基于ZigBee和GSM網(wǎng)絡的水質檢測和定位系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種水質檢測和定位系統(tǒng)，特別涉及基于ZigBee和GSM網(wǎng)絡的水質檢測和定位系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]近年來，水質問題開始受到人們的重視。據(jù)2013年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全國十大水系一半水質已被污染，六成地下水水質差。隨著人口增加、經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程加快，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期經(jīng)濟社會發(fā)展的基礎性、全局性和戰(zhàn)略性問題。
[0003]為實現(xiàn)水質保護，除了從源頭上抑制對水質的污染行為外，另一個重要措施是實現(xiàn)對水質的實時監(jiān)測，在出現(xiàn)小范圍的污染時可以進行及時的治理，并能根據(jù)長期的觀測數(shù)據(jù)制定水質防護模型。傳統(tǒng)的水質檢測方法包括:現(xiàn)場采集水樣帶回實驗室檢測;利用固定或移動監(jiān)測站進行中長期監(jiān)測;根據(jù)水體光譜特性和水質參數(shù)濃度之間的關系，利用衛(wèi)星遙感技術和相關算法渲染技術獲得反映水質參數(shù)的圖像等。然而我國水域分布廣，傳統(tǒng)的檢測手段存在檢測時間長、數(shù)據(jù)非實時、價格昂貴、一次檢測范圍小等缺陷，隨著無線傳感網(wǎng)技術和傳感器智能化、微型化、低成本化的發(fā)展，水質在線實時檢測得以實現(xiàn)，傳統(tǒng)水質檢測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被廣泛應用于各種工業(yè)、軍事、環(huán)境、家居、醫(yī)療等領域。由IEEE組織和ZigBee聯(lián)盟提出的IEEE 802.15.4/ZigBee技術是一種近距離、低功耗、低速率、低復雜度、低成本的雙向無線通信技術，主要適用于自動控制和遠程控制領域，并因其精簡的協(xié)議棧，可適用于多種嵌入式設備，因此十分適用于無線傳感網(wǎng)的組網(wǎng)。
[0005]為擴大我國水域的檢測范圍，將無線傳感網(wǎng)技術和移動通信網(wǎng)絡技術進行了結合。我國移動通信網(wǎng)發(fā)展迅速，技術成熟，成本較低，基站覆蓋范圍廣，因此可實現(xiàn)偏遠地區(qū)的數(shù)據(jù)實時傳輸。
[0006]GPS定位可為地球絕大部分地區(qū)(98%)提供準確的定位，其使用低頻訊號，縱使天氣不佳仍能保持相當?shù)挠嵦柎┩感裕哂卸ㄎ痪雀?<lm)、快速、省時、高效率等優(yōu)點。但是對于無線傳感網(wǎng)來說，節(jié)點巨多，若給每個節(jié)點配備GPS模塊，將極大地增加成本和功耗，而且對于水質監(jiān)測系統(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的技術方案。
[0007]基于web技術的數(shù)據(jù)訪問和交互應用更簡易，且具有實時性。MySQL數(shù)據(jù)庫擁有體積小、速度快、適應所有平臺、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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決傳統(tǒng)水質檢測不及時、檢測范圍小、成本投入大、數(shù)據(jù)顯示不直觀、水域無法及時定位等缺陷，本實用新型提出了一種基于無線傳感網(wǎng)、移動通信、web技術和GPS的新型水質檢測和定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)可完成水質的溫度、PH、氨氮含量、濁度、電導率和溶解氧的指標測量，并通過ZigBee技術實現(xiàn)小范圍水域的自組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸，降低成本；同時基于GPS和ZigBee網(wǎng)絡中的RSSI實現(xiàn)終端節(jié)點定位;然后通過移動通信技術擴大檢測范圍，實現(xiàn)廣域的數(shù)據(jù)傳輸;最后通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸給服務器，在服務器端進行數(shù)據(jù)處理和存儲，同時將數(shù)據(jù)傳遞給前臺界面，以圖表的形式呈現(xiàn)給用戶。
[0009]本實用新型的技術方案是:一種基于ZigBee和GSM網(wǎng)絡的水質檢測和定位系統(tǒng)，包括負責水質信息采集和短距離傳輸?shù)膫鞲芯W(wǎng)絡，其特征在于:所述的負責水質信息采集和短距離傳輸?shù)膫鞲芯W(wǎng)絡為WSN網(wǎng)絡(I)，WSN網(wǎng)絡(I)包括協(xié)調(diào)節(jié)點(11)、路由節(jié)點(12)和終端節(jié)點(13)，所述的終端節(jié)點(13)基于ZigBee組網(wǎng)，每個ZigBee網(wǎng)絡由一個ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)節(jié)點(11)、若干路由節(jié)點(12)和多個ZigBee終端節(jié)點(13)組成；其中協(xié)調(diào)節(jié)點(11)為ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器，所述的ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器設置GSM模塊和GPS模塊；Zi gBee終端節(jié)點
(13)利用攜帶的傳感器及探頭獲取水質信息，再通過ZigBee網(wǎng)絡路由節(jié)點(12)傳輸給協(xié)調(diào)節(jié)點(11);協(xié)調(diào)節(jié)點(11)將收集到的所有節(jié)點信息進行整合之后發(fā)送給接入節(jié)點(3)，接入節(jié)點(3)通過以太網(wǎng)(4)將信息傳輸給服務器(5)，在服務器(5)內(nèi)部進行信息處理。
[0010]根據(jù)如上所述的基于ZigBee和GSM網(wǎng)絡的水質檢測和定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的ZigBee終端節(jié)點(13)和路由節(jié)點(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(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)絡的水質檢測和定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的接入節(jié)點(3)由arduino開發(fā)板、以太網(wǎng)擴展板、SD存儲卡、GSM模塊組成。
[0012]根據(jù)如上所述的基于ZigBee和GSM網(wǎng)絡的水質檢測和定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的的服務器(5)用于進行數(shù)據(jù)處理、存儲及發(fā)布的web系統(tǒng)基于客戶端和服務器模式，采用MySQL數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲，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)有技術相比，本實用新型提出的水質傳感監(jiān)測系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:
[0014](I)采用ZigBee和GSM結合的方式，降低了成本、擴展了水域監(jiān)測范圍；
[0015](2)本系統(tǒng)每個節(jié)點功耗小、配置靈活、可根據(jù)節(jié)點任務需要增減模塊，合理的任務分配可降低節(jié)點的功耗，延長其使用時間；
[0016](3)采用某個主節(jié)點配備GPS模塊，終端節(jié)點采用基于ZigBee RSSI的定位算法，獲得全部節(jié)點的定位坐標，一方面提高精確度，同時降低成本和功耗；
[0017](4)基于web技術的數(shù)據(jù)處理和查詢方式更靈活、更及時、更易于用戶使用。
【附圖說明】
[0018]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0019]圖1是水質檢測系統(tǒng)的整體架構示意圖。
[0020]圖2是ZigBee網(wǎng)絡拓撲示意圖。
[0021]圖3是ZigBee網(wǎng)絡內(nèi)終端節(jié)點和協(xié)調(diào)節(jié)點的模塊組成示意圖。
[0022]圖4是終端節(jié)點的程序流程圖.
[0023]附圖標記說明:WSN網(wǎng)絡1、GSM2、接入節(jié)點3、以太網(wǎng)4、服務器5、以太網(wǎng)WIFI6、客戶端7、協(xié)調(diào)節(jié)點11、路由節(jié)點12、終端節(jié)點13。
【具體實施方式】
[0024]名詞解釋:ZigBee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(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)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽谩?br>[0025]GSM: (Global System for Mobile communicat1ns)是全球移動通信系統(tǒng)的簡稱。
[0026]WSN: (Wireless Sensor Networks)無線傳感器網(wǎng)絡，是一種分布式傳感網(wǎng)絡，它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器
[0027]以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0028]如圖1所示，本實用新型的基于ZigBee和GSM網(wǎng)絡的水質檢測和定位系統(tǒng)，包括負責水質信息采集和短距離傳輸?shù)膫鞲芯W(wǎng)絡。如圖1和圖2所示，本實用新型的負責水質信息采集和短距離傳輸?shù)膫鞲芯W(wǎng)絡為WSN網(wǎng)絡I。如圖2所示，WSN網(wǎng)絡I網(wǎng)絡包括協(xié)調(diào)節(jié)點11、路由節(jié)點12和終端節(jié)點13 JSN網(wǎng)絡I網(wǎng)絡中的終端節(jié)點13基于ZigBee組網(wǎng)，為擴展檢測范圍系統(tǒng)擁有多個ZigBee網(wǎng)絡，每個ZigBee網(wǎng)絡由一個ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)節(jié)點11、若干路由節(jié)點12和多個ZigBee終端節(jié)點13組成。
[0029]其中協(xié)調(diào)節(jié)點11為ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器，該ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器安裝了GSM模塊和GPS模塊，可與其它ZigBee網(wǎng)絡的協(xié)調(diào)器及接入節(jié)點遠程通信，并能進行自定位;