智能無線水情檢測系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：智能水情檢測系統(tǒng)是一款便攜、環(huán)保、簡單、實用、監(jiān)測精度高、智能化的水情檢測系統(tǒng)。可利用該套設(shè)備對水庫、雨水處理系統(tǒng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖場等區(qū)域的水位、PH值和水溫等參數(shù)進(jìn)行實時的測量和監(jiān)控，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以實時掌握相關(guān)水域的水質(zhì)情況，對水域監(jiān)測和評估等方面有非常實用的價值。該智能水情檢測系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過ZigBee無線傳輸?shù)姆绞綄⑺閿?shù)據(jù)傳到接收匯聚節(jié)點，經(jīng)匯聚節(jié)點處理后通過Wi-Fi和藍(lán)牙兩種方式傳到手機(jī)、平板等進(jìn)行顯示，可實現(xiàn)多點監(jiān)控的功能，以方便系統(tǒng)的擴(kuò)統(tǒng)和用戶對水位及水質(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

對于水庫、雨水處理系統(tǒng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖場等區(qū)域的測量和監(jiān)測來說有相當(dāng)重要的意義。本文設(shè)計了一款小型、使用簡單、成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單的便攜式智能水情檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對水質(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，測試數(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。智能終端水情監(jiān)測系統(tǒng)的使用及操作非常的簡單，智能化程度高，通過對系統(tǒng)的使用極大地減輕了水情監(jiān)測人員對水質(zhì)的檢測工作的難度。

1 終端節(jié)點設(shè)計

智能水情檢測系統(tǒng)主要分為終端節(jié)點、匯聚節(jié)點和上位機(jī)三部分。終端節(jié)點主要測量相關(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)計方式，主要由水位傳感器模塊、PH傳感器、水溫傳感器、2.4GZigBee無線發(fā)射接收模塊、電源系統(tǒng)、MCU微控制器等部分組成。各個檢測模塊的數(shù)據(jù)經(jīng)過MCU模塊處理后經(jīng)過無線傳輸方式發(fā)送到匯聚節(jié)點。終端節(jié)點結(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)，實現(xiàn)對水位的測量；通過UART通信技術(shù)，將傳感器測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿⒖刂破鳎瑐鞲衅鱑ART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、通信校驗和。在MCU微控制器串口中斷中只需檢測是否接收到數(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，對所在水域的水質(zhì)進(jìn)行檢測。該傳感器的測量范圍為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。

為了該系統(tǒng)能在大范圍區(qū)域正常工作，采用了ZigBee無線傳輸模塊，實現(xiàn)長距離的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。ZigBee技術(shù)是一種測量范圍在1000米內(nèi)、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術(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)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。

2 匯聚節(jié)點設(shè)計

匯聚節(jié)點主要由Wi-Fi模塊、藍(lán)牙模塊、微控制器、ZigBee無線傳輸模塊和電源模塊組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。ZigBee無線傳輸模塊接收終端節(jié)點發(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)短距離無線傳輸數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件分為水面檢測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

該系統(tǒng)實現(xiàn)模塊分離化，大面積水域可投放多個檢測模塊檢測不同區(qū)域水位，形成蜂窩式布局；實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，從水面數(shù)據(jù)傳輸?shù)孛嬲荆孛嬲窘邮盏綌?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，將水面站所測數(shù)據(jù)顯示在手機(jī)APP上，實現(xiàn)更遠(yuǎn)范圍檢測。

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作者簡介

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)、計算機(jī)控制。