導(dǎo)語：水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1．1水質(zhì)環(huán)境條件要求

經(jīng)過分析調(diào)查，水產(chǎn)漁業(yè)對水質(zhì)的監(jiān)測主要需求為:對溫度、pH值、溶解氧濃度這些參數(shù)發(fā)生變化或不符合標(biāo)準(zhǔn)，將嚴(yán)重影響水產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，因此，需對此類參數(shù)通過進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1．2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由水質(zhì)數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)匯集層、監(jiān)測中心層構(gòu)成，水質(zhì)數(shù)據(jù)采集層是由測溫度、pH值、溶解氧濃度的相應(yīng)傳感器組成的，將其部署在水中，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)參數(shù)的采集，再通過WiFi將所采集數(shù)據(jù)發(fā)送至AP節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚，再由AP節(jié)點(diǎn)通過WiFi將匯集數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)測中心。

2WiFi節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

WiFi又稱IEEE802．11b標(biāo)準(zhǔn)，IEEE802．11b無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范是對IEEE802．11的改進(jìn)，其最高帶寬為11Mbps。在信號較弱或有干擾時(shí)，可自動調(diào)整為5．5，2或1Mbps。本系統(tǒng)中帶寬為11Mbps。本系統(tǒng)需完成對終端節(jié)點(diǎn)、AP節(jié)點(diǎn)的制作，并且需實(shí)現(xiàn)將各個(gè)傳感器所采集到的數(shù)據(jù)通過WiFi傳輸至上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對溫度、pH值、溶解氧濃度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

2．1電源模塊

本系統(tǒng)中各個(gè)模塊所需的工作電壓均為3．3V，因此，可用2節(jié)AA電池通過電壓轉(zhuǎn)換電路得到3．3V，從而避免了使用市電供電，使系統(tǒng)更加無線化。

2．2WiFi無線通信模塊

本模塊采用的是GainSpan公司的GS1011片上系統(tǒng)，其內(nèi)部集成了WiFi物理層，裝上天線和射頻功放即可完成數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，該芯片功耗超低，為雙ARM7核結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)用于處理數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的工作，一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)軟件應(yīng)用。芯片內(nèi)嵌的FLASH和SRAM用于儲存程序和數(shù)據(jù)，編程和調(diào)試可通過JTAG口實(shí)現(xiàn);ADC，I2C總線，GPIO等接口用于接收來自傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)通過串口與單片機(jī)通信，其工作電壓為3．3V。

2．3處理器模塊

本次通與終端節(jié)點(diǎn)相連的處理器采用STC89LE52C單片機(jī)。該單片機(jī)IO口可模擬I2C接口來接收傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)信息，其工作電壓為3．3V。AP節(jié)點(diǎn)無需處理器。

2．4串口模塊

串口模塊采用MAX232實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)模塊和WiFi模塊之間的通信，并通過USB轉(zhuǎn)串口進(jìn)行程序配置。

2．5傳感器模塊

本設(shè)計(jì)中采用美國Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20數(shù)字化溫度傳感器，適用電壓范圍為3．0～5．5V;通過串行數(shù)據(jù)線DQ與單片機(jī)的P1．2口相連實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的傳輸。DQ上需接一只4．7kΩ上拉電阻器，以實(shí)現(xiàn)對DS18B20的控制，完成讀寫溫度數(shù)據(jù)功能。pH值傳感器采用雷磁E—201—C型pH復(fù)合電極，溶解氧濃度傳感器采用雷磁公司的DO—955溶氧電極，傳感器終端與單片機(jī)連接的電路原理圖如圖4所示。

3節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)中，IEEE802．11b采用的是Infrasture組網(wǎng)模式，通信協(xié)議為TCP/IP，具體目標(biāo)是為實(shí)現(xiàn)將傳感器采集到的數(shù)據(jù)匯聚到AP節(jié)點(diǎn)，在通過WiFi后傳輸至監(jiān)測中心。具體的軟件設(shè)計(jì)步驟為:首先通過gs_flashprogram軟件編寫WiFiProtectedSetup(WPS)程序，且在程序中內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，將該程序燒寫入GS1011模塊;然后，通過Keil軟件對單片機(jī)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，其軟件結(jié)構(gòu)由AT指令，各傳感器的程序和API接口組成。在本系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點(diǎn)定時(shí)向AP節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，AP節(jié)點(diǎn)定時(shí)接收，并通過WiFi傳輸至監(jiān)測中心的上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)的溫度、pH值、溶解氧濃度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。系統(tǒng)每30min采集一次水質(zhì)參數(shù)，因此，可通過定時(shí)器來控制終端節(jié)點(diǎn)連續(xù)給AP節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，當(dāng)定時(shí)器被喚醒時(shí)，向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，定時(shí)器滿，停止發(fā)送，進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待下一次定時(shí)器被喚醒。在進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)，終端節(jié)點(diǎn)與AP節(jié)點(diǎn)處于中斷狀態(tài)，且傳感器暫時(shí)停止工作。

4管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的管理核心為上位機(jī)，主要需實(shí)現(xiàn)串口接收程序和上位機(jī)管理程序等功能，本系統(tǒng)上位機(jī)通過MicrosoftVisualStudio2010軟件采用的是里面的MFC應(yīng)用程序框架進(jìn)行設(shè)計(jì)的上位機(jī)程序。從而實(shí)現(xiàn)對傳感器設(shè)計(jì)查詢、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)存放及歷史數(shù)據(jù)查詢等功能，當(dāng)監(jiān)控人員登陸界面查找相關(guān)資料時(shí)，系統(tǒng)通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)，并且可以以視圖的形式將數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

5系統(tǒng)測試

在某水產(chǎn)養(yǎng)殖基地對本設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行了測試。實(shí)驗(yàn)時(shí)部署了4個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，分別放在4個(gè)養(yǎng)殖池中，部署2個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，溫度傳感器、pH值傳感器、溶氧度傳感器集成在終端節(jié)點(diǎn)上。終端節(jié)點(diǎn)僅需2節(jié)普通5號電池。節(jié)點(diǎn)固定在魚塘中心位置，且內(nèi)離水面1m處。傳感器終端每隔30min對水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行一次采樣，并將采樣數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)后，自動進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待下一次采樣指令的盜壘。其溫度、pH值、溶解氧濃度監(jiān)測結(jié)果。

6結(jié)束語

本文將WiFi應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)中，能夠?qū)崟r(shí)地采集溫度、pH值、溶解氧等水質(zhì)參數(shù)，并通過WiFi協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測水質(zhì)參數(shù)的目的。對水產(chǎn)養(yǎng)殖有很大的指導(dǎo)意義，但本系統(tǒng)只停留在監(jiān)測功能上，對水質(zhì)的改善仍然未實(shí)現(xiàn)智能化，因此，下一步的工作將側(cè)重于如何在后臺智能化地調(diào)節(jié)相應(yīng)的水質(zhì)參數(shù)。

作者:周皓東黃燕劉煒單位:江西省科學(xué)院