无线传感器网络的水质监测系统硬件设计
社会进步的同时带来的不良后果是水质的严重污染，危害着人们的生产与生活。传统的水质监测系统电缆分布密集，布线复杂，杂乱无章。不仅如此，传统的水质监测系统是通过人工采集样品后进行分析，导致水质参数监测不够准确。为了克服这些弊端，现提出基于无线传感器网络的水质监测系统。本系统通过传感器对被测水质的浊度值和pH值进行监测，通过nRF24L01将信息及时地传输到管理中心，从而在超标情况下进行报警。通过无线传输，有效解决布线复杂的问题，并且可以实时传输被测参数，大大提高了监测的效率。本系统实现水质参数的监测，各个部分实现其作用，对水质监测系统提供了较好的技术支持。关键词 水质监测，无线传感器网络，浊度值，pH值，nRF24L01
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 研究现状和发展趋势 1
1.3 课题研究内容 2
2 基于无线传感器网络的水质监测系统的总体设计 3
2.1 系统设计思想 3
2.2 水质监测系统总体功能 3
3 基于无线传感器网络的水质监测系统硬件设计 3
3.1 总体框图 3
3.2 核心控制器电路设计 4
3.3 浊度传感器电路设计 6
3.4 pH值传感器电路设计 7
3.5 电源电路设计 7
3.6 液晶显示电路设计 8
3.7 无线收发装置电路设计 9
3.8 按键电路设计 10
3.9 A/D转换电路设计 11
3.10 串口模块设计 12
4 基于无线传感器网络的水质监测系统软件设计 15
4.1 编写语言的选择 15
4.2 主程序设计 15
4.3 检测板程序设计 16
4.4 显示板程序设计 21
5 软硬件联调 24
5.1 初始值设定 24
5.2 pH值和浊度值参数调试 25
5.3 处于酸性溶液中的pH检测 25
5.4 处于碱性溶液中的pH检测 26 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
5.5 浊度数值超标调试 27
结论 29
致谢 30
参考文献 31
附录A 总硬件电路图 33
附录B PCB 35
附录C 程序代码 37
1 绪论
1．1 课题研究背景和意义
世界科技发展的同时带来了一些弊端。很多企业的环保意识薄弱，忽略了自身工业废水排放标准，对水资源造成了极大的影响。其影响了我们的生活，与此同时，也造成水中物种的灭绝，严重危及人体健康，疾病依然存在[1]。
缺水问题一直存在，但是水污染问题还没有解决，这表明我国需要更好的水质监测工作。未解决我国的现状，需要更好的治理，并且加强监测[2]。
本系统的发展经历了手动监控的初步开发，在线监控系统的开发与应用等几个阶段。国外，研究人员针对一些情况进行专项研究，推动水质监测的发展[3]。中国还建立了由单片机开发的监控系统，由计算机作为监测显示装置，以便更好的监测水质问题，有利于解决水污染问题。但是，水中参数不是这么简单就能监测正确的。在测量面积大的情况下，所需要的资金也大[4]。
为了便于解决这些缺点，提出了基于无线传感器网络的水质监测系统，更好的保护水资源，便于管理中心根据情况管理。
1．2 研究现状和发展趋势
无线传感器（WSN）是将诸多设备于一体，构成无线传感器网络节点[5]。在无线传感器网络研究热点领域，作为新的信息采集平台，可以通过各种类型的集成传感器数据采集监控对象，完成实时监控，无线多跳网络用户信息，监控跟踪指定区域参数。它具有大量功能，这些功能是WSN被普遍接受的重要根本[6]。
在无线传感器网络中的许多关键技术，需要布置很多的传感器节点，在能源方面没有得到合适的解决，也就伴随着出现了一些问题[7]。为了保证技术的合适操作和所需时间，这就要求选择最合适的路由，另外还有很多关键技术。
虽然水污染问题越来越严重，但是WSN的出现方便了专业人员能够进一步的监测被测水质。本系统中的WSN大大减少了在过去采集方面的资金问题，在水质监测方面，人们逐渐倾向于使用低成本、广覆盖的仪器，而WSN在传送信息方面，速度极快而且便利，性价比极高。
现如今，我国开始采用先进技术如传感器来保护水资源。该无线监测系统，如江苏水质，水质检测卡的应用程序，然后，实时数据从3G网络收集并发送到控制中心，达到对太湖水域内水质情况的实时更新[8]。
现如今，水质监测技术越来越进步，并且变得越来越高级，但不是每种传感器都是合适的，而且所需资金还高，所以一般不是对所有参数进行测试，而是选择常规参数检测，此外还有别的参数，例如生化需氧量、总磷（TP）等项目。社会的进步，无线通信技术和GPS技术的急速发展，将水质监测系统和如今科学技术联合起来的的发展趋势[9]：
（1）分析实验结果之后，按照以前的手工取样，在水质参数的在线传输方向上建立水质参数；
（2）采集水质参数由一开始的人工采集样品发展到如今的在线处理，传感器采集参数，信息传送到管理中心管理；
（3）进行简单的地面环境监测，从区域到广泛的遥感监测；
（4）监控设备的体积更小，所需资金也越来越少；
（5）现在水质监测在传统的基础上更加完善，其综合性越来越强；
（6）水质监测由人工监测向多功能方向发展，客服了原有的局限性。
1．3 课题研究内容
查阅各种文章资料，主要研究基于无线传感器网络的水质监测系统的比较和选择，研究其原理、器件类型、采集参数、进行其硬件设计，结合软件部分，进行软硬件联合调试，不断改进。
全文分为五章：
第一章 绪论。首先说明了本系统的开发背景和好处。综述了水质监测系统的现如今的情况和其今后的进步，给出本课题的所需做的工作；
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 研究现状和发展趋势 1
1.3 课题研究内容 2
2 基于无线传感器网络的水质监测系统的总体设计 3
2.1 系统设计思想 3
2.2 水质监测系统总体功能 3
3 基于无线传感器网络的水质监测系统硬件设计 3
3.1 总体框图 3
3.2 核心控制器电路设计 4
3.3 浊度传感器电路设计 6
3.4 pH值传感器电路设计 7
3.5 电源电路设计 7
3.6 液晶显示电路设计 8
3.7 无线收发装置电路设计 9
3.8 按键电路设计 10
3.9 A/D转换电路设计 11
3.10 串口模块设计 12
4 基于无线传感器网络的水质监测系统软件设计 15
4.1 编写语言的选择 15
4.2 主程序设计 15
4.3 检测板程序设计 16
4.4 显示板程序设计 21
5 软硬件联调 24
5.1 初始值设定 24
5.2 pH值和浊度值参数调试 25
5.3 处于酸性溶液中的pH检测 25
5.4 处于碱性溶液中的pH检测 26 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
5.5 浊度数值超标调试 27
结论 29
致谢 30
参考文献 31
附录A 总硬件电路图 33
附录B PCB 35
附录C 程序代码 37
1 绪论
1．1 课题研究背景和意义
世界科技发展的同时带来了一些弊端。很多企业的环保意识薄弱，忽略了自身工业废水排放标准，对水资源造成了极大的影响。其影响了我们的生活，与此同时，也造成水中物种的灭绝，严重危及人体健康，疾病依然存在[1]。
缺水问题一直存在，但是水污染问题还没有解决，这表明我国需要更好的水质监测工作。未解决我国的现状，需要更好的治理，并且加强监测[2]。
本系统的发展经历了手动监控的初步开发，在线监控系统的开发与应用等几个阶段。国外，研究人员针对一些情况进行专项研究，推动水质监测的发展[3]。中国还建立了由单片机开发的监控系统，由计算机作为监测显示装置，以便更好的监测水质问题，有利于解决水污染问题。但是，水中参数不是这么简单就能监测正确的。在测量面积大的情况下，所需要的资金也大[4]。
为了便于解决这些缺点，提出了基于无线传感器网络的水质监测系统，更好的保护水资源，便于管理中心根据情况管理。
1．2 研究现状和发展趋势
无线传感器（WSN）是将诸多设备于一体，构成无线传感器网络节点[5]。在无线传感器网络研究热点领域，作为新的信息采集平台，可以通过各种类型的集成传感器数据采集监控对象，完成实时监控，无线多跳网络用户信息，监控跟踪指定区域参数。它具有大量功能，这些功能是WSN被普遍接受的重要根本[6]。
在无线传感器网络中的许多关键技术，需要布置很多的传感器节点，在能源方面没有得到合适的解决，也就伴随着出现了一些问题[7]。为了保证技术的合适操作和所需时间，这就要求选择最合适的路由，另外还有很多关键技术。
虽然水污染问题越来越严重，但是WSN的出现方便了专业人员能够进一步的监测被测水质。本系统中的WSN大大减少了在过去采集方面的资金问题，在水质监测方面，人们逐渐倾向于使用低成本、广覆盖的仪器，而WSN在传送信息方面，速度极快而且便利，性价比极高。
现如今，我国开始采用先进技术如传感器来保护水资源。该无线监测系统，如江苏水质，水质检测卡的应用程序，然后，实时数据从3G网络收集并发送到控制中心，达到对太湖水域内水质情况的实时更新[8]。
现如今，水质监测技术越来越进步，并且变得越来越高级，但不是每种传感器都是合适的，而且所需资金还高，所以一般不是对所有参数进行测试，而是选择常规参数检测，此外还有别的参数，例如生化需氧量、总磷（TP）等项目。社会的进步，无线通信技术和GPS技术的急速发展，将水质监测系统和如今科学技术联合起来的的发展趋势[9]：
（1）分析实验结果之后，按照以前的手工取样，在水质参数的在线传输方向上建立水质参数；
（2）采集水质参数由一开始的人工采集样品发展到如今的在线处理，传感器采集参数，信息传送到管理中心管理；
（3）进行简单的地面环境监测，从区域到广泛的遥感监测；
（4）监控设备的体积更小，所需资金也越来越少；
（5）现在水质监测在传统的基础上更加完善，其综合性越来越强；
（6）水质监测由人工监测向多功能方向发展，客服了原有的局限性。
1．3 课题研究内容
查阅各种文章资料，主要研究基于无线传感器网络的水质监测系统的比较和选择，研究其原理、器件类型、采集参数、进行其硬件设计，结合软件部分，进行软硬件联合调试，不断改进。
全文分为五章：
第一章 绪论。首先说明了本系统的开发背景和好处。综述了水质监测系统的现如今的情况和其今后的进步，给出本课题的所需做的工作；
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