CN201600362U - 一种基于无线传感器网络的污水监测网络结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线传感器网络的污水监测网络结构，包括一监测中心，还包括若干个通过无线传感器网络与所述的监测中心相连的且基于ZigBee网络的污水监控区域和污水处理区域，每一污水监控区域、每一污水处理区域均包括一与所述的无线传感器网络通信的通信模块、若干个与所述的通信模块相连的基站、若干个与每一基站相连的传感器节点。本实用新型的基于无线传感器网络的污水监测网络结构，利用无线传感器技术能够及时发现环境事故，对事故的发生和发展进行监测评估，制定紧急对策和措施。

Description

一种基于无线传感器网络的污水监测网络结构

技术领域

本实用新型涉及污水监测网络结构，尤其涉及一种基于无线传感器网络的污水监测网络结构。

背景技术

水域环境监测是环境保护的基础，其目的是为环境保护提供科学决策的依据。水域环境监测是环境保护管理部门监管的重要内容之一，目前我国对大江、大河、沿海流域、港口、海湾实施日常例行监测，对赤潮、溢油、重大污染物泄漏等污染事故，每天需进行一次监测。当大江、大河及大型湖泊等突发水环境污染事故时，现有常规手段无法实现迅速、准确、动态地监测与预报，以致环保和有关部门难以快速、恰当地作出决策。

目前所采用的主要方法有定点巡检和连续在线监测两种。定点巡检方法是利用便携式水质监测仪人工采样、实验室分析的方式，该方式仅限于对河流、湖泊的几个断面采样，采样频率从每月数次到每日数次，存在耗费人力较大、无法对危险区域进行监测等缺点，并且无法对水环境参数进行远程实时监测，存在水质监测周期长、劳动强度大、数据采集速度慢等问题，不能很好地反映水环境的连续动态变化，不易及早发现污染源并预警，已经不能满足越来越高的环境监测要求。在线监测方法采用由一个中央控制室和若干个监测子站组成的水环境自动监测系统对水环境参数进行自动连续监测，数据远程自动传输，可以实时查询所设站点的水环境参数，利用传感器对被监测参数进行测量，然后通过网络发送到控制中心来实现监测，其数据传输主要利用公共有线电话网(PSTN)或移动电话网(GSM，GPRS)进行。这种监测能很好地解决水质监测，但存在周期长、劳动强度大、数据采集和传输速度慢等问题。PSTN由于布线困难、费用较高，因此应用范围有限，而利用GPRS进行数据传输虽然可以克服布线困难的缺点，但其网络运行维护成本高，其网络性能不适合数据传输网络的要求，并且网络拓扑结构和网络运行也不能自主管理，必须依赖于移动电话运营商。进一步，PSTN和GPRS由于有铺设电缆和建立监测子站的施工要求，因而存在对原有的生态环境影响大、系统投资成本高、监测水域范围有限的缺点，也无法进行大面积布设监测子站、对每个小水域实施多点远程实时监测。另外，由于终端设备不能动态调整休眠，运行能耗较大，每隔较短时间便需要更换电池或充电，这样在偏远区域、没有电力布线的监测区域以及大面积监测区域应用时非常不方便。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种基于无线传感器网络的污水监测网络结构，利用无线传感器技术能够及时发现环境事故，对事故的发生和发展进行监测评估，制定紧急对策和措施。

实现上述目的的技术方案是：一种基于无线传感器网络的污水监测网络结构，包括一监测中心，其中，还包括若干个通过无线传感器网络与所述的监测中心相连的且基于ZigBee网络的污水监控区域和污水处理区域，每一污水监控区域、每一污水处理区域均包括一与所述的无线传感器网络通信的通信模块、若干个与所述的通信模块相连的基站、若干个与每一基站相连的传感器节点，其中：

所述的基站接受它所在的污水监控区域的每一传感器节点传送来的监控参数或污水处理区域的每一传感器节点传送来的污水处理过程数据，并将该数据进行融合，输出给所述的通信模块；

所述的传感器节点监测污水的监控参数或污水处理过程，将监测到的监控参数或污水处理过程数据通过ZigBee网络传送至基站。

上述的基于无线传感器网络的污水监测网络结构，其中，所述的监测中心包括一远程监控服务器以及与该远程监控服务器相连的应用程序服务器、数据服务器、用户端，所述的用户端与一打印机相连。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用WSN(无线传感器网络)使得监测系统的成本大大降低，并且无线传感器网络是低功耗的具有传感、计算与通信能力的微小传感器节点构成的自治网络系统，能根据环境自主完成各种监测任务，基于无线传感器网络技术的水环境远程实时监测系统，与水环境自动监测系统的集散型监测网络相比，无线传感器网络技术由低功耗微小网络节点通过自组织方式构成无线通信网络，能够通过密集的节点布置，协作地实时感知、监测和采集网络分布区域内的各种微观环境信息，并对这些信息进行处理，从而获得详尽而准确的信息。本实用新型针对当前环境监测中面临的网络布线困难、成本高及实时性差等问题，提出了基于无线传感器网络的城市污水处理厂内的水环境监测无线传感器监测系统。

无线传感器检测网络的污水监测网络结构具有以下优点：

(1)对原有地域的生态环境影响小：节点通过低功率、辐射小的无线信道和多跳通信协议将水环境检测参数传给基站和中央控制室，无需进行铺设电缆和建立监测子站的施工，将对生态环境的影响降到最低。

(2)传感器多点密集部署：密集部署的多个传感器节点可以对地理分布范围较广的每个小水域的水环境参数进行检测，并通过对大量冗佘信息的智能信息处理提高参数检测的精度。

(3)系统成本低：相对于现有的水环境自动监测系统和人工采样实验室分析方法，设备和人工的费用大大降低。

因此，无线传感器网络能有效地克服现有的水环境监测方法对原有生态环境影响大、数据采集点少、监测范围有限、系统价格昂贵、设备体积大、需预先铺设电缆等缺点，更适合对监测区域中的每个局部水域进行远程实时监测。本文基于无线传感器网络，智能信息处理等技术对污水水环境质量进行远程实时动态监测，并对其中的若干关键技术进行研究。这些关键技术可扩展基于无线传感器网络的远程实时监测系统的检测参数种类，并提高其检测精度。

附图说明

图1是本实用新型的污水监测网络结构的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。请参阅图1，图中示出了本实用新型的一种基于无线传感器网络的污水监测网络结构，包括一监测中心1，还包括若干个通过无线传感器网络2与监测中心1相连的且基于ZigBee网络的污水监控区域3和污水处理区域4，每一污水监控区域3、每一污水处理区域4均包括一与无线传感器网络2通信的通信模块33、若干个与通信模块33相连的基站31、若干个与每一基站31相连的传感器节点32，其中：

基站31接受它所在的污水监控区域3的每一传感器节点32传送来的监控参数或污水处理区域4的每一传感器节点32传送来的污水处理过程数据，并将该数据进行融合，输出给所述的通信模块33；

传感器节点32监测污水的参数以及污水处理过程，将监测到的参数以及污水处理过程数据通过ZigBee网络传送至基站31；

通信模块33将基站31传来的数据传输给无线传感器网络2。

监测中心1包括一远程监控服务器11以及与该远程监控服务器11相连的应用程序服务器12、数据服务器13、用户端14，用户端14与一打印机15相连。

本实用新型中，将监测网络结构分为了污水参数监测和污水处理监测，前者实现对水温、PH值、浊度、电导率、溶解氧含量等污水参数的测量，并对污水关键进水口和排水口重点区域的流量和水位检测等进行实时视频监测；后者完成各个污水处理池污水处理过程的参数与控制指令传输。

由于ZigBee无线是最新推出的低速率、低功耗无线通信技术，特别适合长期无人值守场合，因此本系统建立以ZigBee为核心的分层通信系统架构。由于需要长期无人值守工作，污水参数监测采用低功耗的ZigBee无线技术；视处理厂的规模，污水处理过程可以采用ZigBee无线技术或者WLAN技术。

基于ZigBee无线技术的污水参数监测节点，即无线传感节点，由低功耗MCU、数据采集通道、电池和ZigBee物理层芯片等部分组成，并挂接多个传感器检测水温、PH值、浊度、电导率、溶解氧含量等参数。节点需具有尺寸小、功耗低、适应性强的特点，节点发射功率为0～3.6dbm，通信距离为30～70米，经过功率放大，通信距离可达1000米左右。节点具有能量检测和链路质量指示功能，根据这些检测结果，可自动调整节点的发射功率，在保证通信链路质量的条件下，最大限度地减少能耗。

以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于无线传感器网络的污水监测网络结构，包括一监测中心，其特征在于，还包括若干个通过无线传感器网络与所述的监测中心相连的且基于ZigBee网络的污水监控区域和污水处理区域，每一污水监控区域、每一污水处理区域均包括一与所述的无线传感器网络通信的通信模块、若干个与所述的通信模块相连的基站、若干个与每一基站相连的传感器节点，其中：

所述的基站接受它所在的污水监控区域的每一传感器节点传送来的监控参数或污水处理区域的每一传感器节点传送来的污水处理过程数据，并将该数据进行融合，输出给所述的通信模块；

所述的传感器节点监测污水的监控参数或污水处理过程，将监测到的监控参数或污水处理过程数据通过ZigBee网络传送至基站。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的污水监测网络结构，其特征在于，所述的监测中心包括一远程监控服务器以及与该远程监控服务器相连的应用程序服务器、数据服务器、用户端，所述的用户端与一打印机相连。

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