CN103974462A - 水质监测无线传感器网络节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水质监测无线传感器网络节点，包括平pH传感器模块、溶解氧传感器模块、ZigBee无线收发模块和电源模块，所述pH传感器模块，用于采集水环境中的pH值；所述溶解氧传感器模块，用于采集水环境中溶解氧含量，所述ZigBee无线收发模块，接收到pH传感器模块和溶解氧传感器模块传送的数据，并对数据进行处理后，通过无线传感器网络发送至网关节点。本发明融合了传感器技术、电子技术、无线通信技术等领域最新技术的节点监测设备，本发明采用有线和无线混合通信方式，具有便携化、成本低、维护方便、自动化、智能化程度高等优点，适用于水环境监测管理，无需使用大量人力资源进行采样、分析与维护。

Description

水质监测无线传感器网络节点

技术领域

本发明属于无线传感器水质监测网络技术领域，尤其涉及基于无线传感器网络的集数据采集、无线传输与实时监测于一体的水质监测系统。

背景技术

目前国内水质监测多数仍采用人工方式，监测过程中采样、样品运送和保存、实验室测定到数据整理等过程，是一个复杂而又有联系的系统，任何一步的差错都将影响最终数据的质量。传统的采用人工定期或不定期的采样监测费时费力，并且难以全面客观地反应变化规律和实况，对于事故性的污染排放无法及时发现和处理，已无法满足目前对水质监测的需要。无线传感器网络具有分布式处理带来的高精度、高容错性、大覆盖区域、可远程监控等很多优点，将其应用于水质监测将能解决采样、数据处理分析的实时性问题，克服常规方法所具有的主观性强、监测范围小和难以应对突发性水污染事件等缺点；提供更快的实时响应，缩短信息传播周期，实现数据的共享。

发明内容

发明目的：针对上述存在的问题和缺陷，本发明提出一种水质监测无线传感器网络节点，具有数据采集、无线传输、实时监测监控等功能，实现水质监测的低功耗、低成本、自动化、网络化、智能化。

技术方案：为达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种水质监测无线传感器网络节点，包括PH传感器模块、溶解氧传感器模块、ZigBee无线收发模块和电源模块，其中：所述PH传感器模块，用于采集水环境中的PH值，并将采集的数据传送给ZigBee无线收发模块；所述溶解氧传感器模块，用于采集水环境中溶解氧含量，并将采集的数据传送给ZigBee无线收发模块；所述ZigBee无线收发模块，接收到PH传感器模块和溶解氧传感器模块传送的数据，并对数据进行处理后，通过无线传感器网络发送至网关节点；所述电源模块，对PH传感器模块、溶解氧传感器模块和ZigBee无线收发模块提供适配的不同电压等级的稳定电源。

作为优选，所述PH传感器模块，包括PH传感器和与之相连的信号调理电路，所述PH传感器采用PH复合电极E-201-C。

作为优选，所述溶解氧传感器模块包括溶解氧传感器和信号调理电路，其中所述溶解氧传感器采用RY952溶解氧传感器，所述信号调理电路采用LM324芯片。

作为优选，所述ZigBee无线收发模块基于CC2430芯片，并通过CC2430芯片引脚输入端接收PH传感器模块和溶解氧传感器模块的信号，并经过信号处理后，经天线将信号发送至网关进行数据传输。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明融合了传感器技术、电子技术、无线通信技术等领域最新技术的节点监测设备，本发明采用有线和无线混合通信方式，具有便携化、成本低、维护方便、自动化、智能化程度高等优点，适用于水环境监测管理，无需使用大量人力资源进行采样、分析与维护，对于提升自动化管理水平、节约人力和资金具有明显的效果，具有较高的工程应用价值和市场推广价值，有十分广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明所述PH传感器模块的电路原理示意图；

图3为本发明所述溶解氧传感器模块的电路原理示意图；

图4为本发明用于数据传输的方法流程示意图。

其中，PH传感器模块1、溶解氧传感器模块2、ZigBee无线收发模块3、电源模块4。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

图1表示本发明结构示意图。水质监测无线传感器网络节点，包括PH传感器模块1、溶解氧传感器模块2、ZigBee无线收发模块3与电源模块4。其中，PH传感器模块1与ZigBee无线收发模块3、电源模块4相连，溶解氧传感器模块2与ZigBee无线收发模块3、电源模块4相连、电源模块4与PH传感器模块1、溶解氧传感器模块2、ZigBee无线收发模块3相连。PH传感器模块1用于采集水环境中的PH值，将放大与除噪后的信号发送到ZigBee无线收发模块3。溶解氧传感器模块2用于采集水环境中的溶解氧含量，将放大后的信号发送到ZigBee无线收发模块3。ZigBee无线收发模块3用于对数据进行处理与传输，将信号通过无线传感器网络发送至网关节点。电源模块4用于为PH传感器模块1、溶解氧传感器模块2、ZigBee无线收发模块3提供不同电压等级的稳定电源。

如图2所示，表示本发明的PH传感器模块1电路原理图。PH传感器模块1包括传感器、信号调理电路。传感器采用的是PH复合电极，信号调理电路中采用普通运算放大器CA3140与LM741，能够将采集到的信号进行二次放大，并通过加入50Hz陷波器去除工频干扰。

如图3所示，表示本发明的溶解氧传感器模块2电路原理图。溶解氧传感器模块2包括传感器、调理电路。传感器采用的是RY952溶解氧传感器，信号调理电路采用LM324芯片，LM324有四个独立的，高增益，内部频率补偿运算放大器，在溶解氧传感器模块2中使用其中三个进行三阶放大，放大倍数1000倍。

ZigBee无线收发模块3包括CC2430芯片、震荡电路、复位电路、程序下载电路。CC2430是TI公司推出的高度整合的系统级射频收发器，集成了RF前端、128K闪存、8KBRAM以及8051八位MCU核；另外还集成了模数转换器（ADC）、定时器、AES128协同处理器、看门狗、32KHz晶振休眠定时、上电复位和掉电监测电路，以及21个可编程I/O引脚。振荡电路为CC2430芯片的引脚XTAL1和XTAL外接石英晶体振荡器Y1和两只电容，构成一个稳定的自激振荡器。芯片的引脚RESET接复位电路。采用JTAG接口将编写好软件程序下载至CC2430芯片。ZigBee无线收发模块3[3]分别通过CC2430芯片引脚输入端接收经过调理之后的PH传感器模块1[1]与溶解氧传感器模块2[2]信号，经过内置模数转换器进行转换，将电压的模拟信按照线性变换关系号转化成数字信号，利用ZigBee协议，选择相应传输通道，经天线将信号发送至网关进行数据传输。

电源模块4整个硬件需要2种不同电压等级的电源供电：6V、3V，6V由外接稳压电源提供给PH传感器模块1、溶解氧传感器模块2，ZigBee无线收发模块3、PH传感器模块1中部分芯片使用3V电源，有6V电源经芯片XC6203E302转换得到。为不同芯片提供合适的电源，为整个节点供电。

图4表示本发明节点设备用于数据传输的方法流程图。本发明无线通信模块采用基于2.4 GHz的射频芯片CC2430。具体包括如下步骤：

步骤1：启动网关设备应用程序，初始化各项网关设备参数，具体包括ZigBee模块的波特率、端口号，晶振频率。

步骤2：激活传感器进行数据采集，判断有无中断请求，有中断请求进行数据传输，否则进入节点休眠模式。

步骤3：判断数据是否传输完毕，有中断请求时开启通道进行数据传输，如果传输完毕则进行数据准确性检验，否则继续传输。

步骤4：判断数据准确性，如果传输的数据准确就将数据发送至网关节点，否则重新传输。

Claims (4)

1.一种水质监测无线传感器网络节点，其特征在于：包括PH传感器模块、溶解氧传感器模块、ZigBee无线收发模块和电源模块，其中：

所述PH传感器模块，用于采集水环境中的PH值，并将采集的数据传送给ZigBee无线收发模块；

所述溶解氧传感器模块，用于采集水环境中溶解氧含量，并将采集的数据传送给ZigBee无线收发模块；

所述ZigBee无线收发模块，接收到PH传感器模块和溶解氧传感器模块传送的数据，并对数据进行处理后，通过无线传感器网络发送至网关节点；

所述电源模块，对PH传感器模块、溶解氧传感器模块和ZigBee无线收发模块提供适配的不同电压等级的稳定电源。

2.根据权利要求1所述水质监测无线传感器网络节点，其特征在于：所述PH传感器模块，包括PH传感器和与之相连的信号调理电路，所述PH传感器采用PH复合电极E-201-C。

3.根据权利要求1所述水质监测无线传感器网络节点，其特征在于：所述溶解氧传感器模块包括溶解氧传感器和信号调理电路，其中所述溶解氧传感器采用RY952溶解氧传感器，所述信号调理电路采用LM324芯片。

4.根据权利要求1所述水质监测无线传感器网络节点，其特征在于：所述ZigBee无线收发模块基于CC2430芯片，并通过CC2430芯片引脚输入端接收PH传感器模块和溶解氧传感器模块的信号，并经过信号处理后，经天线将信号发送至网关进行数据传输。