基于WSN的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)中ZigBee協(xié)議和網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)的中期報告

基于WSN的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)中ZigBee協(xié)議和網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)的中期報告一、項目背景及意義水是人類生存和發(fā)展的基本物質(zhì)，水環(huán)境的污染已成為全球性問題。水質(zhì)監(jiān)測是實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用的基礎(chǔ)，對于保障人民生命安全和促進經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，將其應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域已成為新的研究熱點。本項目旨在設(shè)計并實現(xiàn)基于WSN的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，通過無線傳感器節(jié)點采集水質(zhì)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對水質(zhì)的監(jiān)測與預(yù)警。其中，ZigBee協(xié)議作為傳感器節(jié)點之間的通信協(xié)議，網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)負責(zé)傳感器節(jié)點與上位機之間的數(shù)據(jù)交互。該系統(tǒng)在提高水質(zhì)監(jiān)測精度的同時，也實現(xiàn)了對水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的智能化管理，具有廣闊的應(yīng)用前景和市場價值。二、設(shè)計方案1.系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)設(shè)計，包括傳感器節(jié)點和網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。（1）傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點利用ZigBee無線傳輸技術(shù)進行通信。由于水質(zhì)監(jiān)測需要采集較多的數(shù)據(jù)，因此節(jié)點需要采用多種傳感器實現(xiàn)多參數(shù)探測，包括溫度傳感器、PH傳感器、溶解氧傳感器、濁度傳感器等。每個節(jié)點由單片機、傳感器和ZigBee通信模塊構(gòu)成，能夠完成數(shù)據(jù)采集和發(fā)送功能。（2）網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)作為傳感器節(jié)點與上位機的橋梁，采用數(shù)據(jù)采集器作為硬件平臺，使用串口通信收集傳感器節(jié)點所采集的數(shù)據(jù)，并進行處理和存儲。網(wǎng)關(guān)利用GPRS無線通信模塊，通過移動網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端。網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)使用Java語言編寫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)解析和存儲、用戶管理等功能，完成與上位機的數(shù)據(jù)交互和管理。2.技術(shù)路線（1）傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點硬件設(shè)計采用STC15W408AS單片機控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和ZigBee通信功能。軟件設(shè)計采用Keil編譯器，利用C語言編寫代碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和通信控制功能。（2）網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)硬件設(shè)計采用GPRS無線通信模塊和數(shù)據(jù)采集器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和無線傳輸功能。軟件設(shè)計采用Java語言編寫，實現(xiàn)主要功能包括數(shù)據(jù)解析和存儲、用戶管理等。（3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對傳感器節(jié)點所采集到的水質(zhì)數(shù)據(jù)進行處理和分析，主要包括數(shù)據(jù)解析、校準、數(shù)據(jù)存儲等步驟。數(shù)據(jù)解析是將傳感器所采集到的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實際的濃度值；校準是根據(jù)實際情況對系統(tǒng)進行調(diào)整，保證數(shù)據(jù)的準確性；數(shù)據(jù)存儲是將處理后的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，方便后續(xù)管理和查詢。三、實驗進展截止到目前，已完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計和基本軟件框架。傳感器節(jié)點硬件設(shè)計已完成，軟件設(shè)計也已編寫完成，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和ZigBee通信功能。網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)硬件設(shè)計已完成，軟件設(shè)計采用Java語言完成了數(shù)據(jù)解析和存儲功能。目前正在進行數(shù)據(jù)傳輸及頁面展示相關(guān)功能的編寫。四、下一步工作下一步的工作計劃主要包括：（1）完善網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的功能設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳功能，建立服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫。（2）實現(xiàn)移動端和Web端的數(shù)據(jù)展示功能，包括水質(zhì)數(shù)據(jù)的圖表展示和數(shù)據(jù)查詢功能。（3）系統(tǒng)整體測試和優(yōu)化，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和準確性，完善系統(tǒng)操作手冊。五、參考文獻[1]苗青,孫耀堂.一種基于Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)[J].河南理工大學(xué)學(xué)報,2012,31(6):77-81.[2]董曉文,梁承宇,趙峰.基于Zigbee技術(shù)的水質(zhì)監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,42(03