无线传感器网络的水质监控设计(附件)
随着经济的快速发展，随之而带来的环境污染情况也就越来越严重。对环境的保护和监测就会越来越显得重要，水是人们赖以生存的资源，没有了水，人们难以生存。随着第一次工业革命的发展，越来越多的机械化生产占据了曾经的手工业，对水环境的污染越来越严重。对水环境的监测就显得非常重要，从工业革命发展以来，人们对水资源的监测的发展越来越看重。本设计是基于无线传感网络水质监测，能够通过无线信号传输对水质进行监测，能够实现远距离的水质监测。PH值是检测水环境尤为重要的一个特性，本设计采用E-201-C复合电极PH值传感器，对水温的监测需要用到DS18B20温度传感器，通过ZigBee网络，用CC2530模块进行远距离的信号传输。本设计实现了远距离的信号采集和监测，使人们能过对水环境进行远距离监测，在这个工业化发展迅速的社会，这种设计对水环境的监测就显示很重要。关键词：水质监测，E-201-C复合电极PH值传感器，ZigBee网络，DS18B20温度传感器目 录
1绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2外水质研究现状与发展趋势 1
1.3课题研究的目的与意义 2
2 水质监控总体方案设计 3
2.1水质监控设计的要求 3
2.2水质监控设计方案的论证 3
3 基于无线传感器网络水质监控的硬件设计 8
3.1总体硬件介绍 8
3.2 主节点硬件设计 9
3.3 传感器模块设计 12
3.4显示模块 15
4 基于无线传感器网络水质监控的软件设计 15
4.1 总体功能设计 16
4.2 终端和协调端 16
5 系统测试 19
5.1 无线传感器网络水质监控硬件调试 19
5.2 基于无线传感器软件调试 22
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
附录A 28
附录B 29
1绪论
1.1课题研究背景
水是人类生产生活必不可少的元素之一，科学研究表明，人在没有食物的情况下可以存活7天之久，但是在没有水的情况下却只
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19
5.2 基于无线传感器软件调试 22
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
附录A 28
附录B 29
1绪论
1.1课题研究背景
水是人类生产生活必不可少的元素之一，科学研究表明，人在没有食物的情况下可以存活7天之久，但是在没有水的情况下却只能存活3天。虽然地球上大部分被水覆盖，但是那都是海水。人类可食用的水却只占水资源的0.2%，在江河湖海被污染的今天，水环境保护监测尤为重要。
随着人类社会的不断发展，环境问题已成为阻碍社会进步的重要问题。工业化生产加剧了对水资源的污染，也给水生物带来了极大的破坏性，为了预防并解决这个问题，加强对水环境的监测显得非常重要。针对这个日益严重的问题，中西方相继建立了自动的监控系统。水质监测是水资源环境管理与保护的重要基础，是保护水环境的重要手段[1]。如今的社会，难以见到曾经那清澈见底的小河，那可以嬉戏玩耍的湖泊，在这个工业发展迅猛的年代，到处充满了各种各样的工业化厂区，随之而带来的污染让曾经的小河变得遥不可及。在这个对河流严重破坏的大情况下，对水质监测的产品的要求也就越来越多。国内一直在对这个行业进行着快速的研究，从人为现场监测，发展到如今远距离无线监控，这代表着对水质监测的产品发展也就越来越完善。
1.2外水质研究现状与发展趋势
1.2.1国内研究现状与发展
目前，发展中国家的水资源有着很大污染，要保证经济快速发展的情况下环境也能得到保护，这是一个严重的问题。在1998年世界银行对全球132个国家进行了统计，中国水资源排在世界的第四位，但是中国人口众多，60亿人口，每人平均下来只有那么一点点，排在了132个国家的第82位[2]。由此可见，中国水资源特别紧张，故对水环境检测尤为重要。20世纪80年代以来，北京、上海、天津以及个别省会城市相继建立了水质自动连续监测系，这些系统主要依靠进口。故国内科学家致力于水质监测技术的发展。1990年胡方成发表的水中细菌快速检测器在环境水质监测的分析，采用环境标准分析方法中水质细菌学检验监测分析方法与快速检测器进行了实验验证。这是一种成本低，节省人力，时间的方法[3]。1995年宫美乐，黄金钟，贺菊华采用新型过滤器对海洋水质进行监测，这种新型过滤器是杭州水处理中心根据上级下达的研制新型过滤器的要求，研制成功新型的海洋监测用的过滤器填补了中国海洋水质监测的空白[4]。2000年张玉红，宋晓春，刘珍提出了用顶空气相色谱法在水质监测中的用，顶空气相色谱法是将样品置于一定的物质空间的密闭容器中，在一定的压力下气液气固两种达平衡后，直接去气相色谱分析，免除了水样的前期处理步骤，排除了基体对色谱分析的干扰,正确的对水质的分析[5]。2006年胡兴堂在博士论文中提出高光谱水质遥感监测系统关键技术的研究，通过高光谱平台构建专门水质监测系统[6]。2008年重庆大学的尤浩将无线传感器网络技术使用到治污设备监控中，该系对水污染环境进行监控，包含无线数据采集子系统和治污设施后台监控子系统[7]。2011年张宇飞提出基于FPGA和无线传感器网络的水处理监控。FPGA是信息监测和系统的理想的平台，无线传感器网络的引入打破传统使用DCS/FCS技术的水处理监控系统的使用限制，使得整个系统能够工作在更加复杂的工作环境中[8]。2014年苏州大学的陈洪新提出了基于WSN的水质监测系统设计与应用，设计了一种数据采集、传输、存储和处理为一体智能水质监测系统（WMS），重点完成了传感器节点和监控中心软件的设计，设计目标为实现系统协议统一，易于维护和扩展[9]。
1.2.2国外研究现状与发展
目前，世界上很多国家都建立了水质污染指标为基础的检测系统，他是在一个水系或者一个区域内设计多个自动监测站点，通过一个中心发散型控制。国外早在上世纪70年代就开发出了这种多点监测的控制系统，到如今的上位机自动监测终端，能过每隔一定时间的传输信号，进行自动分析和处理发送的高性能监测系统。早在1975年英国就建立了泰晤士流域的自动环境水质监测系统，在1967年，日本在公共海域设立了自动监测器，到上个世纪末已经建立了170多个的自动监测站[10]。上个世纪80年代日本和欧美等国就已经广泛的应用现代高端技术对水质监测进行高端的监测，这是一个自动化，智能化固定的监测设备。
国外如今对水质的要求很严格，对工厂污染废弃溶液有着高要求，在各个工厂内就有个自己独特的检控标准和排放要求。通过实地取样分析数据和远距离的监控方法来对溶液进行控制检测。
1.3课题研究的目的与意义
水质问题一直是发展中国家面临的严重问题，为了能够在高速发展经济的同时保证环境质量是个难题。水质的监控能够直观的反应出发展经济的同时水体质量的问题，能够快速的了解水质，及时的发现问题，解决问题。通过对比能够发现，国外比我国更早的发现并努力解决这个问题，而在国内，很多工厂都没有配置这种水质监测的仪器，对我国水质的破坏也就越来越严重。所以发展水质监测仪器就尤为重要。
如今水质监控技术发展迅猛，有无线传感器技术、光谱分析
1绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2外水质研究现状与发展趋势 1
1.3课题研究的目的与意义 2
2 水质监控总体方案设计 3
2.1水质监控设计的要求 3
2.2水质监控设计方案的论证 3
3 基于无线传感器网络水质监控的硬件设计 8
3.1总体硬件介绍 8
3.2 主节点硬件设计 9
3.3 传感器模块设计 12
3.4显示模块 15
4 基于无线传感器网络水质监控的软件设计 15
4.1 总体功能设计 16
4.2 终端和协调端 16
5 系统测试 19
5.1 无线传感器网络水质监控硬件调试 19
5.2 基于无线传感器软件调试 22
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
附录A 28
附录B 29
1绪论
1.1课题研究背景
水是人类生产生活必不可少的元素之一，科学研究表明，人在没有食物的情况下可以存活7天之久，但是在没有水的情况下却只
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5.2 基于无线传感器软件调试 22
结 论 25
致 谢 26
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附录A 28
附录B 29
1绪论
1.1课题研究背景
水是人类生产生活必不可少的元素之一，科学研究表明，人在没有食物的情况下可以存活7天之久，但是在没有水的情况下却只能存活3天。虽然地球上大部分被水覆盖，但是那都是海水。人类可食用的水却只占水资源的0.2%，在江河湖海被污染的今天，水环境保护监测尤为重要。
随着人类社会的不断发展，环境问题已成为阻碍社会进步的重要问题。工业化生产加剧了对水资源的污染，也给水生物带来了极大的破坏性，为了预防并解决这个问题，加强对水环境的监测显得非常重要。针对这个日益严重的问题，中西方相继建立了自动的监控系统。水质监测是水资源环境管理与保护的重要基础，是保护水环境的重要手段[1]。如今的社会，难以见到曾经那清澈见底的小河，那可以嬉戏玩耍的湖泊，在这个工业发展迅猛的年代，到处充满了各种各样的工业化厂区，随之而带来的污染让曾经的小河变得遥不可及。在这个对河流严重破坏的大情况下，对水质监测的产品的要求也就越来越多。国内一直在对这个行业进行着快速的研究，从人为现场监测，发展到如今远距离无线监控，这代表着对水质监测的产品发展也就越来越完善。
1.2外水质研究现状与发展趋势
1.2.1国内研究现状与发展
目前，发展中国家的水资源有着很大污染，要保证经济快速发展的情况下环境也能得到保护，这是一个严重的问题。在1998年世界银行对全球132个国家进行了统计，中国水资源排在世界的第四位，但是中国人口众多，60亿人口，每人平均下来只有那么一点点，排在了132个国家的第82位[2]。由此可见，中国水资源特别紧张，故对水环境检测尤为重要。20世纪80年代以来，北京、上海、天津以及个别省会城市相继建立了水质自动连续监测系，这些系统主要依靠进口。故国内科学家致力于水质监测技术的发展。1990年胡方成发表的水中细菌快速检测器在环境水质监测的分析，采用环境标准分析方法中水质细菌学检验监测分析方法与快速检测器进行了实验验证。这是一种成本低，节省人力，时间的方法[3]。1995年宫美乐，黄金钟，贺菊华采用新型过滤器对海洋水质进行监测，这种新型过滤器是杭州水处理中心根据上级下达的研制新型过滤器的要求，研制成功新型的海洋监测用的过滤器填补了中国海洋水质监测的空白[4]。2000年张玉红，宋晓春，刘珍提出了用顶空气相色谱法在水质监测中的用，顶空气相色谱法是将样品置于一定的物质空间的密闭容器中，在一定的压力下气液气固两种达平衡后，直接去气相色谱分析，免除了水样的前期处理步骤，排除了基体对色谱分析的干扰,正确的对水质的分析[5]。2006年胡兴堂在博士论文中提出高光谱水质遥感监测系统关键技术的研究，通过高光谱平台构建专门水质监测系统[6]。2008年重庆大学的尤浩将无线传感器网络技术使用到治污设备监控中，该系对水污染环境进行监控，包含无线数据采集子系统和治污设施后台监控子系统[7]。2011年张宇飞提出基于FPGA和无线传感器网络的水处理监控。FPGA是信息监测和系统的理想的平台，无线传感器网络的引入打破传统使用DCS/FCS技术的水处理监控系统的使用限制，使得整个系统能够工作在更加复杂的工作环境中[8]。2014年苏州大学的陈洪新提出了基于WSN的水质监测系统设计与应用，设计了一种数据采集、传输、存储和处理为一体智能水质监测系统（WMS），重点完成了传感器节点和监控中心软件的设计，设计目标为实现系统协议统一，易于维护和扩展[9]。
1.2.2国外研究现状与发展
目前，世界上很多国家都建立了水质污染指标为基础的检测系统，他是在一个水系或者一个区域内设计多个自动监测站点，通过一个中心发散型控制。国外早在上世纪70年代就开发出了这种多点监测的控制系统，到如今的上位机自动监测终端，能过每隔一定时间的传输信号，进行自动分析和处理发送的高性能监测系统。早在1975年英国就建立了泰晤士流域的自动环境水质监测系统，在1967年，日本在公共海域设立了自动监测器，到上个世纪末已经建立了170多个的自动监测站[10]。上个世纪80年代日本和欧美等国就已经广泛的应用现代高端技术对水质监测进行高端的监测，这是一个自动化，智能化固定的监测设备。
国外如今对水质的要求很严格，对工厂污染废弃溶液有着高要求，在各个工厂内就有个自己独特的检控标准和排放要求。通过实地取样分析数据和远距离的监控方法来对溶液进行控制检测。
1.3课题研究的目的与意义
水质问题一直是发展中国家面临的严重问题，为了能够在高速发展经济的同时保证环境质量是个难题。水质的监控能够直观的反应出发展经济的同时水体质量的问题，能够快速的了解水质，及时的发现问题，解决问题。通过对比能够发现，国外比我国更早的发现并努力解决这个问题，而在国内，很多工厂都没有配置这种水质监测的仪器，对我国水质的破坏也就越来越严重。所以发展水质监测仪器就尤为重要。
如今水质监控技术发展迅猛，有无线传感器技术、光谱分析
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