第 卷 第 期 电子设计工程 年 月  ! ! ! = ! 0*.+-'* 01'(- -('-00+'-( >*. ! 基于物联网的水质监测系统设计 姜 莉 曾宝国 四川信息职业技术学院 四川 广元   摘 要 针 对 传 统 水 质 监 测 方 式 中 存 在 的 测 试 周 期 长 数 据 反 馈 速 度 慢 等 弊 端 本 文 提 出 一 种 智 慧 型 水 质 实 时 监 测 系 统  本系统以无线传感器网络 网络摄像机以及各类水质污染监测传感器以及后台数据库为核心 开发具有自愈能力 的自组网小型水质监测系统 实现对水产养殖用水的水位 溶解氧  值 温度 图像等多参数的 采 集 并通 过 无 线网  络实现传感器检测节点和协调器节点之间数据快速 准确的传输 进而对多参数进行实时远程监 测 解 决水 产 养 殖业 水质实时监测和管理问题  关键词 物联网 实时 水质监测 无线传感网 中图分类号  文献标识码  文章编号         !"  "        !"    # #$% &' % "()      !"#$  !!!! $!%&**+,'-( . ./0 .01. **0 0'1.'-( '- ./0 .+,'.'- .0+ )'. -'.+'-( '- ./0  2 -( 1 1300, 2 ,. 200,4*5 3+401 ./'1 330+ 3+3101  +0 ".'0 -'.+'-( 11.0 2 '-.0'(0-. .0+ )'.6/'1 11.0 410, - ./0 '+0011 10-1+ -0.+5-0.+5 *0+1 -,  5'-,1 2 .0+ 3).'- -'.+'-( 10-1+ 1 0 1 ./0 4*5(+)-, ,.410 1 ./0 *+02+ ./0 1 .0+ )'. -'.+'-( 11.0 -0.+5'-( ,07030-. 102 "/0'-( 4''.).' 3+0.0+ . */'070 ./0 070 2 )*).)+0 .0+,'1170, (0-3 .030+.)+01)*/ 1 '(0 *)'1'.'--, ./+)(/ '+0011 -0.+5 10-1+ -,0 -, ./0 *+,'-.+ -,0 40.00- ,. 21.**)+.0 .+-1'11'--, ./0- ./0 +0 ".'0 +0.0 -'.+'-( 2 ).'30 3+0.0+1+0".'0 -'.+'-( -, -(00-. 2 )*).)+0 .0+ )'.6 ' "&'-.0+-0. 2 ./'-(18 +0".'08 .0+ )'. -'.+8 9: 在水 产 人 工 养 殖 的 过 程 中  为 了 给 鱼 类 创 造 适 宜 的 生 对 数 据 进 行 统 计  分 析  并 根 据 养 殖 用 水 管 理 要 求 实 时 预 长环境 需要及时 准确地掌握水质参数  传统的水质检测方 警  告 警  并 能 自 动 下 发 控 制 指 令 到 无 线 网 关  然 后 由 式 通 过 查 品 嗅 试 纸 测 试 等 形 式 开 展 时 效 性 和 准 确 性 都 '(00 网 络 下 发 指 令 到 水 质 反 馈 控 制 节 点  启 动 增 氧 机 或 不 高  本 系 统 借助 物 联 网信 息 化 技术 手 段 实现 对 对 养 殖 水 值 调 节 设 备 水 泵 等 实 时 调 节 养 殖 用 水 参 数  管 理 人 员  环 境中 对 鱼 类生 长 发 育极 为 重 要的 个 参 数 水 温 酸 碱 度  可 通 过  平 板 电 脑 或 等 方 式 可 获 取 实 时 水 质 数 据   ;  溶 氧 量和 水 位 进行 实 时 监测 与 控 制  从 而 降 低鱼 类 发 病 率  并 对 设 备 进 行 远 程 控 制  提高水产养殖效益  工作原理  本 设 计 采 用 感 知 控 制 层  传 输 通 信 层  应 用 服 务 层 三 层 架 构 设 计 如 图 所 示  在 水 源 地 布 置 多 个 水 上 节 点 水   质 信 息 采 集 节 点  水 面 视 频 采 集 节 点  水 质 反 馈 控 制 节 点  '(00  无 线 网 关  通 过 水 质 信 息 采 集 节 点 实 时 采 集 值  水 温 水 位 溶 氧 量 等 水 质 参 数 通 过 终 端 节 点 上 传 '(00 给 无 线 网 关 由 后 者 送 入 处 理 然 后 送 入 服 务 器 并 同 时 ; 通 过  网 络 摄 像 机  采 集 水 面 视 频 信 息  由 $ ;0+ 9'' 方 式 送 入 移 动 服 务 器  运 行 于 服 务 器 上 的 信 息 管 理 系 统 图  系统功能框图 '(  :1.0 2)-*.'- 收稿日期  稿件编号  !"" !! 基金项目 四川省经济和信息化委员会 年技术创新项目 ! !! 作者简介 姜 莉   女 山西大同人 硕士 讲师 工程师  研究方向 通信技术 物联网  ! < ! 

电子设计工程  年第 期 ,  硬件设计  核心 主 要包 括 最 小系 统 电 源 电 路 射 频 电 路 和   口接口电路等部分 其中射频部分电路原理如图 所示   无线传感器网络通讯模块设计 由于 本 系统 工 作 在 频 段 因 此 设 计 需 重 点     本 系 统 无 线 传 感 器 网 络 通 讯 模 块 以 公 司 为 考虑分布参数的影响  本模块 参考 公司 设      !"" 图  射频电路原理图 计 采用外置 天线 以提高传输距离  )* #$%  &$'$"  # $&($ 大 简 化 感 知 层 的 设 计 工 作  传感器选型  以 养 殖 用 水 为 例  一 般 需 要 对 水 环 境 中 的 值  水   软件设计 位 溶 氧 量 温 度 等 基 本 参 数 进 行 监 测 +,-  本 系 统 选 用 北 京 联 感知层子系统  创 开 发 的  具 有 测 温 和 温 度 补 偿 功 能 的    ./      本系统的无线网络基于 协议栈 完 成  由于 监 测    类 智 能 传 感 器 来 对 水 的 值 水 位 溶 氧 量 温 度 点不多 分布范围较窄 故采用星形网络拓扑结构  无线传感 等 参 数 进 行 监 测  类 传 感 器 均 可 通 过 总 线 接 收 来   01 器 网 络 中 各 终 端 节 点 与 智 能 传 感 器 间 通 讯 的 协 议 帧 格 式 如 自 外 部 ) 的 控 制 指 令  然 后 返 回 测 量 参 数  因 而 可 以 大 表 ,   所示  表 传感器通讯协议 下行链路       !"! #"$ %&'$! 帧头 方向 长度 帧代号 功能码 地址段 数据  帧尾 00# #* 0  ,, ## , 0 ## 表 传感器通讯协议 上行链路       !"! #"$ % #$! 帧头 方向 长度 帧代号 功能码 地址段 通道数 保留 原始值温度工程值 通道数    帧尾 00 *# ,1  , ##        0 1   *  2 23 # #    2  , , 3 1   3 2 , *4 # 传输层子系统 交互模块后者通过读 取 配 置信 息 建 立 连 接 两 者   8" 6 $%"" 无 线 网 关 用 于 完 成 管 理 控 制  协 议 转 换 以 及 数 均提供统一接口 主程序选择启动其中一项 +-  网关初始化完 据转 发 功 能  可 以 支 持 网 络 数 据协 同 和 汇聚  并 支 持 毕 后 监 听 网 络 等 候 外 部 事 件 中 断 的 产 生 并 通 过 判 断 响 应 $%""6  6 7 . 5 接入 +-  的 类 型 进行 相 应 的数 据 转 发动 作  若 接收 到 以 太网 数 据 则 网关 的 工 作 流 程 如 图 所 示 系 统 加 电 启 动 后 首 先 初  判 断 是 否为 管 理 平台 下 达 的命 令 如 果是 则 对 命令 进 行 进 一 始化应用程序  交互模块通过发送 指令启动  *  步 判 断 若 此 命 令 为 获 取 网 关 侧 信 息 的 命 令 则 调 用 管 理 平 模块 设 定串 口 的 通信 速 率 建立 连 接 准 备 数 据 通 信  台 交 互模 块 发 送信 息 给 管理 平 台 若此 命 令 为下 达 给 传感 网 8" , 

姜 莉  等 基于物联网的水质监测系统设计 参考文献  周娜 祝艳涛 传感器在水质监测中的应用 探 讨 环境 科 学 & " $ '$ 导刊 "()##*+,-$ ./0 1%.0  +$223 4 55  6 7839 : '$ ;:3  89%* &&*+&- 陈琦 韩 冰 秦 伟 俊 基 于 物 联 网 网 关 系 统 的 设  % %    计与实现 计算机研究与发展 ' %&&-<=+-= >.;1 ?%.1 @%?A1  +B8$C5 D :23:  4 E A/ 69 5D    23 '$ '83 4 >:28 5E D C32:" ,,  图 - 网关工作流程 的 传 感 网 命 令 则 对 命 令 进 行 协 议 解 析 后 调 用 串 口 读 写 模 L I H 436 4 69 -+-=$ 块 将 命 令发 送 给 汇聚 节 点  类似 的 若 通过 汇 聚 节点 获 取 到 王 翥 郝 晓 强 魏 德 宝 基 于 和 网 络 的 远 程 水 质 监 - % % $ 1   了 传 感 网 数 据 则 对 传 感 网 数 据 进 行 协 议 解 析 后 调 用 交 互 测系统 仪表技术与传感器 '$ %,,(+F$ 模块将数据发送给管理平台   应用层子系统  1 E8% .; G +7% ;A C +$ : 6 7839 : 595: 5D  1 D   '$ 应用层水质监控信息管理系统采 用 架构 设 计 通过  A58: E78 D 5% ,,(+F$    提供面向 网关和用户的服务  应用 杜治 国 肖德 琴 周 运 华 等 基 于 无 线 传 感 器 网 络 的 水 质 监  % % $ 层数 据 决策 由 专 家数 据 库 系统 实 现 它由 知 识 库 推 理 机 解 测系统设计 计算机工程与设计 '$ %*(F<+F*$ 释 器 人 机界 面 数 据库 管 理 系统 等 组 成 !  主 要 子 系统 包 括 水 质 环 境 监 控 子 系 统 专 家 决 策 及 知 识 查 询 子 系 统 系 统 配 置子系统 在线技术支持子系统等  C0 E +8%GA/ C +7%./0 8 +E8% 3$C5 4 6 7839 : 6355 55 6H 595: 5D  6355 55 '$>:28 ; D 结束语  C5%*(F+F*$ 张红燕 袁永明 贺艳辉等 水产养殖专家系统的设计与实现 F % % $ 综上 所 述  本 文 首 先 阐 述 了 基 于 物 联 网 的 水 质 监 测 系 中国农学通报 '$ %,,=(I<+$ 统 的设 计 原 理 然 后 从 硬件 和 软 件两 个 方 面分 析 了 系统 的 设 计  在 系 统 测试 过 程 中 对 水 质 监测 系 统 的准 确 性 和实 时 性 进行 测 试 测试 结 果 表明 该 系 统能 每 隔 半个 小 时 自动 对 水 质 .1 . +9% 01  +:% .;  +E8% 3$ C5 D :23: 4 J2 595: 4 78838 '$>E5 8383  @833% ,,=(-+$ 参 数 测 量记 录 实 现水 质 的 长时 间 在 线测 量 最 远中 继 传 输距 " " 金纯 罗祖秋 罗凤 等 技术基础及案例分析 北京   % % $@ K$ 离 达 #$! 公里  该 系 统 还 可 根 据 实 际 需 要 增 减 终 端 节 点 实 国防工业出版社 %$ 现多参数监测及反馈控制 具有良好的扩展性及实用价值  %  上接第 页  , 通信系统无线通信距离  但当天线杆处于无拉力状态 风力环  @,,F+ K 公共场所风速测定方 法 北 京 中 国 境中进行升或降操作时 其安全性始终是用户的忧患  通过采 标准出版社   用本文提供的在不同风力参数下升降式通信天线杆承载的允 刘鸿文 材料力学 版 北京 高等教育出版社  I KF  ,, 许最大风负荷能力  以及对应的承载天线迎风面积的计算方 张肇仪 周乐柱 吴 德明 等 译 微波 工 程 版 北 京 电 子  KI  法 可 为 部 队根 据 所 使用 的 天 线杆 种 类 天线 面 积 风力 风 向 工业出版社 %, 环境提供具体的计算和分析使用 具有一定实用价值  点对 多 点微 波 通 信系 统 通 用 参考文献  F @ ,F+,**CKLCK 规范 中国标准出版社   ,** 范青珊 朱祖 成 等 译 材 料 力 学手 册 北 京 中 国 建 筑工 孙 玉 铭 陈 志 元 物 联 网 技 术 在 战 场 装 备 抢 修 保 障 中 的 应 , K   业出版社  用 西南通信技术研讨会论文集  ,*, > , ,