CN202562906U - 基于无线传感网络的水环境污染监测系统 - Google Patents

基于无线传感网络的水环境污染监测系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种基于无线传感网络的水环境污染监测系统，通过在各个水资源监测点布置无线传感节点，由无线传感节点实时在线采集水质信息，并将采集到的水质信息发送给远程监控平台，由远程监控平台对水质信息进行分析，从而实现了对各个水资源监测点中水质情况的实时监控，一方面，为质检部门提供了水质情况的原始数据；另一方面，当水资源监测点为工业废水排污监测点时，可以对工业废水排污情况进行监控，保证工业废水排污量控制在规定量之内。

Description

基于无线传感网络的水环境污染监测系统
技术领域
本实用新型属于无线传感技术领域，具体涉及一种基于无线传感网络的水环境污染监测系统。 
背景技术
随着经济社会的发展，水资源在我国的国民经济可持续发展中的作用越来越突出，水环境污染会严重威胁人民群众的健康，因此，如何有效的对水环境进行监测，对水资源的各类指标进行监控，从而准确及时的获取到各个区域水资源情况，当发现水资源异常，即：水资源被污染时，能够通知相关工作人员采取必要的措施具要重要现实意义。 
实用新型内容
针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种基于无线传感网络的水环境污染监测系统，能够准确的监控位于各个水质监测点处的水质信息，一方面，为质检部门提供了水质情况的原始数据；另一方面，当水资源监测点为工业废水排污监测点时，可以对工业废水排污情况进行监控，保证工业废水排污量控制在规定量之内。 
本实用新型采用的技术方案如下： 
本实用新型提供一种基于无线传感网络的水环境污染监测系统，包括：汇聚节点、远程监控平台和分布安装在各个水质监测点处的一个以上无线传感节点；所述汇聚节点通过第一网络与各个所述无线传感节点通信，所述汇聚节点通过第二网络与所述远程监控平台通信。 
优选的，所述第二网络为以太网。 
优选的，每一个所述无线传感节点包括：第一微处理器、第一电源、第一无线收发模块和一种以上第一水质监测传感器；所述第一微处理器分别与所述第一电源、所述第一无线收发模块和所述第一水质监测传感器连接。 
优选的，所述第一水质监测传感器包括PH值传感器、水温度传感器、含氧量传感器和重金属离子传感器中的一种或几种。 
优选的，所述汇聚节点包括：第二微处理器、第二电源、第二无线收发模块和RS232串口；所述第二微处理器分别与所述第二电源、所述第二无线收发模块和所述RS232串口连接。 
优选的，所述汇聚节点还包括：USB接口和/或显示器和/或存储器；所述USB接口、所述显示器和所述存储器均与所述第二微处理器连接。 
优选的，所述汇聚节点还包括：一种以上第二水质监测传感器；每一个所述第二水质监测传感器均与所述第二微处理器连接。 
优选的，所述第二水质监测传感器包括PH值传感器、水温度传感器、含氧量传感器和重金属离子传感器中的一种或几种。 
本实用新型的有益效果如下： 
本实用新型提供的基于无线传感网络的水环境污染监测系统，通过在各个水资源监测点布置无线传感节点，由无线传感节点实时在线采集水质信息，并将采集到的水质信息发送给远程监控平台，由远程监控平台对水质信息进行分析，从而实现了对各个水资源监测点中水质情况的实时监控，一方面，为质检部门提供了水质情况的原始数据；另一方面，当水资源监测点为工业废水排污监测点时，可以对工业废水排污情况进行监控，保证工业废水排污量控制在规定量之内。 
附图说明
图1为本实用新型提供的基于无线传感网络的水环境污染监测系统的结构示意图； 
图2为本实用新型提供的基于无线传感网络的水环境污染监测系统中无线传感节点的结构示意图； 
图3为本实用新型提供的基于无线传感网络的水环境污染监测系统中汇聚节点的结构示意图。 
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型提供的基于无线传感网络的水环境污染监测系统进行详细介绍： 
本实用新型提供一种基于无线传感网络的水环境污染监测系统，如图1所 示，包括：汇聚节点、远程监控平台和分布安装在各个水质监测点处的一个以上无线传感节点；所述汇聚节点通过第一网络与各个所述无线传感节点通信，所述汇聚节点通过第二网络与所述远程监控平台通信。其中，第一网络可以为基于Zig Bee无线协议的网络；第二网络可以为以太网。无线传感节点实时在线采集水质信息，并将采集到的水质信息发送给远程监控平台，由远程监控平台对水质信息进行分析，从而实现了对各个水资源监测点中水质情况的实时监控。 
每一个所述无线传感节点包括：第一微处理器、第一电源、第一无线收发模块和一种以上第一水质监测传感器；所述第一微处理器分别与所述第一电源、所述第一无线收发模块和所述第一水质监测传感器连接。其中，第一水质监测传感器包括PH值传感器、水温度传感器、含氧量传感器和重金属离子传感器中的一种或几种。水质监测传感器采集到水质信息后，传输给第一微处理器，经第一微处理器进行数据处理后，通过第一无线收发模块发送给汇聚节点。整个无线传感节点由电源即电池供电，由于采用Zig Bee无线通信协议，整个无线传感节点具有低功耗的优点，从而满足长江流域等偏远地区监控点处无人值守导致的更换电池不方便的缺陷。 
具体的，PH值传感器测量指标：工作温度：-5～80℃；PH值：PH 2～12；玻璃轴直径：12mm；轴长度：120mm； 
水温度传感器测量指标：灵敏度：0.5mV/℃；温度范围：-5℃～55℃； 
含氧量传感器测量指标：测量范围：10-39mg/L；饱和度：0～199.9.0％ 
温度补偿范围：5～50℃基准温度25℃；正常使用条件：环境温度：5～50℃； 
重金属离子传感器测量指标：测量范围：(0-5000)ug/L；铜离子：(0-200)ug/L；铁离子：(0-500)ug/L重复性：±1％F.S。 
汇聚节点包括：第二微处理器、第二电源、第二无线收发模块和RS232串口；所述第二微处理器分别与所述第二电源、所述第二无线收发模块和所述RS232串口连接。汇聚节点还包括：USB接口和/或显示器和/或存储器；所述USB接口、所述显示器和所述存储器均与所述第二微处理器连接。汇聚节点还可以包括：一种以上第二水质监测传感器；每一个所述第二水质监测传感器 均与所述第二微处理器连接。其中，第二水质监测传感器包括PH值传感器、水温度传感器、含氧量传感器和重金属离子传感器中的一种或几种。在实际应用中，汇聚节点可以为sink节点，其中，sink节点在无线传感器网络中指汇聚结点。需要说明的是，本实用新型中，汇聚节点中的第二微处理器、第二电源和第二无线收发模块分别与无线传感节点中的第一微处理器、第一电源、第一无线收发模块可以为相同的设备。汇聚节点主要负责无线传感节点与远程监控平台间的通信，向无线传感节点发送查询命令，接收各个无线传感节点上传的水质信息并返回给远程监控平台。汇聚节点与无线传感节点的区别在于：汇聚节点安装有RS232串口，满足汇聚节点与远程监控平台之间的通信。在实际使用过程中，汇聚节点的作用与网关的作用类似。另外，汇聚节点通过存储器可以存储各无线传感节点上传的水质信息，并通过显示模块显示水质信息，从而方便使用者观察。 
汇聚节点还用于协调各个无线传感节点进行无线通信组网，在路由发现过程中，可以解决局部混合路由信息之间的相容性和优先级问题，其中，局部混合路由信息包含位置信息、可达信息和链路可靠性等；同时，还解决了网络对象的移动性对路由发现过程的影响，例如：由节点移动、失效或受攻击导致的路由断裂等情况；另外，系统采用相应的路由维护措施，每一段路径在具有一定连通性的前提下，仍保持整条路径具有连通性要求。 
在软件实现上，针对无线传感网络圆形均匀分布模型，基于正态分布概念，提出基于正态分布的传感器网络拓扑结构，从而使信息收集区域能够全面覆盖；采用“分簇”与“分环”技术，每一环之间无线传感节点数目不同，靠近Sink节点多，远离Sink节点数量少，并且按一定的比例设置，从而找出最合理的正态分布节点；相邻环中的同簇节点之间利用单跳进行路由，从而降低了环能量消耗，延长了整个无线传感网络的生命周期。针对河流的特殊性对传感器网络MAC协议的接入机制进行研究、再在方向性路由算法的基础上寻找合适的数据聚合算法从而进一步降低整个无线传感网络能耗。 
在实际应用中，无线传感网络技术指标可以满足以下要求：工作频率：2.400GHz～2.4835GHz；通信协议标准：2.4GHz IEEE 802.15.4协议、ZigBee标准 传输速率：可达250kbps；接收灵敏度：-97dbm；最大输出功率：+22dbm；RX：127mA，TX：29mA；工作电压：+2.0V～+3.6V；工作温度：-10℃～+65℃；传输距离：≤1000m； 
当受到自然灾害时，无线传感网络可以在30分钟内自动组网、自动恢复功能；网络响应时间100ms，数据实现24小时自动备份，当受到安全攻击时，能够自动追综攻击源。 
综上所述，本实用新型提供的基于无线传感网络的水环境污染监测系统，具有以下优点： 
(1)通过在各个水资源监测点布置无线传感节点，由无线传感节点实时在线采集水质信息，并将采集到的水质信息发送给远程监控平台，由远程监控平台对水质信息进行分析，从而实现了对各个水资源监测点中水质情况的实时监控，一方面，为质检部门提供了水质情况的原始数据；另一方面，当水资源监测点为工业废水排污监测点时，可以对工业废水排污情况进行监控，保证工业废水排污量控制在规定量之内。 
(2)由于无线传感网络采用Zig Bee无线通信协议，从而降低了整个无线传感网络的成本和功耗。 
(3)通过对水中的含氧量、PH值、重金属离子含量进行自动测量，具有水质信息采集全面的优点，从而为远程监控平台提供更全面的基础水质信息。 
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。 

Claims (8)

1.一种基于无线传感网络的水环境污染监测系统，其特征在于，包括：汇聚节点、远程监控平台和分布安装在各个水质监测点处的一个以上无线传感节点；所述汇聚节点通过第一网络与各个所述无线传感节点通信，所述汇聚节点通过第二网络与所述远程监控平台通信。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感网络的水环境污染监测系统，其特征在于，所述第二网络为以太网。
3.根据权利要求1所述的基于无线传感网络的水环境污染监测系统，其特征在于，每一个所述无线传感节点包括：第一微处理器、第一电源、第一无线收发模块和一种以上第一水质监测传感器；所述第一微处理器分别与所述第一电源、所述第一无线收发模块和所述第一水质监测传感器连接。
4.根据权利要求3所述的基于无线传感网络的水环境污染监测系统，其特征在于，所述第一水质监测传感器包括PH值传感器、水温度传感器、含氧量传感器和重金属离子传感器中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的基于无线传感网络的水环境污染监测系统，其特征在于，所述汇聚节点包括：第二微处理器、第二电源、第二无线收发模块和RS232串口；所述第二微处理器分别与所述第二电源、所述第二无线收发模块和所述RS232串口连接。
6.根据权利要求5所述的基于无线传感网络的水环境污染监测系统，其特征在于，所述汇聚节点还包括：USB接口和/或显示器和/或存储器；所述USB接口、所述显示器和所述存储器均与所述第二微处理器连接。
7.根据权利要求5所述的基于无线传感网络的水环境污染监测系统，其特征在于，所述汇聚节点还包括：一种以上第二水质监测传感器；每一个所述第二水质监测传感器均与所述第二微处理器连接。
8.根据权利要求7所述的基于无线传感网络的水环境污染监测系统，其特征在于，所述第二水质监测传感器包括PH值传感器、水温度传感器、含氧量传感器和重金属离子传感器中的一种或几种。 
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