110米之内，用于接收所有水质数据采集节点发送的水质数据，具有独立供电电源，接收电流小于30mA，发射电流小于50mA，耗电少，功耗低，可在野外使用很长时间。
[0034]参照图2，所述数据采集节点由依次连接的数据采集模块、微处理器和CC2530无线通信模块组成，其中数据采集模块包括相互连接的数据采集电路和信号调理电路连接，数据采集模块通过信号调理电路与微处理器连接，单片机通过RS232接口与CC2530无线通信模块连接。所述微处理器采用STM32单片机。数据采集电路包括分别与信号调理电路连接的pH值采集电路、电导率采集电路、氟离子采集电路和温度采集