基于ZigBee技术的水质监测系统的设计

摘要

近年来水污染问题越来越严重，生产和生活排出的大量污水含有诸多有害因素，严重地危害人类的健康。因此，对水质的检测和控制显得极其重要。但是传统的经验检测法已经不能满足需要，有时甚至会带来巨大损失；化学检测法过程复杂、不具有实时性，还会带来二次污染；现代仪器检测法是水质检测的最新方法，它通过相关传感器，将被测对象的化学量或物理量转化为电信号，经高增益放大器放大、数字化处理后，输入到MCU后准确得到测量参数。
　　 对于湖泊和河流水质的测量，由于浮标常年位于水中，为它架设专门的通信线路显得不合适；另外由于测试点多而杂使得监测系统的线路非常复杂，因此本文根据无线传感器网络的基本理论和水质监测系统的实际需求，提出了基于ZigBee技术的在线水质监测方法，设计了一个能够实时测量多种水质参数的监测系统，通过此系统可以方便直观地得到被测水样的水温、PH、电导率等参数。
　　 本文提出了水质监测系统的整体设计方案，并对系统的硬件和软件进行了详细的分析和设计。在硬件设计方面，本文采用模块化设计，即无线传输模块和水质检测模块分开设计，以方便系统的调试和扩展。无线传输模块采用了TI公司的单芯片CC2430+低功耗功放CC2591解决方案。水质检测模块主要是通过各种水质传感器对水质参数进行采样，然后经过信号调理电路是对采集到的电压信号或者电流信号进行放大处理。在软件设计方面，本文根据ZigBee联盟所定义的标准，对ZigBee协议进行研究，然后移植和修改协议栈代码，再编写水质监测系统的应用程序和相关驱动程序，给出了关键程序流程图和部分源代码。
　　 经测试，本文的ZigBee无线模块点对点直接通信在可视距离为300m以内可以实现数据的可靠传输，通讯距离能满足大部分水质监测的需求。本系统将各个水质检测终端组成测量网络，实现了一级路由的ZigBee树型拓扑网络，并通过网络协调器与监控中心的PC机通信，从而实现了自动化、网络化的无线水质监测系统。本系统较之传统的水质检测方法不仅可以减轻劳动强度、提高检测精度，而且具有实时监测的连续性。本文对于自来水、污水处理等其它需要对水质进行动态监测的场合都有借鉴意义。