江西鄱陽(yáng)湖水質(zhì)檢測的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )設計策略
加入技術(shù)交流群
江西鄱陽(yáng)湖水質(zhì)檢測的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )設計策略
江西境內的鄱陽(yáng)湖是中國第一大淡水湖，也是全國水質(zhì)最好的湖泊之一，流域面積16.22萬(wàn)平方公里。但近年來(lái)，鄱陽(yáng)湖水質(zhì)也呈下降趨勢。江西省水環(huán)境監測部門(mén)監測顯示，2002年鄱陽(yáng)湖水質(zhì)Ⅲ類(lèi)水以上的比例占99.7%，而2006年下降到82.1%，呈逐年下降趨勢。由于鄱陽(yáng)湖水域寬闊，包括贛江（外洲站）、撫河（李家渡站）、信江（梅港站）、昌江（渡峰坑站）、樂(lè )安河（石鎮街站）、修河（永修站）、西河（石門(mén)街站）及博陽(yáng)河（梓坊站）等區域，目前采用的水質(zhì)檢測方法為派人到各區域取水樣，然后放在專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗室檢測。這樣不能實(shí)現對湖水連續檢測，而且效率不高。本文提出了水質(zhì)自動(dòng)檢測的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )設計方案，可以實(shí)現對水質(zhì)的自動(dòng)檢測，而且檢測的數據可以通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到環(huán)保部門(mén)指定的接收點(diǎn)的計算機，利用該處計算機的軟件對檢測的數據實(shí)時(shí)顯示，并通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò )實(shí)現數據共享，實(shí)現數據多級管理。
1 系統總體結構
水質(zhì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )檢測系統采用兩級體系 ,一級為環(huán)保部門(mén)指定的接收水質(zhì)檢測數據的計算機（上位機）,二級為水域的水質(zhì)監測站。上位機負責監視、管理和控制水質(zhì)監測站;水質(zhì)監測站負責水質(zhì)數據的采集和數據傳送工作。上位機和水質(zhì)監測站之間采用GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸方式進(jìn)行數據通信。由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網(wǎng)絡(luò ),上位機配置固定的 IP 地址，各水質(zhì)數據采集點(diǎn)使用移動(dòng)通信公司統一的 SIM 卡,同時(shí)在上位機中利用編寫(xiě)的系統數據庫保存相關(guān)水質(zhì)參數數據，對信息進(jìn)行統計處理，產(chǎn)生各種報表輸出,支持24小時(shí)實(shí)時(shí)在線(xiàn),實(shí)現信息采集點(diǎn)每隔20 min傳送采集的水質(zhì)信息數據,并可以將數據進(jìn)行圖形化顯示，實(shí)現水質(zhì)數據的地圖化、可視化。單點(diǎn)檢測點(diǎn)與上位機系統組成結構如圖1 所示。
2 硬件設計
2.1 CPU模塊設計
鄱陽(yáng)湖的水質(zhì)保護的重要性對水質(zhì)檢測提出了速度快 、測量準確的高要求。CPU是整個(gè)水質(zhì)檢測的“心臟”和 “大腦”。作為整個(gè)系統的中樞，接受所有來(lái)自水質(zhì)傳感器的信號和數據，并對各個(gè)數據進(jìn)行處理，最終發(fā)送給GPRS模塊。采用高性能的CPU芯片可以使水質(zhì)檢測的工作效率大大提高。本設計采用了一款三星公司的ARM 內核芯片S3C44B0, 其工作效率是普通8位單片機的 4~5倍 ,非常適合于水質(zhì)參數的處理。S3C44B0是基于A(yíng)RM7TDMI-S內核的一款CPU，32位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運行。從整體性能看，采用S3C44B0芯片設計的原因在于其速度快、調試方便、運行穩定。S3C44B0與其他外部設備連接信號線(xiàn)如圖2所示。
2.2 水質(zhì)傳感單元設計
水質(zhì)的好壞由pH值、渾濁度等參數決定，其中pH值為十分重要的參數，pH計電路如圖3所示。
這個(gè)pH計電路的核心為接在超低電流放大器輸入端廉價(jià)的銀質(zhì)或氯化銀質(zhì)的探頭。從pH計探頭輸出的信號的典型阻抗為10～1 000 MΩ，因為阻抗高所以放大器的輸入電流特別小，這一點(diǎn)是非常重要的。V1為L(cháng)MC6001放大器，輸入電流小于25 fA,這正是pH計所需要的理想元件。標準的銀質(zhì)或氯化銀質(zhì)的探頭在25 ℃室溫下理論輸出電壓是59.16 mV/pH,而在pH值為7時(shí)輸出電壓為0 V，超低輸入電流放大器LM6001放大探頭輸出的信號使之相對于pH值為7時(shí)能夠達到+/-100 mV/pH。pH計的整體增益可以通過(guò)可調電位器R2調節。V2為微功耗放大器LMC6041提供反向偏置，使得在探頭的整個(gè)測量范圍內輸出電壓與pH值保持線(xiàn)性關(guān)系。
2.3 GPRS單元設計
GPRS是無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )中的“無(wú)線(xiàn)”傳輸部分，系統采用的GPRS模塊是WAVECOM公司的WISMOQ2403，該模塊功能完善、性能穩定、體積小、非常適合用于嵌入式應用。
其電路設計如圖4所示，該模塊大部分引腳可以不必接，只需要注意SIM卡信號和串口信號，只要這兩部分電路接好，GPRS硬件模塊就可以正常工作了。
評論