基于Andriod和無線傳感網絡的水質監測系統

王慧媛浙江師范大學數理與信息工程學院

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基于Andriod和無線傳感網絡的水質監測系統

王慧媛
浙江師范大學數理與信息工程學院

摘要：基于Andriod和無線傳感網絡的遠程水質監測系統作為一個新興的項目，具有廣闊的發展前景。在提高電站、水利局的管理水平、提升我國水資源保護的水平、推進對廣大人民群眾對水質了解等方面均可取得很好的效果。

關鍵詞：Zigbee無線傳感網絡；網絡節點；水質監測；樂聯網開發平臺

引言

近年來，我國的社會經濟飛速發展,環境問題卻日漸凸顯，對水資源的保護更是迫在眉睫。2013年12月26日，浙江省委省政府在全省經濟工作會議上，作出了“五水共治”、“五措并舉”的工作部署。然而，傳統的監測方法多是在某些斷面或監測點定時定點取樣之后，將樣品帶回實驗室分析或現場測定，監測頻率也是每月數次，無法及時、準確的反映水質污染變化過程。隨著電子技術的發展，目前國內外在水質監測系統上的研究和應用已經從傳統的人力監測發展到現今的在線監測系統，但由于數據傳輸多采用有線網絡，致使布線繁瑣、維護困難、價格不菲等缺點。

1.無線傳感網絡的水質監測系統基本構架

1.1水質監測系統要求

本文研究采用基于Zigbee技術的無線網絡實現在自然環境中對水質數據的采集，通過互聯網將水質數據傳輸到遠程中心服務器。監測區域部署傳感器終端節點，在網絡的可覆蓋范圍內活動，通過網絡內的路由節點接入互聯網。Zigbee網絡具有自組織、動態路由、網絡節點少等特點。同時Zigbee網絡考慮了節點的能量節約，減少節點處理器的計算負擔等問題。

1.2無線傳感網絡結構

無線傳感器網絡通常包括傳感器節點，匯聚節點和管理節點。傳感器節點任意的分布在某一監測區域內，節點以自組織的形式構成網絡，通過多跳中繼方式將監測數據傳送到匯聚節點，最后通過Intemet或其它網絡通訊方式將監測信息傳送到管理節點。同樣的，用戶可以通過管理節點進行命令的發布，告知傳感器節點收集監測信息。Zigbee技術是一種把低能耗、低成本作為重要目的短距離無線通信技術，其PHY層和MAC層協議基于IEEE802.15.4協議標準。

2.基于Andriod和無線傳感網絡的水質監測系統硬件設計

2.1水質采集點子系統

為了徹底了解河流的水質情況,在每個節點處往往需要監測水質的多種參數,例如PH值、硝酸鹽氮、高錳酸鹽、氨氮、溶解氧、溫度、電導率等。本設計利用溫度傳感器、酸堿鹽濃度傳感器、電導傳感器來分別測定水溶液的溫度、PH值和電導率，同時利用溶解氧傳感器檢測水中溶解氧量。傳感器將感受到的的信息以電信號的形式輸出之后，通過信號調理及A/D轉換電路得到穩定的電信號，單片機對信號按照預存指令進行分析處理，一般的傳感器輸出標準的4～20mA電流或0～5V電壓。

2.2STM32嵌入式微控制器與無線傳感網絡

STM32單片機能夠對多路傳感器輸出信號進行采集并處理，并將采集結果通過串口發送至與其相連的zigbee中，zigbee通過其特定協議棧可以將水質信息發送至相應總節點，通過節點之間的信息傳遞可將最終信息發送到設備終端，在總結點處，zigbee將接收到的數據同樣通過串口反饋給STM32單片機，單片機對數據進行分類處理之后將控制GSM無線數據傳輸模塊將數據發送到提前制作好的網頁鏈接上，使數據能夠不斷進行更新。

2.3監測控制設備

樂聯網是一個物聯網的創意云平臺，借助這個平臺，我們可以注冊并創建自己的賬號并添加自己的測量設備，測量數據可根據發送到網絡中數據的更新而改變，同時輕松生成安卓手機客戶端，使用戶隨時隨地可以檢測到每個傳感器節點數據的動態信息。電腦用戶也可以輸入網址輕松查看測量數據。

3.基于Andriod和無線傳感網絡的水質監測系統設計模型

本系統由水質采集點子系統、STM32嵌入式微控制器、zigbee無線傳感網絡、GSM無線數據傳輸模塊、監測控制設備組成。具體方案如圖1所示。

圖1　基于Andriod和無線傳感網絡的水質監測系統設計模型

4.結束語

隨著工農業和經濟建設的不斷發展，我國頻繁發生環境污染重大公共衛生事件，調查研究表明，在絕大數環境污染事件中水污染所占比例高達70％。面對此類問題，無線傳感器網絡這一新興技術為人們提供了一種全新的獲取信息、處理信息的途徑。如今本技術在國內正處于起步階段，未得到推廣，遠程監測的功能也沒有得到真正的完善。但是，隨著水利水庫、電站管理的智能化發展，本系統必定會廣泛的應用，體現其真正的價值，在水質監測方面必將掀起一場新的革命。

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基金項目：浙江省大學生科技創新活動計劃暨新苗人才計劃項目2015R404014。

作者簡介：王慧媛(1995-)，女，本科，主要研究方向：測控方向。