面向水环境监测的无线传感器网络监测节点设计
水环境由地表水环境与地下水环境组成,包括河流、湖泊、水库、海洋、沼泽、冰川、泉水、浅层和深层地下水等。随着我国经济的高速发展,水环境污染和破坏日益严重,水环境监测作为水资源管理和水环境污染控制的主要手段之一,正在发挥不可替代的作用。现有的水环境监测手段主要有四种:1)人工采样,实验室分析,2)监控中心和多个监测子站组成的分布式水环境自动监测系统3)遥感监测4)水生物监测。但是,由于我国幅员辽阔,水环境监测网点分散,仅依靠现有的监测站和监测技术不能满足连续、动态、宏观、快速监测水环境的要求,也满足不了及时、准确地做出水环境质量预报...
水环境由地表水环境与地下水环境组成,包括河流、湖泊、水库、海洋、沼泽、冰川、泉水、浅层和深层地下水等。随着我国经济的高速发展,水环境污染和破坏日益严重,水环境监测作为水资源管理和水环境污染控制的主要手段之一,正在发挥不可替代的作用。现有的水环境监测手段主要有四种:1)人工采样,实验室分析,2)监控中心和多个监测子站组成的分布式水环境自动监测系统3)遥感监测4)水生物监测。但是,由于我国幅员辽阔,水环境监测网点分散,仅依靠现有的监测站和监测技术不能满足连续、动态、宏观、快速监测水环境的要求,也满足不了及时、准确地做出水环境质量预报的要求。因此,需要研究和开发实时、快速、宏观、准确的水环境动态监测技术,更加全面准确地反映水环境的变化情况,减少水质污染。
   针对现有水环境监测手段的不足之处,本文把无线传感器网络技术应用到水环境监测中,设计并制作了面向水环境监测的无线传感器网络监测节点。该监测节点可以应用于各种不同的复杂水域监测中,可广泛分布于待测水域中,对水环境的PH,DO和温度等数据进行长期实时在线监测。节点之间通过ZigBee无线通信协议进行数据传输,并最终通过ZigBee无线通信技术把水环境监测数据汇集到基站上,再由基站通过GPRS无线通信技术传输到远端数据中心。由该监测节点组成的水环境监测系统具有成本低,功耗小,对水环境影响小,部署便捷,灵活适应各种水域的特点。由于使用了ZigBee无线通信技术,使得监测网络具有智能化、低功耗、短延时、大容量、高可靠性和自组网的特点。能够适应各种水域的复杂水质情况的监测。
   本文研究了IEEE802.15.4标准和ZigBee协议,分析其组成结构,掌握其原理并应用在监测节点开发中,设计和制作面向水环境监测的无线传感器网络监测节点。该监测节点使用TI公司的16位低功耗单片机MSP430F1611作为核心处理器,配合可扩展的多路输入水质参数变送器,以及基于CC2430的ZigBee无线通信模块,可在线监测水体的PH、DO和温度参数。监测节点的软硬件设计完成后,分别对监测节点的无线通信能力、数据采集处理能力和命令组管理功能进行了测试,并顺利完成系统联调。通过对测试结果的分析,指出监测系统能够顺利完成水质参数的采集、处理和传输工作,性能指标达到设计预期,满足实际应用要求,软硬件设计合理,扩展性强,系统运行稳定可靠。
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作者: 夏宏博
学科专业: 测试计量技术及仪器
授予学位: 硕士
学位授予单位: 杭州电子科技大学
导师姓名: 吴开华 蒋鹏
学位年度: 2009
语 种: chi
分类号: TN925.93 X832
在线出版日期: 2011年3月28日