无线水质监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于水质监测技术领域，涉及温室环境条件的检测，具体涉及一种无 线水质监测系统。
【背景技术】
[0002] 水是人类赖以生存的根本，科学研宄表明人类在没有食物的情况下能生存七天， 在没有水的情况下只能生存三天。虽然我们生活的地球很大面积都被水所覆盖，但是人们 所能使用的淡水资源仅占地球总水量的0. 2%。而随着人口膨胀和经济的高速发展，水污染 现象越来越严重。依水利部提供的数据显示，2010年我国38. 6%的河长劣于三类水，三分 之二的湖泊富营养化。水资源紧缺、水污染等问题日益严重，我国的水质监测和水污染治理 工作面临着巨大的挑战。
[0003] 水质监测是水资源管理和污染控制的主要手段之一，目的在于掌握水质现状及其 发展趋势，分析判断事故原因、危害，为采取污染治理对策提供依据，也为开展水资源质量 评价、预测预报提供基础数据和手段。水质的优劣直接影响到各行各业的生产和人民的生 活。如今年年初发生的兰州饮用水苯超标事件，由于监测不及时，使得受污染的水源流入城 区居民饮用水，引发社会恐慌。因此，在水质监测上，政府不仅应呼吁国民的环保意识，更应 提高水质的监测和控制能力，使得水质监管能及时、有效的展开，减轻水体污染所造成的危 害。
[0004] 传统的水质监测方法主要分为3种：⑴采用便携式水质监测仪人工取样、实验室 分析的方式，取样频率为每月数次到每日数次，是重点流域断面采样的主要方法。⑵采用由 一个中央控制室和若干个监测子站组成的水环境自动监测系统，对水环境参数进行自动连 续监测，数据远程自动传输，可以实时查询所设站点的水质参数。这两种方式，前者虽然分 析精度高，但存在监测周期长，劳动强度大，数据采集和传输速度慢，难以发现突发性污染 情况等问题，后者尽管具有能动态反映水质情况，测量及时等优点，但由于有铺设电缆和建 立监测子站的施工要求，因而存在对原有的生态环境影响大、系统投资成本高、监测点位置 固定，监测范围小等缺点。⑶采用遥感技术或水生物活性测定的新型水质监测方法，遥感技 术是以非接触方式对水体进行电磁波谱特性（辐射、反射和散射）探测，只能对水体的浑浊 度、透明度、悬浮物浓度，以及浮游植物（如蓝藻、硅藻等）进行检测，对于水体中的溶解性 有机物、化学性指标（如溶解氧DO、化学需氧量COD、氨氮NH3N等）还不能检测；水生物活 性测定的方法有鱼测法、水虱测法和人工底质测定法，这种水质监测方法精度较低。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种无线水质监测 系统，通过在被监测区域内部署无线传感器节点，实时监测水体参数信息并无线传输至控 制管理中心的数据服务器，数据服务器通过互联网技术使得监管人员可以远程监测水质信 息，无线水质监测系统可以有效弥补传统技术的缺点，满足水质监测信息化、网络化的要 求，同时具有费用低、功耗低、可靠性高、使用方便等优点，可带来强大的经济和社会效益。
[0006] 为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
[0007] 无线水质监测系统，包括数据采集部分、数据传输部分和控制管理部分，其中：
[0008] 数据采集部分包括由用于获取水体温度、PH及电导率值的传感器组和分布于监测 区域的单个无线传感器节点3 ;
[0009] 数据传输部分为由所述各个无线传感器节点3自组织形成的Zigbee分布式网络， 各个无线传感器节点3的数据以无线的方式直接传输给汇聚节点1，或者，通过中继路由节 点2以无线的方式传输给汇聚节点1 ;
[0010] 控制管理部分为接收所述汇聚节点1传输数据的控制管理中心5,控制管理中心5 内置与远程客户端6通信的通信模块，将数据传输至远程客户端6。
[0011] 所述无线传感器节点3包括水质监测模块、Zigbee模块一和电源模块，所述水 质监测模块包括传感器接口和信号调理电路，传感器接口与传感器组的各传感器连接， 从所述传感器组接收监测数据，信号调理电路对获取的监测数据进行模数转换和放大处 理，Zigbee模块一接收并存储或向外发送该处理后的数据，电源模块一为水质监测模块和 Zigbee模块一供电。
[0012] 所述汇聚节点1包括Zigbee模块二、外围扩展电路和电源模块二。
[0013] 所述Zigbee模块一和Zigbee模块二均选用CC2530F256芯片作为主控，Zigbee 模块一分块设计为无线通信模块一和扩展底板模块一，无线通信模块一只负责RF收发，包 括时钟电路、天线以及扩展底板模块一接口电路，扩展底板模块一包括引出的CC2530数字 10 口电路、仿真器连接口、电源及滤波电容电路以及复位按键电路；Zigbee模块二分块设 计为无线通信模块二和扩展底板模块二，无线通信模块二只负责RF收发，包括时钟电路、 天线以及扩展底板模块二接口电路，扩展底板模块二包括按键电路、LED显示和串口通信电 路。
[0014] 所述传感器组中，采用DS18B20数字式温度传感器获取水体温度，采用PH电极测 量水体PH值，采用双极性脉冲测量电路获取水体电导率。
[0015] 所述双极性脉冲测量电路包括一个两级式电导电极，在该两级式电导电极上输入 高频正负脉冲，该两级式电导电极的输出经放大、整流和模数变换得到数字形式的电导率 值。
[0016] 所述汇聚节点1与控制管理中心5之间通过RS232串口模块4通信。
[0017] 本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
[0018] (1)将无线传感器网络技术应用于水质监测领域，结合Zigbee技术和传感器技 术，实现了小型的无线水质监测系统。
[0019] (2)设计了应用于PH值、电导率采集的信号调理电路，简化了传统的水质采集电 路设计。
[0020] (3)完成ZigBee协议栈的移植、修改和水质监测系统相关的应用程序，包括人机 界面，AD转换及数据发送等功能。
[0021] (4)控制管理中心设计了上位机界面，将通过Zigbee协议采集的数据以以太网 TCP/IP协议方式发送出去，实现水质监测内部网络与因特网的互联。此外，设计了基于安卓 手机的客户端监控界面，使得水质监测更加便捷。
【附图说明】
[0022] 图1为本实用新型的系统框图。
[0023]图2为本实用新型无线传感器节点的结构框图。
[0024] 图3为本实用新型汇聚节点和路由节点的结构框图。
[0025] 图4为本实用新型Zigbee模块的无线通信电路图。
[0026] 图5为本实用新型无线传感器节点的扩展底板电路图。
[0027] 图6为本实用新型PH信号调理电路。
[0028] 图7为本实用新型双极性脉冲法测量电路的结构框图。
[0029] 图8为本实用新型高频正负脉冲产生电路图。
[0030] 图9为本实用新型信号放大整流滤波电路图。
[0031] 图10为本实用新型汇聚节点扩展底板电路电路图。
[0032] 图11为本实用新型汇聚节点程序流程图。
[0033] 图12为本实用新型传感器节点程序流程图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
[0035] 如图1所示，无线水质监测系统由数据采集部分、数据传输部分和控制管理部分 等组成。数据采集部分包括分布于监测区域的传感器组和无线传感器节点3,用于获取水 体的温度、PH值、电导率等物理量。数据传输部分为由多个无线传感器节点3自组织成的 Zigbee分布式网络，各个无线传感器节点3的数据以无线的方式直接传输给汇聚节点1，或 者，通过中继路由节点2以无线的方式传输给汇聚节点1。控制管理部分为控制管理中心