水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

PAGE3/NUMPAGES3水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)JournalofSensorTechnologyandApplication傳感器技術(shù)與應(yīng)用,2014,2,1-4

http://./doc/78658ff4c0c708a1284ac850ad02de80d4d80676.html/10.12677/jsta.2014.21001PublishedOnlineJanuary2014(http://./doc/78658ff4c0c708a1284ac850ad02de80d4d80676.html/journal/jsta.html)

WaterQualityMonitoringSystemfortheOverallArchitecture

andNetworkDesign

YunbingHu,XiangyuMu

ComputerDepartment,ChongqingCollegeofElectronicEngineering,Chongqing

Email:274052217@http://./doc/78658ff4c0c708a1284ac850ad02de80d4d80676.html

Received:Nov.6th,2013;revised:Nov.7th,2013;accepted:Nov.8th,2013

Copyright?2014YunbingHu,XiangyuMu.ThisisanopenaccessarticledistributedundertheCreativeCommonsAttributionLicense,whichper-mitsunrestricteduse,distribution,andreproductioninanymedium,providedtheoriginalworkisproperlycited.InaccordanceoftheCreativeCom-monsAttributionLicenseallCopyrights?2014arereservedforHansandtheowneroftheintellectualpropertyYunbingHu,XiangyuMu.AllCopy-right?2014areguardedbylawandbyHansasaguardian.

Abstract:Withthedevelopmentofsociety,peoplepaymoreattentiontoenvironmentalprotection.Howtointelligentlymonitorandcontroltheenvironmenthasimportantresearchsignificance.Waterqualitymonitoringsystemarchitectureandnetworkdesign,firstdesignedunderwateracousticcommunicationandnetworkdataacquisitionnode,thenaddeddataacquisitionnodesineachregion(water),whichusedZigBeesystemforautomaticnetworkinganddatacollection,byGPRSarepassedtotheserver.

Keywords:Online;InternetofThings;WaterQualityMonitoring

水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

胡云冰，牟向宇

重慶電子工程職業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院，重慶

Email:274052217@http://./doc/78658ff4c0c708a1284ac850ad02de80d4d80676.html

收稿日期：2013年11月6日；修回日期：2013年11月7日；錄用日期：2013年11月8日

模塊負(fù)責(zé)將信息傳到遠(yuǎn)程的服務(wù)器上，遠(yuǎn)程服務(wù)器上的軟件負(fù)責(zé)信息的采集、加工、制作、播報(bào)等功能。四大子系統(tǒng)間的邏輯關(guān)系與實(shí)現(xiàn)功能如圖1所示所示。

按照國(guó)家發(fā)布的《GB3838-2002》地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對(duì)于地表水的常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目有：水溫、pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、銅離子等多個(gè)指標(biāo)。由于地域遼擴(kuò)，又是分布參數(shù)，因此監(jiān)控系統(tǒng)采用基于無(wú)人值守的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，借助無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)以GPRS方式傳送被檢測(cè)的數(shù)據(jù)，經(jīng)送監(jiān)控中心后臺(tái)處理后再以直觀的界面予以實(shí)現(xiàn)的方案是比較恰當(dāng)?shù)倪x擇，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示[2]。

圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于：如果某個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)因工作不正常導(dǎo)致盲區(qū)，那么鄰近的幾個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備節(jié)點(diǎn)可建立中繼節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)都可發(fā)送到中繼接點(diǎn)，然后由中繼接點(diǎn)將檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)借助GPRS可及時(shí)將數(shù)據(jù)信息傳送到監(jiān)控中心。這里有大量的ZigBee無(wú)線接點(diǎn)以中繼節(jié)點(diǎn)方式傳送數(shù)據(jù)，只要有通信信號(hào)存在，那么它就會(huì)與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)連接。圖2中包含有監(jiān)控終端的全功能設(shè)備節(jié)點(diǎn)與中間電路無(wú)線傳送的固定裝置[3]。鑒于網(wǎng)絡(luò)的自組織與自愈功能，因此系統(tǒng)設(shè)備

Figure1.Overallsystemstructure圖1.系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

Figure2.Themonitoringsystemstructure

圖2.監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

的復(fù)雜度比較低，這樣可有效地降低檢測(cè)設(shè)備的成本。

3.ZigBee網(wǎng)絡(luò)

ZigBee協(xié)議是一種低成本、低功耗、低速率嵌入式設(shè)備互相間及與外界網(wǎng)絡(luò)通信的組網(wǎng)解決方案，它是ZigBee聯(lián)盟基于IEEE802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)物理層和媒體訪問(wèn)控制層(MAC層)協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化而制定的無(wú)線局域網(wǎng)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[4]。

通過(guò)協(xié)調(diào)器管理各節(jié)點(diǎn)，GPRS網(wǎng)關(guān)通過(guò)USART與ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互，主要功能有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)滹@示、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)顯示和節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)等，如下圖3所示。

4.GPRS網(wǎng)絡(luò)接口

GPRS系統(tǒng)中存在各種不同的接口種類，如圖4所示。GPRS接口涉及幀中繼規(guī)程、七號(hào)信令協(xié)議、IP協(xié)議等不同規(guī)程種類，內(nèi)容非常多。

5.硬件電路實(shí)現(xiàn)

圖4是實(shí)驗(yàn)設(shè)備研發(fā)任務(wù)圖。包含GPRS、12864液晶、主控單片機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分、按鍵輸入、電源部分以及外接ZigBee部分。

圖5是GPRS無(wú)線網(wǎng)關(guān)的實(shí)驗(yàn)板，包含了項(xiàng)目應(yīng)用所需的電路。實(shí)現(xiàn)了按鍵輸入、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、液晶實(shí)時(shí)顯示、GPRS電源管理和ZigBee與GPRS數(shù)據(jù)通信。

6.結(jié)論

通過(guò)對(duì)已有算法的深入研究和比較，我們發(fā)現(xiàn)水環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)云是下一步水環(huán)境監(jiān)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)，在國(guó)內(nèi)外是首次提出，且在國(guó)內(nèi)受到很大的重視，適用

Figure3.ZigBeewirelessnetwork

圖3.ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

Figure4.GPRSwirelessgateway

圖4.GPR