CN109099968B - 一种基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统，包括箱体、设于箱体内的终端数据监测节点、与终端数据监测节点连接的路基控制与显示系统；终端数据监测节点包括电源模块、降压模块、电压极性反转模块、PH测量模块、电导率测量模块、浊度测量模块、温度测量模块、GPS模块、控制器，PH测量模块、电导率测量模块、浊度测量模块、温度测量模块和GPS模块分别与控制器连接，并传输其测量数据；路基控制与显示系统包括协调器和上位机，控制器将接收的测量数据传输到协调器，再传输给上位机；通过上位机对终端数据监测节点发送控制指令，以控制其测量和传输数据。本发明可及时检测到水域多位置的水质变化，并传回水质参数。

Description

一种基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统

技术领域

本发明涉及水环境监测技术领域，尤其涉及一种基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统。

背景技术

随着工业化、城镇化以及农业化建设的发展，水污染已经严重破坏生态环境，直接威胁人类的生存和发展，所以水质异常检测成为了当前的研究热点。目前对于污染泄漏等水质异常问题，通常会由于发现不及时而造成更加严重的后果，而在传统的水质监测中，采用定期现场取样，实验室检测的方法，这种方法虽然精度较高，但是往往会费时费力，而且也不能及时发现水质的变化。

因此，确有必要设计一款水质监测系统以解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统，可以及时检测到监测水域多个位置的水质变化，并传回水质参数。

为实现上述目的，本发明采用了一种技术方案：一种基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统，所述基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统包括箱体、设于所述箱体内的终端数据监测节点、与所述终端数据监测节点连接的路基控制与显示系统；

所述终端数据监测节点包括电源模块、降压模块、电压极性反转模块、水质测量模块、GPS模块、控制器，所述电源模块、降压模块、电压极性反转模块用于供电，所述水质测量模块用于测量水质数据，所述GPS模块用于测量所述终端数据监测节点的位置数据；

所述水质测量模块、GPS模块均与所述控制器连接，并将其各自的测量数据传输至所述控制器；

所述路基控制与显示系统包括协调器和上位机，所述控制器将接收的测量数据传输到所述协调器，再由所述协调器传输给所述上位机；

通过所述上位机对所述终端数据监测节点发送控制指令，以控制其测量和传输数据。

进一步地，所述降压模块包括降压模块电路，所述降压模块电路包括：第一芯片U1、第二芯片U2、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第一二极管D1，所述第一芯片U1的输入端与所述第一电容C1连接，所述第一芯片U1的输出端依次连接所述第二电容C2、第四电容C4，所述第二芯片U2的输入端与所述第四电容C4连接，所述第二芯片U2的输出端依次连接所述第三电容C3、第五电容C5、第一二极管D1；其中所述第一芯片U1采用78M05芯片设计、所述第二芯片U2采用AMS1117芯片设计。

进一步地，所述电压极性反转模块包括电压极性反转模块电路，所述电压极性反转模块电路包括：第三芯片U3、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8，以及输入电压源，所述第三芯片U3的储能电容正极连接所述第六电容C6正极，所述第六电容C6负极连接储能电容负极，所述第三芯片U3的电源输入端连接所述输入电压源，所述第三芯片U3的电源输入端连接所述第七电容C7正极，所述第七电容C7负极接地，所述第三芯片U3的输入低压电压控制端接地，所述第三芯片U3的负电压输出端连接所述第八电容C8负极，所述第八电容C8正极接地，所述第三芯片U3的负电压输出端输出电压；其中所述第三芯片U3采用ICL7660芯片设计。

进一步地，所述水质测量模块至少包括PH测量模块、电导率测量模块、浊度测量模块、温度测量模块，所述PH测量模块、电导率测量模块、浊度测量模块、温度测量模块分别用于测量水的PH、电导率、浊度、温度。

进一步地，所述电源模块与降压模块连接，所述降压模块用于降压，并与所述电导率测量模块、浊度测量模块、温度测量模块、GPS模块和控制器连接，以为其供电；所述降压模块与电压极性反转模块连接，所述电压极性反转模块用于转换成负电压，并与所述PH测量模块、电导率测量模块连接，以为其供电。

进一步地，所述PH测量模块包括PH传感器探头和PH测量模块电路，所述PH测量模块电路包括：第四芯片U4、第五芯片U5、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5；所述第四芯片U4的反向输入端与第四电阻R4连接，所述第四电阻R4接地，所述第四芯片U4的反向输入端与第五电阻R5连接，所述第五电阻R5与第四芯片U4的输出端连接，所述第四芯片U4的正向输入端与PH传感器探头连接；所述第四芯片U4的输出端与第五芯片U5的正向输入端连接，所述第五芯片U5的反向输入端与第三电阻R3连接，所述第三电阻R3接地，所述第五芯片U5的反向输入端与第二电阻R2连接，所述第二电阻R2与第五芯片U5输出端连接；其中所述PH传感器探头采用E-201-C型号的测量探头，所述第四芯片U4、第五芯片U5均采用OP07CS芯片设计。

进一步地，所述浊度测量模块包括浊度传感器探头和浊度测量模块电路，所述浊度测量模块电路包括：第六芯片U6、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电容C9、第十电容C10，所述第六芯片U6的正向输入端与第十电容C10连接，所述第十电容C10接地，所述第六芯片U6的正向输入端与第七电阻R7连接，所述第七电阻R7与第八电阻R8连接，所述第七电阻R7与浊度传感器探头连接；所述第六芯片U6的反向输入端与输出端连接，所述第六芯片U6的输出端与第六电阻R6连接，所述第六电阻R6与第九电容C9连接，所述第九电容C9接地；其中所述浊度传感器探头采用CGTR-2020型号的测量探头，所述浊度测量模块电路采用MCP6002芯片设计。

进一步地，所述电导率测量模块包括电导率传感器探头、电导率测量模块驱动电路和电导率测量模块电压调理电路，其中所述电导率传感器探头采用DJS-1型铂黑型电极，所述电导率测量模块驱动电路采用CD4060BM芯片设计，所述电导率测量模块电压调理电路采用TL034CD芯片设计。

进一步地，所述温度测量模块包括温度传感器探头，其中所述温度传感器探头采用DS18B20型号的测量探头。

进一步地，所述控制器包括控制器电路，所述控制器电路采用E18-MS1PA1模块构建，所述E18-MS1PA1模块采用CC2530射频芯片。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)通过设置多个监测节点装置可以形成大规模的监测网络；(2)通过回传的水质参数，可以及时检测到监测水域的水质变化，具有方便快捷而且耗材价格低廉的特点；(3)设计的传感器控制调理电路具有运行稳定、数据准确的特点。

附图说明

图1是本发明的基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统的组成示意图；

图2是本发明的基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统的降压模块电路图；

图3是本发明的基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统的电压极性反转模块电路图；

图4是本发明的基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统的PH测量模块电路图；

图5是本发明的基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统的浊度测量模块电路图；

图6是本发明的基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统的电导率测量模块驱动电路图；

图7是本发明的基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统的电导率测量模块电压调理电路图；

图8是本发明的基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统的GPS模块电路图；

图9是本发明的基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统的控制器电路图；

图10是本发明的基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统的结构示意图。

图中：1-电源模块，2-降压模块，3-电压极性反转模块，4-PH测量模块，5-电导率测量模块，6-浊度测量模块，7-温度测量模块，8-GPS模块，9-控制器，10-协调器，11-上位机，12-终端数据监测节点，13-箱体，14-路基控制与显示系统，15-水质测量模块，211-降压模块电路，311-电压极性反转模块电路，411-PH传感器探头，412-PH测量模块电路，511-电导率传感器探头，512-电导率测量模块电路，611-浊度传感器探头，612-浊度测量模块电路，711-温度传感器探头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

如图1和10所示，本发明的实施例公开了一种基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统，包括箱体13，设于所述箱体13内的终端数据监测节点12，与所述终端数据监测节点12连接的路基控制与显示系统14。优选的，所述终端数据监测节点12与路基控制与显示系统14采用无线通信连接。其中，所述终端数据监测节点12包括电源模块1、降压模块2、电压极性反转模块3、水质测量模块15、GPS模块8、控制器9，所述路基控制与显示系统14包括协调器10和上位机11。所述水质测量模块15用于获取水质数据，至少包括PH测量模块4、电导率测量模块5、浊度测量模块6、温度测量模块7，所述PH测量模块4、电导率测量模块5、浊度测量模块6、温度测量模块7分别用于测量水的PH、电导率、浊度、温度；所述GPS模块8用于获取所述终端数据监测节点12的位置数据。

所述电源模块1(例如，9V电源)与降压模块2连接，所述降压模块2用于降压；所述降压模块2与电压极性反转模块3连接，所述电压极性反转模块3用于转换成负电压。所述降压模块1与电导率测量模块5、浊度测量模块6、温度测量模块7、GPS模块8、控制器9均连接，并为其供电；所述电压极性反转模块3与PH测量模块4(如图4的PH测量模块电路图中的接口22、24)、电导率测量模块5(如图6的电导率测量模块驱动电路中的接口31、32)均连接，并为其供电。

所述PH测量模块4、电导率测量模块5、浊度测量模块6、温度测量模块7和GPS模块8分别与所述控制器9连接，将其各自的测量数据传输至所述控制器9，由所述控制器9处理测量数据。所述控制器9通过无线网络与所述协调器10连接，并将处理好的测量数据发送至所述协调器10；所述协调器10与上位机16连接；所述上位机16显示测量数据并给各终端数据监测节点12发送指令。

图1以五个终端数据监测节点12为例，包括1号终端数据监测节点、2号终端数据监测节点、3号终端数据监测节点、4号终端数据监测节点、5号终端数据监测节点，五个终端数据监测节点12的设计相同，并均与所述协调器10相连。可以将多个终端数据监测节点12(也即多个箱体13)置于监测水域的多个不同位置，以监视水质的变化，并传回水质参数。所述终端数据监测节点12通过无线网络将水质数据和位置数据传输到所述协调器10(例如，所述协调器10采用E18-MS1PA1模块构建)，所述协调器10再将数据传输给所述上位机11。所述上位机11显示获取的数据，并可以给各个终端数据监测节点12发送控制指令，以控制其测量和传输数据。

所述降压模块2包括降压模块电路211，如图2所示，所述降压模块电路211包括：第一芯片U1、第二芯片U2、第一电阻R1(例如，1KΩ)、第一电容C1(例如，470uF)、第二电容C2(例如，10uF)、第三电容C3(例如，10uF)、第四电容C4(例如，0.1uF)、第五电容C5(例如，0.1uF)和第一二极管D1，所述第一芯片U1的输入端与所述第一电容C1连接，所述第一芯片U1的输出端依次连接所述第二电容C2、第四电容C4，所述第二芯片U2的输入端与所述第四电容C4连接，所述第二芯片U2的输出端依次连接所述第三电容C3、第五电容C5、第一二极管D1。例如，所述降压模块电路211的5V电压输出17采用所述第一芯片U1(例如，78M05芯片)设计，3.3V电压输出18采用所述第二芯片U2(例如，AMS1117芯片)设计。

所述电源模块1通过连接所述降压模块电路211的16接口输入电压(例如，输入9V电压)，接通S1时，电压信号经过所述第一芯片U1后降低(例如，降为5V)，由17接口输出；所述第一芯片U1输出的5V电压作为所述第二芯片U2的输入，电压信号再次降低(例如，降为3.3V)，由8接口输出，进而通过所述降压模块电路211实现了降压。

所述电压极性反转模块3包括电压极性反转模块电路311，如图3所示，所述电压极性反转模块电路311包括：第三芯片U3(例如，ICL7660芯片)、第六电容C6(例如，10uF)、第七电容C7(例如，10uF)、第八电容C8(例如，10uF)，以及输入电压源(例如，+5V)。所述第三芯片U3的储能电容正极连接所述第六电容C6正极，所述第六电容C6负极连接储能电容负极，所述第三芯片U3的电源输入端连接所述输入电压源(例如，+5V)，所述第三芯片U3的电源输入端连接所述第七电容C7正极，所述第七电容C7负极接地，所述第三芯片U3的输入低压电压控制端接地，所述第三芯片U3的负电压输出端连接所述第八电容C8负极，所述第八电容C8正极接地，所述第三芯片U3的负电压输出端输出电压(例如，-5V)。

所述电压极性反转电路311的第三芯片U3芯片的19接口输入正电压源(例如，由所述降压模块电路211的接口17提供的+5v电压)，正电压经过所述第三芯片U3形成负电压(例如，-5V电压)，由20接口输出。

所述PH测量模块4包括PH传感器探头411和PH测量模块电路412，通过所述PH传感器探头411测量水的PH。例如，所述PH传感器探头411采用E-201-C型号的测量探头。又例如，所述PH测量模块电路412的运算放大器都采用OP07CS芯片设计。如图4所示，所述PH测量模块电路412包括：第四芯片U4(例如，运算放大器OP07CS芯片)、第五芯片U5(例如，运算放大器OP07CS芯片)、第二电阻R2(例如，100KΩ)、第三电阻R3(例如，1KΩ)、第四电阻R4(例如，4.7KΩ)、第五电阻R5(例如，100KΩ)。所述第四芯片U4的反向输入端与第四电阻R4连接，所述第四电阻R4接地，所述第四芯片U4的反向输入端与第五电阻R5连接，所述第五电阻R5与第四芯片U4的输出端连接，所述第四芯片U4的正向输入端与PH传感器探头411连接；所述第四芯片U4的输出端与第五芯片U5的正向输入端连接，所述第五芯片U5的反向输入端与第三电阻R3连接，所述第三电阻R3接地，所述第五芯片U5的反向输入端与第二电阻R2连接，所述第二电阻R2与第五芯片U5输出端连接；所述第四芯片U4的21接口与第五芯片U5的23接口连接正电压源(例如，+5V)，所述第四芯片U4的22接口与第五芯片U5的24接口连接负电压源(例如，-5V)。

所述PH测量模块电路412采用两级放大模式，所述第四芯片U4的26接口采集所述PH传感器探头411的电压值，经过以所述第四芯片U4和第五芯片U5设计的两级放大电路后，电压被两次放大，最后经过25接口输出至所述控制器9，经所述控制器9计算后得到PH值。

所述浊度测量模块6包括浊度传感器探头611和浊度测量模块电路612，通过所述浊度传感器探头611测量水的浊度。例如，所述浊度传感器探头611采用CGTR-2020型号的测量探头。又例如，所述浊度测量模块电路612包括RC电路和电压跟随器电路，其中电压跟随器电路的运算放大器采用MCP6002芯片。如图5所示，所述浊度测量模块电路612包括：第六芯片U6(例如，运算放大器MCP6002芯片)、第六电阻R6(例如，1KΩ)、第七电阻R7(例如，10KΩ)、第八电阻R8(例如，1KΩ)、第九电容C9(例如，0.1uF)、第十电容C10(例如，0.1uF)，所述第六芯片U6的正向输入端与第十电容C10连接，所述第十电容C10接地，所述第六芯片U6的正向输入端与第七电阻R7连接，所述第七电阻R7与第八电阻R8连接，所述第七电阻R7与浊度传感器探头611连接；所述第六芯片U6的反向输入端与输出端连接，所述第六芯片U6的输出端与第六电阻R6连接，所述第六电阻R6与第九电容C9连接，所述第九电容C9接地。

所述浊度测量模块电路612通过接口27采集所述浊度传感器探头611的电流值，电流值经过所述第七电阻R7转换为电压值，该电压值的电压信号经过由所述第六芯片U6设计的电压跟随器，并经过RC电路(也即所述第六电阻R6与第九电容C9连接部分)进行滤波，最后经过29接口输出至所述控制器9，经所述控制器9计算后得到浊度值。

所述电导率测量模块5包括电导率传感器探头511和电导率测量模块电路512(包括电导率测量模块驱动电路和电导率测量模块电压调理电路，分别参见图6和7)，通过所述电导率传感器探头511测量水的电导率。例如，所述电导率传感器探头511采用DJS-1型铂黑型电极，其电导率测量模块驱动电路采用CD4060BM模块设计。如图6所示，所述电导率测量模块驱动电路包括：第七芯片U7(例如，CD4060BM芯片)、第八芯片U8(例如，TL034CD芯片)、第九电阻R9(例如，100KΩ)、第十电阻R10(例如，10KΩ)、第十一电阻R11(例如，51KΩ)、第十二电阻R12(例如，2KΩ)、第十一电容C11(例如，100nF)、第十二电容C12(例如，10uF)、第十三电容C13(例如，1.5nF)、第十四电容C14(例如，10uF)、第十五电容C15(例如，100nF)、第十六电容C16(例如，10nF)、第十七电容C17(例如，10uF)、第十八电容C18(例如，100nF)、第十九电容C19(例如，10uF)。所述第七芯片U7分别连接有所述第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15，所述第八芯片U8连接所述第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19，其中所述第十一电容C11、第十四电容C14、第十七电容C17、第十九电容C19、第八芯片U8接地。

如图7所示，所述电导率测量模块电压调理电路包括：第九芯片U9(例如，TL034CD芯片)、第十芯片U10(例如，TL034CD芯片)、第十一芯片U11(例如，TL034CD芯片)、第十三电阻R13(例如，820R)、第十四电阻R14(例如，36KΩ)、第十五电阻R15(例如，36KΩ)、第十六电阻R16(例如，36KΩ)、第十七电阻R17(例如，36KΩ)、第十八电阻R18(例如，10KΩ)、第十九电阻R19(例如，36KΩ)、第二十电容C20(例如，20pF)、第二二极管D2(例如，IN4148)、第三二极管D3(例如，IN4148)、第四二极管D4(例如，IN5819W)。所述第九芯片U9连接有第十三电阻R13、第十四电阻R14，所述第十芯片U10连接有第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第二二极管D2、第三二极管D3，所述第十一芯片U11连接有第十七电阻R17、第十八电阻R18、第二十电容C20、第四二极管D4，其中所述第二十电容C20、第九芯片U9、第十芯片U10接地。

所述电导率测量模块驱动电路的第七芯片U7输出信号(例如，1KHz)，经过所述第八芯片U8缩放，由CT1输出方波信号，方波信号输入到所述电导率传感器探头511进行电压值采样，采样的电压值经过所述电导率测量模块电压调理电路的36接口输入，进行放大整流，经37接口输出至所述控制器9，经所述控制器9计算后得到电导率值。

所述温度测量模块7包括温度传感器探头711，通过所述温度传感器探头711测量水的温度，将其测量的数字信号传输至所述控制器9；例如，所述温度传感器711采用DS18B20型号的测量探头。

所述GPS模块8包括GPS模块电路811，如图8所示，所述GPS模块电路811包括第十二芯片U12(例如，L80-R芯片)、第二十电阻R20(例如，1KΩ)、第二十一电容C21(例如，0.1uF)、第五二极管D5。所述控制器9通过所述GPS模块8的TXO接口40向其发送指令，使得所述GPS模块8通过RXO接口39返回定位信息给所述控制器9。

所述控制器9包括控制器电路911，如图9所示，所述控制器电路911包括：第十三芯片U13(例如，E18-MS1PA1)、第二十一电阻R21(例如，4.7KΩ)、第二十二电阻R22(例如，4.7KΩ)、第二十三电阻R23(例如，4.7KΩ)、第二十二电容C22(例如，0.1uF)，所述第十三芯片U13连接有第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十二电容C22，其中所述第二十二电容C22接地。例如，所述控制器9采用E18-MS1PA1模块构建，E18-MS1PA1模块采用CC2530射频芯片，该芯片内部集成了8051单片机和无线收发器(例如，无线收发器采用ZigBee协议)，适用于ZigBee设计和2.4GHz IEEE 802.15.4协议。E18-MS1PA1模块引出单片机所有的IO口，可以进行多方位的开发。E18-MS1PA1模块内带有功放芯片CC2592，增加了无线通信距离。

所述E18-MS1PA1模块的P06引脚42与所述PH测量模块电路411的输出端接口25连接，所述E18-MS1PA1模块的P05引脚41与所述浊度测量模块电路612的输出端接口29连接，所述E18-MS1PA1模块的TX0引脚50和RX0引脚49分别对应与所述GPS模块8的RX0引脚39和TX0引脚40相连，所述E18-MS1PA1模块的接口48与所述温度传感器探头711连接；所述电导率测量模块驱动电路的接口34与所述电导率传感器探头511的正极连接，所述电导率测量模块电压调理电路的接口36与所述电导率传感器探头511的负极连接；所述E18-MS1PA1模块的P00接口46与电导率测量模块电压转换电路的接口37相连。

所述电源模块1与降压模块电路211的电压输入接口16相连，所述降压模块电路211的输出接口17和所述电压极性反转模块电路311的输入接口19相连；所述降压模块电路211的输出接口17和所述PH测量模块电路412的输入接口21、23相连，所述电压极性反转模块电路311的输出接口20与所述PH测量模块电路的输入接口22、24相连；所述降压模块电路211的输出接口17和所述浊度测量模块电路612的电压输入接口28连接；所述降压模块电路211的输出接口17与所述电导率测量模块驱动电路的接口33、35连接；所述电压极性反转模块电路311的输出接口20与所述电导率测量模块驱动电路的接口32、36连接；所述降压模块电路211的输出接口18与所述GPS模块电路811的接口38连接；所述降压模块电路211的输出接口18与所述控制器模块电路911的接口43、44、45连接。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)通过设置多个监测节点装置可以形成大规模的监测网络；(2)通过回传的水质参数，可以及时检测到监测水域的水质变化，具有方便快捷而且耗材价格低廉的特点；(3)设计的传感器控制调理电路具有运行稳定、数据准确的特点。

值得说明的是：在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统，其特征在于：所述基于ZigBee无线传感器网络的多参数水质监测系统包括箱体、设于所述箱体内的终端数据监测节点、与所述终端数据监测节点连接的路基控制与显示系统；

所述终端数据监测节点包括电源模块、降压模块、电压极性反转模块、水质测量模块、GPS模块、控制器，所述电源模块、降压模块、电压极性反转模块用于供电，所述水质测量模块用于测量水质数据，所述GPS模块用于测量所述终端数据监测节点的位置数据；

所述降压模块包括降压模块电路，所述降压模块电路包括：第一芯片U1、第二芯片U2、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第一二极管D1，所述第一芯片U1的输入端与所述第一电容C1连接，所述第一芯片U1的输出端依次连接所述第二电容C2、第四电容C4，所述第二芯片U2的输入端与所述第四电容C4连接，所述第二芯片U2的输出端依次连接所述第三电容C3、第五电容C5、第一二极管D1；其中所述第一芯片U1采用78M05芯片设计、所述第二芯片U2采用AMS1117芯片设计；

所述电压极性反转模块包括电压极性反转模块电路，所述电压极性反转模块电路包括：第三芯片U3、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8，以及输入电压源，所述第三芯片U3的储能电容正极连接所述第六电容C6正极，所述第六电容C6负极连接储能电容负极，所述第三芯片U3的电源输入端连接所述输入电压源，所述第三芯片U3的电源输入端连接所述第七电容C7正极，所述第七电容C7负极接地，所述第三芯片U3的输入低压电压控制端接地，所述第三芯片U3的负电压输出端连接所述第八电容C8负极，所述第八电容C8正极接地，所述第三芯片U3的负电压输出端输出电压；其中所述第三芯片U3采用ICL7660芯片设计；

所述水质测量模块至少包括PH测量模块、电导率测量模块、浊度测量模块、温度测量模块，所述PH测量模块、电导率测量模块、浊度测量模块、温度测量模块分别用于测量水的PH、电导率、浊度、温度；

所述电源模块与降压模块连接，所述降压模块用于降压，并与所述电导率测量模块、浊度测量模块、温度测量模块、GPS模块和控制器连接，以为其供电；所述降压模块与电压极性反转模块连接，所述电压极性反转模块用于转换成负电压，并与所述PH测量模块、电导率测量模块连接，以为其供电；

所述PH测量模块包括PH传感器探头和PH测量模块电路，所述PH测量模块电路包括：第四芯片U4、第五芯片U5、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5；所述第四芯片U4的反向输入端与第四电阻R4连接，所述第四电阻R4接地，所述第四芯片U4的反向输入端与第五电阻R5连接，所述第五电阻R5与第四芯片U4的输出端连接，所述第四芯片U4的正向输入端与PH传感器探头连接；所述第四芯片U4的输出端与第五芯片U5的正向输入端连接，所述第五芯片U5的反向输入端与第三电阻R3连接，所述第三电阻R3接地，所述第五芯片U5的反向输入端与第二电阻R2连接，所述第二电阻R2与第五芯片U5输出端连接；其中所述PH传感器探头采用E-201-C型号的测量探头，所述第四芯片U4、第五芯片U5均采用OP07CS芯片设计；

所述浊度测量模块包括浊度传感器探头和浊度测量模块电路，所述浊度测量模块电路包括：第六芯片U6、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电容C9、第十电容C10，所述第六芯片U6的正向输入端与第十电容C10连接，所述第十电容C10接地，所述第六芯片U6的正向输入端与第七电阻R7连接，所述第七电阻R7与第八电阻R8连接，所述第七电阻R7与浊度传感器探头连接；所述第六芯片U6的反向输入端与输出端连接，所述第六芯片U6的输出端与第六电阻R6连接，所述第六电阻R6与第九电容C9连接，所述第九电容C9接地；其中所述浊度传感器探头采用CGTR-2020型号的测量探头，所述浊度测量模块电路采用MCP6002芯片设计；

所述电导率测量模块包括电导率传感器探头、电导率测量模块驱动电路和电导率测量模块电压调理电路，其中所述电导率传感器探头采用DJS-1型铂黑型电极，所述电导率测量模块驱动电路采用CD4060BM芯片设计，所述电导率测量模块电压调理电路采用TL034CD芯片设计；

所述温度测量模块包括温度传感器探头，其中所述温度传感器探头采用DS18B20型号的测量探头；

所述控制器包括控制器电路，所述控制器电路采用E18-MS1PA1模块构建，所述E18-MS1PA1模块采用CC2530射频芯片；

所述水质测量模块、GPS模块均与所述控制器连接，并将其各自的测量数据传输至所述控制器；

所述路基控制与显示系统包括协调器和上位机，所述控制器将接收的测量数据传输到所述协调器，再由所述协调器传输给所述上位机；

通过所述上位机对所述终端数据监测节点发送控制指令，以控制其测量和传输数据。