基于ZigBee和GSM網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)檢測(cè)和定位系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種水質(zhì)檢測(cè)和定位系統(tǒng)，特別涉及基于ZigBee和GSM網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)檢測(cè)和定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，水質(zhì)問題開始受到人們的重視。據(jù)2013年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)十大水系一半水質(zhì)已被污染，六成地下水水質(zhì)差。隨著人口增加、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，水資源短缺、水環(huán)境污染、水生態(tài)受損情況觸目驚心，水安全正在成為新時(shí)期經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)性、全局性和戰(zhàn)略性問題。
[0003]為實(shí)現(xiàn)水質(zhì)保護(hù)，除了從源頭上抑制對(duì)水質(zhì)的污染行為外，另一個(gè)重要措施是實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在出現(xiàn)小范圍的污染時(shí)可以進(jìn)行及時(shí)的治理，并能根據(jù)長(zhǎng)期的觀測(cè)數(shù)據(jù)制定水質(zhì)防護(hù)模型。傳統(tǒng)的水質(zhì)檢測(cè)方法包括:現(xiàn)場(chǎng)采集水樣帶回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè);利用固定或移動(dòng)監(jiān)測(cè)站進(jìn)行中長(zhǎng)期監(jiān)測(cè);根據(jù)水體光譜特性和水質(zhì)參數(shù)濃度之間的關(guān)系，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)和相關(guān)算法渲染技術(shù)獲得反映水質(zhì)參數(shù)的圖像等。然而我國(guó)水域分布廣，傳統(tǒng)的檢測(cè)手段存在檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)非實(shí)時(shí)、價(jià)格昂貴、一次檢測(cè)范圍小等缺陷，隨著無線傳感網(wǎng)技術(shù)和傳感器智能化、微型化、低成本化的發(fā)展，水質(zhì)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)得以實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)水質(zhì)檢測(cè)手段的弊端得以避免。
[0004]得益于MEMS、SoC、低功耗嵌入式和無線通信技術(shù)等的飛速發(fā)展，無線傳感網(wǎng)以其低功耗、低成本、分布式及自組織的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)、軍事、環(huán)境、家居、醫(yī)療等領(lǐng)域。由IEEE組織和ZigBee聯(lián)盟提出的IEEE 802.15.4/ZigBee技術(shù)是一種近距離、低功耗、低速率、低復(fù)雜度、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，并因其精簡(jiǎn)的協(xié)議棧，可適用于多種嵌入式設(shè)備，因此十分適用于無線傳感網(wǎng)的組網(wǎng)。
[0005]為擴(kuò)大我國(guó)水域的檢測(cè)范圍，將無線傳感網(wǎng)技術(shù)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了結(jié)合。我國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)發(fā)展迅速，技術(shù)成熟，成本較低，基站覆蓋范圍廣，因此可實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。
[0006]GPS定位可為地球絕大部分地區(qū)(98%)提供準(zhǔn)確的定位，其使用低頻訊號(hào)，縱使天氣不佳仍能保持相當(dāng)?shù)挠嵦?hào)穿透性，具有定位精度高(<lm)、快速、省時(shí)、高效率等優(yōu)點(diǎn)。但是對(duì)于無線傳感網(wǎng)來說，節(jié)點(diǎn)巨多，若給每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備GPS模塊，將極大地增加成本和功耗，而且對(duì)于水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來說，并不需要特別高的定位精度，所以可以采用基于GPS和ZigBeeRSSI的技術(shù)方案。
[0007]基于web技術(shù)的數(shù)據(jù)訪問和交互應(yīng)用更簡(jiǎn)易，且具有實(shí)時(shí)性。MySQL數(shù)據(jù)庫擁有體積小、速度快、適應(yīng)所有平臺(tái)、支持多種語言并可處理擁有上千萬條記錄的大型數(shù)據(jù)庫等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決傳統(tǒng)水質(zhì)檢測(cè)不及時(shí)、檢測(cè)范圍小、成本投入大、數(shù)據(jù)顯示不直觀、水域無法及時(shí)定位等缺陷，本實(shí)用新型提出了一種基于無線傳感網(wǎng)、移動(dòng)通信、web技術(shù)和GPS的新型水質(zhì)檢測(cè)和定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)可完成水質(zhì)的溫度、PH、氨氮含量、濁度、電導(dǎo)率和溶解氧的指標(biāo)測(cè)量，并通過ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)小范圍水域的自組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸，降低成本；同時(shí)基于GPS和ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的RSSI實(shí)現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)定位;然后通過移動(dòng)通信技術(shù)擴(kuò)大檢測(cè)范圍，實(shí)現(xiàn)廣域的數(shù)據(jù)傳輸;最后通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸給服務(wù)器，在服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳遞給前臺(tái)界面，以圖表的形式呈現(xiàn)給用戶。
[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種基于ZigBee和GSM網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)檢測(cè)和定位系統(tǒng)，包括負(fù)責(zé)水質(zhì)信息采集和短距離傳輸?shù)膫鞲芯W(wǎng)絡(luò)，其特征在于:所述的負(fù)責(zé)水質(zhì)信息采集和短距離傳輸?shù)膫鞲芯W(wǎng)絡(luò)為WSN網(wǎng)絡(luò)(I)，WSN網(wǎng)絡(luò)(I)包括協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)(11)、路由節(jié)點(diǎn)(12)和終端節(jié)點(diǎn)(13)，所述的終端節(jié)點(diǎn)(13)基于ZigBee組網(wǎng)，每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)(11)、若干路由節(jié)點(diǎn)(12)和多個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)(13)組成；其中協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)(11)為ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，所述的ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器設(shè)置GSM模塊和GPS模塊；Zi gBee終端節(jié)點(diǎn)
(13)利用攜帶的傳感器及探頭獲取水質(zhì)信息，再通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點(diǎn)(12)傳輸給協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)(11);協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)(11)將收集到的所有節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行整合之后發(fā)送給接入節(jié)點(diǎn)(3)，接入節(jié)點(diǎn)(3)通過以太網(wǎng)(4)將信息傳輸給服務(wù)器(5)，在服務(wù)器(5)內(nèi)部進(jìn)行信息處理。
[0010]根據(jù)如上所述的基于ZigBee和GSM網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)檢測(cè)和定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)(13)和路由節(jié)點(diǎn)(12)由ATMega-328微控制器、溫度傳感器、ISFET PH微傳感器、氨敏電極、濁度探頭、電導(dǎo)率電極、溶解氧探頭以及XBee模塊組成;所述的ZigBee協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)(11)由ATMega-328微控制器、XBee模塊、GSM模塊和GPS模塊等組成。
[0011]根據(jù)如上所述的基于ZigBee和GSM網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)檢測(cè)和定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的接入節(jié)點(diǎn)(3)由arduino開發(fā)板、以太網(wǎng)擴(kuò)展板、SD存儲(chǔ)卡、GSM模塊組成。
[0012]根據(jù)如上所述的基于ZigBee和GSM網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)檢測(cè)和定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的的服務(wù)器(5)用于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)及發(fā)布的web系統(tǒng)基于客戶端和服務(wù)器模式，采用MySQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，客戶端通過網(wǎng)頁形式將數(shù)據(jù)以表格或圖形方式呈現(xiàn)給用戶。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提出的水質(zhì)傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014](I)采用ZigBee和GSM結(jié)合的方式，降低了成本、擴(kuò)展了水域監(jiān)測(cè)范圍；
[0015](2)本系統(tǒng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)功耗小、配置靈活、可根據(jù)節(jié)點(diǎn)任務(wù)需要增減模塊，合理的任務(wù)分配可降低節(jié)點(diǎn)的功耗，延長(zhǎng)其使用時(shí)間；
[0016](3)采用某個(gè)主節(jié)點(diǎn)配備GPS模塊，終端節(jié)點(diǎn)采用基于ZigBee RSSI的定位算法，獲得全部節(jié)點(diǎn)的定位坐標(biāo)，一方面提高精確度，同時(shí)降低成本和功耗；
[0017](4)基于web技術(shù)的數(shù)據(jù)處理和查詢方式更靈活、更及時(shí)、更易于用戶使用。
【附圖說明】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0019]圖1是水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)的整體架構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D。
[0021]圖3是ZigBee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)的模塊組成示意圖。
[0022]圖4是終端節(jié)點(diǎn)的程序流程圖.
[0023]附圖標(biāo)記說明:WSN網(wǎng)絡(luò)1、GSM2、接入節(jié)點(diǎn)3、以太網(wǎng)4、服務(wù)器5、以太網(wǎng)WIFI6、客戶端7、協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)11、路由節(jié)點(diǎn)12、終端節(jié)點(diǎn)13。
【具體實(shí)施方式】
[0024]名詞解釋:ZigBee是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。
[0025]GSM: (Global System for Mobile communicat1ns)是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。
[0026]WSN: (Wireless Sensor Networks)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器
[0027]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
[0028]如圖1所示，本實(shí)用新型的基于ZigBee和GSM網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)檢測(cè)和定位系統(tǒng)，包括負(fù)責(zé)水質(zhì)信息采集和短距離傳輸?shù)膫鞲芯W(wǎng)絡(luò)。如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型的負(fù)責(zé)水質(zhì)信息采集和短距離傳輸?shù)膫鞲芯W(wǎng)絡(luò)為WSN網(wǎng)絡(luò)I。如圖2所示，WSN網(wǎng)絡(luò)I網(wǎng)絡(luò)包括協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)11、路由節(jié)點(diǎn)12和終端節(jié)點(diǎn)13 JSN網(wǎng)絡(luò)I網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)13基于ZigBee組網(wǎng)，為擴(kuò)展檢測(cè)范圍系統(tǒng)擁有多個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)11、若干路由節(jié)點(diǎn)12和多個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)13組成。
[0029]其中協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)11為ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，該ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器安裝了GSM模塊和GPS模塊，可與其它ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器及接入節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程通信，并能進(jìn)行自定位;