zigbee的水质在线监测系统设计(附件)
本课题设计了一种基于ZigBee的水质在线监测系统，根据要求完成了系统程序设计以及软件设计，并制作了系统样机。其中硬件部分主要由数据采集模块、通信模块块构成。系统主要采集PH值、水下温度、水体浊度、光照强度等水质参量，实现了对水质的监测监控功能，然后利用串口进行通信，将数据传输到PC端的上位机，然后通过窗口显示水质的参数，达到对水质监测系统的实时数据采集。在搭建完组网后并对其进行测试，最后通过实验表明，系统能基本实现设计目标，完成对环境因子的实时采集，并且能够通过PC端实时观察到数据的变化。关键词 水质参量，数据采集，实时监测
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究与发展现状 1
1.3 课题主要研究内容 3
1.4 课题的创新点 3
2 基于ZigBee的水质在线监测系统总体设计 3
2.1 系统的需求分析 3
2.2 系统的总体描述 4
2.3 系统的总体设计 5
2.4 本章小结 6
3 硬件模块的设计 6
3.1 温度传感器模块 6
3.2 PH传感器模块 7
3.3 光照传感器模块 8
3.4 浊度传感器模块 8
3.5 温湿度传感器模块 9
3.6 ZigBee网络组网 9
3.7 本章小结 11
4 程序设计 11
4.1 温度传感器模块的程序设计 11
4.2 PH传感器模块的程序设计 12
4.3 光照传感器模块的程序设计 12
4.4 浊度传感器模块的程序设计 13
4.5 温湿度传感器模块的程序设计 14
4.6 汇聚节点的程序设计 14
4.7 上位机的程序设计 15
4.8 本章小结 16
5 水质监测系统的调试 17
5.1 水质监测的实物图 17
5.2 在硬件调试时遇到的问题 17
5.3 数据变化在上位机上的显示 18
5.4 本章小结 20 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
结 论 21
致 谢 22
参考文献 23
引言
研究背景及意义
随着我国经济的不断发展，水资源日益短缺和水质污染问题越来越引起人们的广泛关注[13]。水资源的严重污染威胁到人类的生存环境，不仅使得水资源日益短缺，也对给我国实施可持续发展战略带来严重的负面影响，如何将管理好水资源并且有效的利用已经逐步上升到国家战略的高度。如何有效地对水资源的污染进行监督和管理，这就迫切需要我们研究出先进的水质监测系统[46]。但是因为目前使用的大多数监测水质的仪器兼容性不好，接口多样，且大都是采用有线连接的方式，在接线的时候不仅工序复杂，人工成本高，甚至在监测大范围的现场水质根本难以实现。所以目前来说水质监测系统现场终端往往都是采用现有的PLC 或者其他大型的控制器来实现[79]，连接方式也是多种多样，这大大限制了环境水质监测系统的发展，而本课题所提到的水质监测系统是结合了目前已有的技术和自己所学习的知识然后提出来的。首先这个系统的的终端是负责将所有采集到的水质参数进行整合然后传送到上位机中再通过上位机经行分析。
随着科技的不断发展、传感器不断向着智能化、网络化的发展，无线传感网络技术能在水质监测中得到了很好的应用。因为ZigBee 技术具有距离近、复杂度低、组网能力强、成本低及可靠性高的特点，外加上它自有无线通信标准，可以通过接力的方式在多个测量节点间实现相互通信，而且通信的效率高，能满足水质监测的需要。
国内外研究与发展现状
在水质研究的早期时候，为了测量水质，水质监测的研究研究们都是采用人工提取样本的方式来进行测量的。测验员们先要到达需要测量的位置然后对该区域不同位置的水样进行取样，然后再将采集到的水样带回实验室进行一系列的提取、分析等等的操作，才能了解当前的水质状况。但是，久而久之，这种采样方式和分析方式的弊端就暴露了出来：首先这种方式需要耗费很大的人力和物力，其次很耗费时间。而且最终测试得到的结果很大程度上的会因为人为因素或者时间和空间上的偏差而产生测量数据上的偏差，很大程度上的制约了人们及时了解水质的情况。
国外水质监测的研究现状和发展趋势
在水质检测技术发展方面，美国走在了前端，在20世纪60年代美国就建立了自己的水质监测系统，在1966年首次将自动水质化学检测器投入使用。到20世纪70年代的时候，数万个水质监测站已经遍布了美国各个地区，如今，这些监测站更是越来越多。在国外，对于这种基于无线传感网的水环境检测系统比较典型的又澳大利亚的CSIRO的FLECK系统和美国Helios.ware公司的CSOnet系统。CSIRO是澳大利亚联邦科学与工业研究组织的简称，在2008年，这个部门提出了一套基于无线传感网的系统检测方案，把这套方案命名为“Fleck”系统，当时也称作斑点智能无线传感网技术。顾名思义，将每一个传感器网络节点称为一个斑点，并将这些个斑点以ad hoc的方式组成一个智能的无线传感网络，当时这套系统的最大通信半径可以达到500m。在2008年底的时候，把该系统运用在昆士兰州东南部的威文霍湖进行测试，并且取得了很好的测试效果。后来随着时代的发展，该系统已经能够很好的运用在水环境保护上。总之，欧美等发达同家已具备了较为成熟的水质监测技术，而且他们不断地在借助随着时代发展而带来的新科技的优势，将水质监测推向一个更加精确、更快捷的领域。
国内水质监测的研究现状和发展趋势
我国在水质监测的研究起步比较晚，大概1950年后，我国才逐渐开始认识到了水质监测对生产力发展的重要性。通过向国外的学习，几年后，我国在全国500多条河流上建立了1000多个水质监测站，用来监测河水的各个水质因子的成分，分析该河流的化学性质以及富含的水质养分。到了上个世纪80年代，我国又在全国的六大水系上开始建立监测断面，用来监测更多的水质因子。
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究与发展现状 1
1.3 课题主要研究内容 3
1.4 课题的创新点 3
2 基于ZigBee的水质在线监测系统总体设计 3
2.1 系统的需求分析 3
2.2 系统的总体描述 4
2.3 系统的总体设计 5
2.4 本章小结 6
3 硬件模块的设计 6
3.1 温度传感器模块 6
3.2 PH传感器模块 7
3.3 光照传感器模块 8
3.4 浊度传感器模块 8
3.5 温湿度传感器模块 9
3.6 ZigBee网络组网 9
3.7 本章小结 11
4 程序设计 11
4.1 温度传感器模块的程序设计 11
4.2 PH传感器模块的程序设计 12
4.3 光照传感器模块的程序设计 12
4.4 浊度传感器模块的程序设计 13
4.5 温湿度传感器模块的程序设计 14
4.6 汇聚节点的程序设计 14
4.7 上位机的程序设计 15
4.8 本章小结 16
5 水质监测系统的调试 17
5.1 水质监测的实物图 17
5.2 在硬件调试时遇到的问题 17
5.3 数据变化在上位机上的显示 18
5.4 本章小结 20 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
结 论 21
致 谢 22
参考文献 23
引言
研究背景及意义
随着我国经济的不断发展，水资源日益短缺和水质污染问题越来越引起人们的广泛关注[13]。水资源的严重污染威胁到人类的生存环境，不仅使得水资源日益短缺，也对给我国实施可持续发展战略带来严重的负面影响，如何将管理好水资源并且有效的利用已经逐步上升到国家战略的高度。如何有效地对水资源的污染进行监督和管理，这就迫切需要我们研究出先进的水质监测系统[46]。但是因为目前使用的大多数监测水质的仪器兼容性不好，接口多样，且大都是采用有线连接的方式，在接线的时候不仅工序复杂，人工成本高，甚至在监测大范围的现场水质根本难以实现。所以目前来说水质监测系统现场终端往往都是采用现有的PLC 或者其他大型的控制器来实现[79]，连接方式也是多种多样，这大大限制了环境水质监测系统的发展，而本课题所提到的水质监测系统是结合了目前已有的技术和自己所学习的知识然后提出来的。首先这个系统的的终端是负责将所有采集到的水质参数进行整合然后传送到上位机中再通过上位机经行分析。
随着科技的不断发展、传感器不断向着智能化、网络化的发展，无线传感网络技术能在水质监测中得到了很好的应用。因为ZigBee 技术具有距离近、复杂度低、组网能力强、成本低及可靠性高的特点，外加上它自有无线通信标准，可以通过接力的方式在多个测量节点间实现相互通信，而且通信的效率高，能满足水质监测的需要。
国内外研究与发展现状
在水质研究的早期时候，为了测量水质，水质监测的研究研究们都是采用人工提取样本的方式来进行测量的。测验员们先要到达需要测量的位置然后对该区域不同位置的水样进行取样，然后再将采集到的水样带回实验室进行一系列的提取、分析等等的操作，才能了解当前的水质状况。但是，久而久之，这种采样方式和分析方式的弊端就暴露了出来：首先这种方式需要耗费很大的人力和物力，其次很耗费时间。而且最终测试得到的结果很大程度上的会因为人为因素或者时间和空间上的偏差而产生测量数据上的偏差，很大程度上的制约了人们及时了解水质的情况。
国外水质监测的研究现状和发展趋势
在水质检测技术发展方面，美国走在了前端，在20世纪60年代美国就建立了自己的水质监测系统，在1966年首次将自动水质化学检测器投入使用。到20世纪70年代的时候，数万个水质监测站已经遍布了美国各个地区，如今，这些监测站更是越来越多。在国外，对于这种基于无线传感网的水环境检测系统比较典型的又澳大利亚的CSIRO的FLECK系统和美国Helios.ware公司的CSOnet系统。CSIRO是澳大利亚联邦科学与工业研究组织的简称，在2008年，这个部门提出了一套基于无线传感网的系统检测方案，把这套方案命名为“Fleck”系统，当时也称作斑点智能无线传感网技术。顾名思义，将每一个传感器网络节点称为一个斑点，并将这些个斑点以ad hoc的方式组成一个智能的无线传感网络，当时这套系统的最大通信半径可以达到500m。在2008年底的时候，把该系统运用在昆士兰州东南部的威文霍湖进行测试，并且取得了很好的测试效果。后来随着时代的发展，该系统已经能够很好的运用在水环境保护上。总之，欧美等发达同家已具备了较为成熟的水质监测技术，而且他们不断地在借助随着时代发展而带来的新科技的优势，将水质监测推向一个更加精确、更快捷的领域。
国内水质监测的研究现状和发展趋势
我国在水质监测的研究起步比较晚，大概1950年后，我国才逐渐开始认识到了水质监测对生产力发展的重要性。通过向国外的学习，几年后，我国在全国500多条河流上建立了1000多个水质监测站，用来监测河水的各个水质因子的成分，分析该河流的化学性质以及富含的水质养分。到了上个世纪80年代，我国又在全国的六大水系上开始建立监测断面，用来监测更多的水质因子。
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