CN108710333A - 一种基于ZigBee的水质监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ZigBee的水质监测系统，包括依次连接的末端节点采集单元、ZigBee协调器单元及远程数据监测单元，所述末端节点采集单元包括传感器模块、第一微处理器与数个ZigBee节点，所述传感器模块包括用于检测水质pH值的pH传感器和用于检测水质温度的温度传感器，所述传感器模块通过接口电路与第一微处理器连接，本发明通过ZigBee网络与无线通信网络对末端节点采集单元采集到的水质数据进行实时传输与实时监测，并通过无线通信网络将数据传输至云端服务器，本发明中末端节点采集单元可为一个或多个，ZigBee节点与ZigBee协调器通过ZigBee网络自动组网，使得本系统灵活性强、适应性强，并且能实现监测的智能化控制，多点采样，实现无线通信，便于信息的实时传输。
Description
技术领域
本发明涉及水质监测技术领域，具体是指一种基于ZigBee的水质监测系统。
背景技术
随着经济的快速发展，全球性的水污染，水资源的过度消耗和管理不当已经造成可利用水资源水量和水质的大幅下降，随着人们的生活水平与生活观念的改变，人们对环境的要求也越来越高，环境问题开始得到社会的重视，因此，水质监测网络建设己提到了城市基础设施建设的突出位置，现有的水质监测系统多为人工监测阶段或有线监测阶段，可扩展性差，不便于多点采集，不能满足实际使用的需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种基于ZigBee的水质监测系统，包括依次连接的末端节点采集单元、ZigBee协调器单元及远程数据监测单元；
所述末端节点采集单元包括传感器模块、第一微处理器与数个ZigBee节点，所述传感器模块包括用于检测水质pH值的pH传感器和用于检测水质温度的温度传感器，所述传感器模块通过接口电路与第一微处理器连接，所述第一微处理器与ZigBee节点连接，所述ZigBee节点通过ZigBee网络与ZigBee协调器单元无线连接。
作为改进，所述末端节点采集单元还包括第一电源模块，所述第一电源模块分别与传感器模块、第一微处理器、ZigBee节点连接。
作为改进，所述ZigBee协调器单元包括与ZigBee节点无线连接的ZigBee协调器、与ZigBee协调器连接的第二微处理器及与第二微处理器连接的无线通信模块，所述ZigBee协调器单元通过无线通信模块与远程数据监测单元无线连接。
作为改进，所述无线通信模块为4G通信模块。
作为改进，所述远程数据监测单元包括与无线通信模块无线连接的云端服务器和与云端服务器无线连接的上位机和移动终端。
作为改进，所述ZigBee协调器单元还包括第二电源模块，所述第二电源模块分别与ZigBee协调器、第二微处理器、无线通信模块连接。
作为改进，所述末端节点采集单元还包括存储模块、用户操作按键模块、LED状态指示灯模块，所述存储模块、用户操作按键模块、LED状态指示灯模块均与第一微处理器连接。
作为改进，所述末端节点采集单元还包括液晶接口单元、USB接口单元、无线通信接口单元，所述液晶接口单元、USB接口单元、无线通信接口单元均与第一微处理器连接，所述无线接口单元与ZigBee节点连接。
作为改进，所述上位机为PC机，所述移动终端为手机或平板电脑。
作为改进，所述ZigBee节点与ZigBee协调器之间采用Z-Stack协议栈建立ZigBee网络。
本发明通过ZigBee网络与无线通信网络对末端节点采集单元采集到的水质数据进行实时传输与实时监测，并通过无线通信网络将数据传输至云端服务器，本发明中末端节点采集单元可为一个或多个，ZigBee节点与ZigBee协调器通过ZigBee网络自动组网，使得本系统灵活性强、适应性强，并且能实现监测的智能化控制，多点采样，实现无线通信，便于信息的实时传输。
附图说明
图1是本发明一种基于ZigBee的水质监测系统的系统结构示意图。
图2是本发明一种基于ZigBee的水质监测系统中第一微处理器芯片的结构示意图。
图3是本发明一种基于ZigBee的水质监测系统中pH传感器的信号处理电路示意图。
图4是本发明一种基于ZigBee的水质监测系统中温度传感器的信号处理电路示意图。
如图所示：1、末端节点采集单元，1.1、传感器模块，1.1a、pH传感器，1.1b、温度传感器，1.2、第一微处理器，1.3、ZigBee节点，1.4、接口电路，1.5、第一电源模块，2、ZigBee协调器单元，2.1、ZigBee协调器，2.2、第二微处理器，2.3、无线通信模块，3、远程数据监测单元，3.1、云端服务器，3.2、上位机，3.3、移动终端。
具体实施方式
结合附图1～4，一种基于ZigBee的水质监测系统，包括依次连接的末端节点采集单元1、ZigBee协调器单元2及远程数据监测单元3；
所述末端节点采集1单元包括传感器模块1.1、第一微处理器1.2与数个ZigBee节点1.3，所述传感器模块1.1包括用于检测水质pH值的pH传感器1.1a和用于检测水质温度的温度传感器1.1b，所述传感器模块1.1通过接口电路1.4与第一微处理器1.2连接，所述第一微处理器1.2与ZigBee节点1.3连接，所述ZigBee节点1.3通过ZigBee网络与ZigBee协调器单元2无线连接。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述末端节点采集单元1还包括第一电源模块1.5，所述第一电源模块1.5分别与传感器模块1.1、第一微处理器1.2、ZigBee节点1.3连接。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述ZigBee协调器单元2包括与ZigBee节点1.3无线连接的ZigBee协调器2.1、与ZigBee协调器2.1连接的第二微处理器2.2及与第二微处理器2.2连接的无线通信模块2.3，所述ZigBee协调器单元2通过无线通信模块2.3与远程数据监测单元3无线连接。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述无线传输模2.3块为4G通信模块。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述远程数据监测单元3包括与无线通信模块2.3无线连接的云端服务器3.1和与云端服务器3.1无线连接的上位机3.2和移动终端3.3。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述ZigBee协调器单元2还包括第二电源模块2.4，所述第二电源模块2.4分别与ZigBee协调器2.1、第二微处理器2.2、无线通信模块2.3连接。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述末端节点采集单1元还包括存储模块、用户操作按键模块、LED状态指示灯模块，所述存储模块、用户操作按键模块、LED状态指示灯模块均与第一微处理器1.2连接。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述末端节点采集单1元还包括液晶接口单元、USB接口单元、无线通信接口单元，所述液晶接口单元、USB接口单元、无线通信接口单元均与第一微处理器1.2连接，所述无线接口单元与ZigBee节点1.3连接。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述上位机3.2为PC机，所述移动终端3.3为手机或平板电脑。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述ZigBee节点1.3与ZigBee协调器2.1之间采用Z-Stack协议栈建立ZigBee网络，并使用DL-LN33无线自组网。
实施例一
本实施例中，末端节点采集单元1可以为多个，末端节点采集单元1通过ZigBee节点1.3分别与ZigBee协调器2.1连接，并把末端节点采集单元1采集到的水质数据传输至上位机3.2与移动终端3.3，上位机3.2与移动终端3.3用来显示节点当前水质pH值、水温及时间。末端节点采集单元1中传感器模块1.1包括用于检测水质pH值的pH传感器1.1a和用于检测水质温度的温度传感器1.1b，可以检测水质当前的pH值与温度，传感器模块1.1通过接口电路1.4传输将检测信号传输至第一微处理器1.2，第一微处理器1.2读取当前PH值传感器1.1a的AD值和温度传感器1.1b数据(接口电路1.4为带有放大器、电阻、电容、二极管的信号放大传递电路)，经第一微处理器1.2内置的数据转换模块进行数据转换，再经由协议封装传输至ZigBee节点1.3，ZigBee节点1.3将数据通过ZigBee网络传输至ZigBee协调器单元2中的ZigBee协调器2.1，ZigBee协调器单元2中的第二微处理器2.2对ZigBee协调器传2.1输的数据进行接收，经无线通信模块2.3通过无线网络将数据传输至云端服务器3.1，与云端服务器3.1连接上位机3.2与移动终端接3.3收数据并显示当前节点pH值、水温和接收到的当前时间。
本实施例中传感器模块1.1中pH传感器1.1a选用上海雷磁仪器厂生产的E-201-C芯片、温度传感器1.1b采用DS18B20芯片；第一微处理器1.2与第二微处理器2.2选用意法半导体(ST)公司出产的STM32F103RCT6芯片，STM32F103RCT6单片机有256KB片内flash，64个引脚，32K内存，2.0-3.6V供电，工作频率可以达到72MHZ，满足本方案要求。
ZigBee节点1.3与ZigBee协调器2.1采用CC2530F256芯片，它有40个引脚，提供6路I/O，可实现6路数字量输入输出；兼容6路脉冲输出、3路模拟量输入、3路脉冲计数功能。电源输入(DC 2.0～3.6V)，有WDT看门狗设计，保证系统稳定，提供TTL串行接口，SPI接口，天线接口，使用DL-LN33无线自组网，同时使用Z-Stack协议栈，磁协议栈功能强大：(1)支持ZigBee无线短距离数据传输功能；
(2)具备中继路由和终端设备功能；
(3)支持点对点、点对多点、对等和Mesh网络；
(4)网络容量大：65535个节点；
(5)节点类型灵活：中心节点、路由节点、终端节点可任意设置；
(6)发送模式灵活：广播发送或目标地址发送模式可选。
无线通信模块2.3(4G通信模块)采用USR-LTE-7S4芯片，云端服务器3.1采用华为云服务器，其中：USR-LTE-LS4芯片主要技术特点如下：(1)可实现串口设备通过运营商网络与网络服务器端相互透传通信；
(2)适用于联通、移动、电信4G和联通、移动3G和2G网络制式；
(3)支持网络透传和HTTPD Client模式，有心跳包、注册包和透传云等功能；
(4)支持串口AT和网络AT配置；
(5)宽电压输入：5V-16V；
(6)集成SIM卡座。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于ZigBee的水质监测系统，其特征在于：包括依次连接的末端节点采集单元、ZigBee协调器单元及远程数据监测单元；
所述末端节点采集单元包括传感器模块、第一微处理器与数个ZigBee节点，所述传感器模块包括用于检测水质pH值的pH传感器和用于检测水质温度的温度传感器，所述传感器模块通过接口电路与第一微处理器连接，所述第一微处理器与ZigBee节点连接，所述ZigBee节点通过ZigBee网络与ZigBee协调器单元无线连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的水质监测系统，其特征在于：所述末端节点采集单元还包括第一电源模块，所述第一电源模块分别与传感器模块、第一微处理器、ZigBee节点连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的水质监测系统，其特征在于：所述ZigBee协调器单元包括与ZigBee节点无线连接的ZigBee协调器、与ZigBee协调器连接的第二微处理器及与第二微处理器连接的无线通信模块，所述ZigBee协调器单元通过无线通信模块与远程数据监测单元无线连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于ZigBee的水质监测系统，其特征在于：所述无线通信模块为4G通信模块。
5.根据权利要求3所述的一种基于ZigBee的水质监测系统，其特征在于：所述远程数据监测单元包括与无线通信模块无线连接的云端服务器和与云端服务器无线连接的上位机和移动终端。
6.根据权利要求3所述的一种基于ZigBee的水质监测系统，其特征在于：所述ZigBee协调器单元还包括第二电源模块，所述第二电源模块分别与ZigBee协调器、第二微处理器、无线通信模块连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的水质监测系统，其特征在于：所述末端节点采集单元还包括存储模块、用户操作按键模块、LED状态指示灯模块，所述存储模块、用户操作按键模块、LED状态指示灯模块均与第一微处理器连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的水质监测系统，其特征在于：所述末端节点采集单元还包括液晶接口单元、USB接口单元、无线通信接口单元，所述液晶接口单元、USB接口单元、无线通信接口单元均与第一微处理器连接，所述无线接口单元与ZigBee节点连接。
9.根据权利要求5所述的一种基于ZigBee的水质监测系统，其特征在于：所述上位机为PC机，所述移动终端为手机或平板电脑。
10.根据权利要求1～9任一项权利要求所述的一种基于ZigBee的水质监测系统，其特征在于：所述ZigBee节点与ZigBee协调器之间采用Z-Stack协议栈建立ZigBee网络。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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