專利名稱：一種用于湖泊水質(zhì)監(jiān)測的分布式無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無線傳感網(wǎng)絡技術領域。具體涉及一種用于湖泊水質(zhì)監(jiān)測的分布式無 線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)。
背景技術：
目前，隨著人們對水環(huán)境保護的意識增強，水環(huán)境的保護和實時監(jiān)測也受到重視， 其實時監(jiān)測的相關技術的應用倍受關注。研究智能化自動化監(jiān)測技術有利于節(jié)省大量人力 成本和保護水資源，而且實時動態(tài)監(jiān)測已經(jīng)成為水環(huán)境監(jiān)測市場的迫切需求，同時也是相 關部門重視的技術領域。無線傳感網(wǎng)絡作為一種新型的傳感網(wǎng)絡技術，具有極佳的實際應用前景。基于 ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡，具有自組網(wǎng)絡、網(wǎng)絡自愈和網(wǎng)絡維護等強大功能，能通過無線多 跳中繼方式擴大通信距離，擴大網(wǎng)絡監(jiān)測范圍。通過軟件設置網(wǎng)絡類型為Mesh網(wǎng)絡，能擴 大網(wǎng)絡的容量，提高網(wǎng)絡的健壯性。在ZigBee聯(lián)盟推出新的ZigBee 2007規(guī)范中，網(wǎng)絡通 信信道活躍，能有效抵抗復雜環(huán)境中的電磁干擾，有效的保證通信質(zhì)量，提高網(wǎng)絡的生存能 力。無線傳感網(wǎng)絡作為一種新的無線傳感網(wǎng)絡，在智能家居、智能建筑、醫(yī)療護理和環(huán) 境監(jiān)測等相關領域得到越來越廣泛的應用?，F(xiàn)有的水環(huán)境監(jiān)測技術主要有如下三種方式第一種方式為人工監(jiān)測，主要由人工采樣、樣品實驗室分析、實驗數(shù)據(jù)分析和得出 結論組成；第二種方式為自動監(jiān)測，主要由測定系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)組 成；第三種為遙感遙測，經(jīng)過資源衛(wèi)星對水域的遙測，分析衛(wèi)星測繪數(shù)據(jù)或是航天平 臺上的多光譜掃描儀及成像光譜儀遙測數(shù)據(jù)，分析水域質(zhì)量。第一種方式屬于傳統(tǒng)的監(jiān)測方式，采樣周期較長，采樣時間受水域地形、天氣等諸 多因素影響較大。第二種方式，雖然在一定程度上克服了第一種方式采樣周期長，采樣困難 的缺點，但是采用的是有線傳輸?shù)姆绞?，電纜以及電纜鋪設的成本較高，同時監(jiān)測區(qū)域也僅 僅限于靠岸水域。第三種方式，在遙測時受地形地貌的影響較大，適合海洋、湖泊大型水域 的監(jiān)測，且在操作過程需要多部門之間相互協(xié)調(diào)合作，過程往往冗長復雜，并不簡便易行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術缺陷，目的在于提供一種實時動態(tài)監(jiān)測、成本低廉，監(jiān)測 區(qū)域大、監(jiān)測簡便易行的用于湖泊水質(zhì)監(jiān)測的分布式無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是該系統(tǒng)包括η個節(jié)點和一個基站， η個節(jié)點由一個協(xié)調(diào)器、至少一個終端和至少一個路由器組成；節(jié)點的分布是先將路由器 和協(xié)調(diào)器分別固定在湖泊中的某一監(jiān)測區(qū)域，再將終端部署在路由器和協(xié)調(diào)器附近；節(jié)點 均通過無線自組織方式構成無線傳感網(wǎng)絡。
終端由電源控制模塊、數(shù)據(jù)采集控制模塊和主控制模塊相互連接組成。電源控制模塊由太陽能充電電路、充電鋰電池和電壓轉(zhuǎn)換電路組成，在電源控制 模塊中，充電鋰電池分別與太陽能充電電路和電壓轉(zhuǎn)換電路連接；電源控制模塊中的電壓 轉(zhuǎn)換電路分別與主控制模塊和數(shù)據(jù)采集控制模塊連接。數(shù)據(jù)采集控制模塊由傳感器組、采集電路和信號處理電路組成；在數(shù)據(jù)采集控制 模塊中，傳感器組中的每個傳感器分別與采集電路連接，采集電路與信號處理電路連接；采 集電路和信號處理電路分別與電源控制模塊中的電壓轉(zhuǎn)換電路和主控制模塊連接。主控制模塊由微處理器控制模塊、ZigBee無線模塊和主控制模塊天線組成；在主 控制模塊中，ZigBee無線模塊分別與微處理器控制模塊和主控制模塊天線相互連接，微處 理器控制模塊的ROM中寫入終端控制軟件；微處理器控制模塊與電源控制模塊中的電壓轉(zhuǎn) 換電路連接，微處理器控制模塊分別與數(shù)據(jù)采集控制模塊中的采集電路和信號處理電路連 接。路由器除微處理器控制模塊的ROM中寫入的軟件為路由器控制軟件外，其余結構 均與終端相同。協(xié)調(diào)器除微處理器控制模塊的ROM中寫入的軟件為協(xié)調(diào)器控制軟件外，其余結構 均與終端相同?；居蒢igBee無線模塊、基站天線和上位機組成；在基站中，ZigBee無線模塊分 別與基站天線和上位機連接，上位機中裝入上位機控制軟件。所述的傳感器組為水體溫度傳感器、PH值傳感器、電導率傳感器、濁度傳感器、溶 氧量傳感器中的一種以上，針對湖泊環(huán)境和監(jiān)測要求，選取實際需要的傳感器。所述的協(xié)調(diào)器控制軟件的主流程是S-IO1、初始化；S-102、執(zhí)行協(xié)調(diào)器程序；S-103、開始任務調(diào)度；S-104、有無系統(tǒng)命令；S-105、若有系統(tǒng)命令，執(zhí)行S-106 ；若無系統(tǒng)命令，執(zhí)行S-107 ；S-106、廣播命令，執(zhí)行 S-104 ；S-107、有無數(shù)據(jù)向基站發(fā)送；S-108、若有數(shù)據(jù)向基站發(fā)送，執(zhí)行S-109 ；若無數(shù)據(jù)向基站發(fā)送，執(zhí)行S-104 ；S-109、向基站發(fā)送數(shù)據(jù)，執(zhí)行S-104。所述的路由器控制軟件的主流程是S-201、初始化；S-202、開始任務調(diào)度；S-203、執(zhí)行路由器程序；S-204、有無廣播命令；S-205、若有廣播命令，執(zhí)行S-206 ；若無廣播命令，執(zhí)行S-207 ；S-206、轉(zhuǎn)發(fā)廣播命令，執(zhí)行S-204 ；S-207、有無數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；S-208、若有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，執(zhí)行S-209 ；若無數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，執(zhí)行S-204 ；
S-209、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，執(zhí)行 S-207。所述的終端控制軟件的主流程是S-301、初始化；S-302、開始任務調(diào)度；S-303、執(zhí)行終端程序；S-304、有無廣播命令；S-305、若有廣播命令，執(zhí)行S-306 ；若無廣播命令，執(zhí)行S-309 ；S-306、執(zhí)行廣播命令；S-307、建立新的采集參數(shù)表；S-308、建立新的采集任務；S-309、有無采集任務；S-310、若有采集任務，執(zhí)行S-311 ；若無采集任務，執(zhí)行S-314 ；S-311、采集水質(zhì)參數(shù)一種以上；S-312、分布式優(yōu)化采集數(shù)據(jù)；S-313、發(fā)送數(shù)據(jù)；S-314、休眠；S-315、等待命令或任務喚醒；S-316、喚醒，執(zhí)行 S-304。所述的上位機控制軟件的主流程是S-401、初始化；S-402、有無任務；S-403、若有任務，執(zhí)行S-404 ；若無任務，執(zhí)行S-402 ；S-404、判定任務類型；S-405、有無數(shù)據(jù)接收任務；S-406、若有數(shù)據(jù)接收任務，執(zhí)行S-407 ；若無數(shù)據(jù)接收任務，執(zhí)行S-409 ；S-407、接收數(shù)據(jù)；S-408、處理數(shù)據(jù)；S-409、有無數(shù)據(jù)發(fā)送任務；S-410、若有數(shù)據(jù)發(fā)送任務，執(zhí)行S-4011 ；若無數(shù)據(jù)發(fā)送任務，執(zhí)行S-4013 ；S-411、將命令數(shù)據(jù)傳給ZigBee無線模塊；S-412、向協(xié)調(diào)器發(fā)送命令；S-413、有無查看分析任務；S-414、若有查看分析任務，執(zhí)行S-4015 ；若無查看分析任務，執(zhí)行S-402 ；S-415、將數(shù)據(jù)經(jīng)過算法分析；S-416、得出結論，執(zhí)行 S-402。由于采用上述技術方案，本發(fā)明的監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳送到協(xié)調(diào)器，再由協(xié)調(diào)器傳往 基站?；局械纳衔粰C控制軟件具有接收、發(fā)送和處理分析數(shù)據(jù)的功能。上位機控制軟件能 接收協(xié)調(diào)器發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行容錯處理，并將數(shù)據(jù)存儲。當上位機需要發(fā)送控制 命令時，能通過上位機向ZigBee無線模塊發(fā)送控制命令，然后向協(xié)調(diào)器發(fā)送控制命令。此外，能通過上位機控制軟件對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行算法分析，然后給出結論，并提示水域質(zhì)量等 級指標?？朔巳斯げ蓸臃绞讲蓸又芷陂L的缺陷。整個監(jiān)測過程中數(shù)據(jù)通過無線方式自動 傳送，能實時實地監(jiān)測水體變化，體現(xiàn)水體質(zhì)量狀況，有效實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)實時動態(tài)變化。本發(fā)明采用數(shù)字芯片，同時采用ZigBee無線傳感網(wǎng)絡技術和太陽能供電，節(jié)點能 長時間低功耗工作，有效延長節(jié)點生存時間，降低節(jié)點整體成本，故系統(tǒng)成本低廉。此外，網(wǎng) 絡節(jié)點容量大，能提高網(wǎng)絡監(jiān)測區(qū)域，有效克服了有線傳輸網(wǎng)絡成本高和監(jiān)測區(qū)域小的缺 點ο由于本發(fā)明節(jié)點體積小，便于移動，能方便部署于被監(jiān)測的水域中，且部署的水域 不受當?shù)氐牡匦蔚孛驳乩項l件的限制，部署的過程也簡單易行，能克服遙感遙測過程冗長 復雜的缺點。系統(tǒng)監(jiān)測簡便易行。因此，本發(fā)明與現(xiàn)有的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)相比，具有實時動態(tài)監(jiān)測、成本低廉、能耗 小、監(jiān)測區(qū)域大、監(jiān)測簡便易行等優(yōu)點。本發(fā)明在實際環(huán)境中的應用，能擴充、優(yōu)化、完善國 內(nèi)現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測技術和系統(tǒng)，為實時動態(tài)監(jiān)測水環(huán)境質(zhì)量提供強有力的技術保障。


圖1為本發(fā)明的一種分布式無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)示意圖；圖2為圖1中的終端1的結構示意圖；圖3為圖1中的基站4的結構示意圖；圖4為圖1中的協(xié)調(diào)器控制軟件的主流程圖；圖5為圖1中的路由器控制軟件的主流程圖；圖6為圖1中的終端控制軟件的主流程圖；圖7為圖3中的上位機控制軟件的主流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述，并非對保護范圍的限制。實施例一種用于湖泊水質(zhì)監(jiān)測的分布式無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)。該系統(tǒng)如圖1所示，由15個 節(jié)點和一個基站4組成，15個節(jié)點由1個協(xié)調(diào)器3、5個路由器2和9個終端1組成；節(jié)點 的分布是先將路由器2和協(xié)調(diào)器3分別固定在湖泊中的某一監(jiān)測區(qū)域，再將終端1部署在 路由器2和協(xié)調(diào)器3附近；節(jié)點均通過無線自組織方式構成無線傳感網(wǎng)絡。終端1的結構如圖2所示，由電源控制模塊11、數(shù)據(jù)采集控制模塊7和主控制模塊 13相互連接組成，各個模塊的結構分別是電源控制模塊11由太陽能充電電路10、充電鋰電池9和電壓轉(zhuǎn)換電路12組成，在 電源控制模塊11中，充電鋰電池9分別與太陽能充電電路10和電壓轉(zhuǎn)換電路12連接；電 源控制模塊11中的電壓轉(zhuǎn)換電路12分別與主控制模塊13和數(shù)據(jù)采集控制模塊7連接。數(shù)據(jù)采集控制模塊7由傳感器組8、采集電路6和信號處理電路5組成；在數(shù)據(jù)采 集控制模塊7中，傳感器組8中的每個傳感器分別與采集電路6連接，采集電路6與信號處 理電路5連接；采集電路6和信號處理電路5分別與電源控制模塊11中的電壓轉(zhuǎn)換電路12 和主控制模塊13連接。
本實施例中，傳感器組8由水體溫度傳感器、PH值傳感器、電導率傳感器、濁度傳 感器、溶氧量傳感器中組成。傳感器組8的上述傳感器對湖泊的水體溫度，水中的PH值，電 導率，濁度，溶氧量的數(shù)據(jù)分別進行采集。水體溫度傳感器主要是用于監(jiān)測熱污染源，水體溫度異?？赡苁谴嬖跓嵛廴驹矗?熱污染可能引起生物繁殖增快而使水體產(chǎn)生生物性污染。PH值傳感器主要是用于監(jiān)測水體的酸堿度，清潔天然水的pH值為6. 5 8. 5，pH 值異常偏高或偏低，表示水體受到污染。電導率傳感器主要是用于監(jiān)測水體的電離的離子濃度，當水體中離子濃度急劇上 升時，說明水體中電離的離子濃度發(fā)生異常，可能是由于大量污染物的排放造成的。濁度傳感器主要是用于監(jiān)測水體的渾濁度，渾濁度過高表明水體受到膠體物質(zhì)污
^fe ο溶氧量傳感器主要是用于監(jiān)測水體的含氧量，溶氧量是評價水體自凈能力的指 標，當水體中溶氧量較低時，水體中氧化物不易被氧化分解，厭氧細菌類會大量繁殖，使水 體發(fā)臭。傳感器組8將采集的信號傳送給采集電路6，采集電路6再傳送給信號處理電路 5，信號處理電路5與主控制模塊13的微處理器連接，控制數(shù)據(jù)的收發(fā)、湖泊多種參數(shù)的采 集速率和處理簡單數(shù)據(jù)。主控制模塊13由微處理器控制模塊14、ZigBee無線模塊16和主控制模塊天線15 組成；在主控制模塊13中，ZigBee無線模塊16分別與微處理器控制模塊14和主控制模塊 天線15相互連接，微處理器控制模塊14的ROM中寫入終端控制軟件；微處理器控制模塊14 與電源控制模塊11中的電壓轉(zhuǎn)換電路12連接，微處理器控制模塊14分別與數(shù)據(jù)采集控制 模塊7中的采集電路6和信號處理電路5連接。微處理器控制模塊14中的微處理器CC2530F256內(nèi)嵌ZigBee協(xié)議，微處理器控制 模塊14通過天線15接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)節(jié)點之間的通信，并對所采集到的湖泊環(huán)境參數(shù) 做簡單的分布式分析處理。本實施例中路由器2的結構除微處理器控制模塊14的ROM中寫入的軟件為路由 器控制軟件外，其余均與終端1相同。本實施例中協(xié)調(diào)器3的構均除微處理器控制模塊14的ROM中寫入的軟件為協(xié)調(diào) 器控制軟件外，其余結與終端1相同?；?7的結構如圖3所示，由ZigBee無線模塊20、基站天線19和上位機18組 成；在基站17中，ZigBee無線模塊20分別與基站天線19和上位機18連接，上位機18中 裝入上位機控制軟件。終端控制軟件、路由器控制軟件、協(xié)調(diào)器控制軟件和上位機控制軟件均在Zltack 協(xié)議棧的嵌入式操作系統(tǒng)的基礎上，對其進行開發(fā)利用，添加用戶自己的任務，使用戶事件 和協(xié)議棧的系統(tǒng)事件相協(xié)調(diào)，防止用戶自身事件和系統(tǒng)事件相沖突。本實施例所述的協(xié)調(diào)器控制軟件的主流程如圖4所示S-IO1、初始化；S-102、執(zhí)行協(xié)調(diào)器程序；S-103、開始任務調(diào)度；
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S-104、有無系統(tǒng)命令；S-105、若有系統(tǒng)命令，執(zhí)行S-106 ；若無系統(tǒng)命令，執(zhí)行S-107 ；S-106、廣播命令，執(zhí)行 S-104 ；S-107、有無數(shù)據(jù)向基站發(fā)送；S-108、若有數(shù)據(jù)向基站發(fā)送，執(zhí)行S-109 ；若無數(shù)據(jù)向基站發(fā)送，執(zhí)行S-104 ；S-109、向基站發(fā)送數(shù)據(jù)，執(zhí)行S-104。本實施例所述的路由器控制軟件的主流程如茹所示S-201、初始化；S-202、開始任務調(diào)度；S-203、執(zhí)行路由器程序；S-204、有無廣播命令；S-205、若有廣播命令，執(zhí)行S-206 ；若無廣播命令，執(zhí)行S-207 ；S-206、轉(zhuǎn)發(fā)廣播命令，執(zhí)行S-204 ；S-207、有無數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；S-208、若有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，執(zhí)行S-209 ；若無數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，執(zhí)行S-204 ；S-209、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，執(zhí)行 S-207。本實施例所述的終端控制軟件的主流程如圖6所示S-301、初始化；S-302、開始任務調(diào)度；S-303、執(zhí)行終端程序；S-304、有無廣播命令；S-305、若有廣播命令，執(zhí)行S-306 ；若無廣播命令，執(zhí)行S-309 ；S-306、執(zhí)行廣播命令；S-307、建立新的采集參數(shù)表；S-308、建立新的采集任務；S-309、有無采集任務；S-310、若有采集任務，執(zhí)行S-311 ；若無采集任務，執(zhí)行S-314 ；S-311、采集水質(zhì)參數(shù)一種以上；S-312、分布式優(yōu)化采集數(shù)據(jù)；S-313、發(fā)送數(shù)據(jù)；S-314、休眠；S-315、等待命令或任務喚醒；S-316、喚醒，執(zhí)行 S-304。本實施例所述的上位機控制軟件的主流程如圖7所示S-401、初始化；S-402、有無任務；S-403、若有任務，執(zhí)行S-404 ；若無任務，執(zhí)行S-402 ；S-404、判定任務類型；S-405、有無數(shù)據(jù)接收任務；
S-406、若有數(shù)據(jù)接收任務，執(zhí)行S-407 ；若無數(shù)據(jù)接收任務，執(zhí)行S-409 ；S-407、接收數(shù)據(jù)；S-408、處理數(shù)據(jù)；S-409、有無數(shù)據(jù)發(fā)送任務；S-410、若有數(shù)據(jù)發(fā)送任務，執(zhí)行S-4011 ；若無數(shù)據(jù)發(fā)送任務，執(zhí)行S-4013 ；S-411、將命令數(shù)據(jù)傳給ZigBee無線模塊；S-412、向協(xié)調(diào)器發(fā)送命令；S-413、有無查看分析任務；S-414、若有查看分析任務，執(zhí)行S-4015 ；若無查看分析任務，執(zhí)行S-402 ；S-415、將數(shù)據(jù)經(jīng)過算法分析；S-416、得出結論，執(zhí)行 S-402。本實施例的監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳送到協(xié)調(diào)器3，再由協(xié)調(diào)器3傳往基站17?；?中 的上位機18控制軟件具有接收、發(fā)送和處理分析數(shù)據(jù)的功能。上位機控制軟件能接收協(xié)調(diào) 器3發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行容錯處理，并將數(shù)據(jù)存儲。當上位機需要發(fā)送控制命令 時，能通過上位機18向ZigBee無線模塊20發(fā)送控制命令，然后向協(xié)調(diào)器3發(fā)送控制命令。 此外，能通過上位機控制軟件對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行算法分析，然后給出結論，并提示水域質(zhì)量 等級指標。本實施方式克服了人工采樣方式采樣周期長的缺陷。整個監(jiān)測過程中數(shù)據(jù)通過 無線方式自動傳送，能實時實地監(jiān)測水體變化，體現(xiàn)水體質(zhì)量狀況，有效實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)實 時動態(tài)變化。本實施例采用數(shù)字芯片，同時采用ZigBee無線傳感網(wǎng)絡技術和太陽能供電，節(jié)點 能長時間低功耗工作，有效延長節(jié)點生存時間，降低節(jié)點整體成本，故系統(tǒng)成本低廉。此外， 網(wǎng)絡節(jié)點容量大，能提高網(wǎng)絡監(jiān)測區(qū)域，有效克服了有線傳輸網(wǎng)絡成本高和監(jiān)測區(qū)域小的 缺點。由于本實施例節(jié)點體積小，便于移動，能方便部署于被監(jiān)測的水域中，且部署的水 域不受當?shù)氐牡匦蔚孛驳乩項l件的限制，部署的過程也簡單易行，能克服遙感遙測過程冗 長復雜的缺點。系統(tǒng)監(jiān)測簡便易行。因此，本實施例與現(xiàn)有的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)相比，具有實時動態(tài)監(jiān)測、成本低廉、能 耗小、監(jiān)測區(qū)域大、監(jiān)測簡便易行等優(yōu)點。本發(fā)明在實際環(huán)境中的應用，能擴充、優(yōu)化、完善 國內(nèi)現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測技術和系統(tǒng)，為實時動態(tài)監(jiān)測水環(huán)境質(zhì)量提供強有力的技術保障。
權利要求
1. 一種用于湖泊水質(zhì)監(jiān)測的分布式無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，特征在于該系統(tǒng)包括η個節(jié)點 和一個基站G)，η個節(jié)點由一個協(xié)調(diào)器(3)、至少一個終端(1)和至少一個路由器(2)組 成；節(jié)點的分布是先將路由器( 和協(xié)調(diào)器C3)分別固定在湖泊中的某一監(jiān)測區(qū)域，再將終 端(1)部署在路由器(2)和協(xié)調(diào)器(3)附近；節(jié)點均通過無線自組織方式構成無線傳感網(wǎng)終端⑴由電源控制模塊(11)、數(shù)據(jù)采集控制模塊(7)和主控制模塊(13)相互連接組成；電源控制模塊(11)由太陽能充電電路(10)、充電鋰電池(9)和電壓轉(zhuǎn)換電路(12)組 成，在電源控制模塊(11)中，充電鋰電池(9)分別與太陽能充電電路(10)和電壓轉(zhuǎn)換電路 (12)連接；電源控制模塊(11)中的電壓轉(zhuǎn)換電路(1 分別與主控制模塊(1 和數(shù)據(jù)采 集控制模塊(7)連接；數(shù)據(jù)采集控制模塊(7)由傳感器組(8)、采集電路(6)和信號處理電路(5)組成；在數(shù) 據(jù)采集控制模塊(7)中，傳感器組(8)中的每個傳感器分別與采集電路(6)連接，采集電 路(6)與信號處理電路( 連接；采集電路(6)和信號處理電路( 分別與電源控制模塊 (11)中的電壓轉(zhuǎn)換電路(12)和主控制模塊(13)連接；主控制模塊(1 由微處理器控制模塊(14)、ZigBee無線模塊(16)和主控制模塊天線 (15)組成；在主控制模塊(1 中，ZigBee無線模塊(16)分別與微處理器控制模塊(14)和 主控制模塊天線(1 相互連接，微處理器控制模塊(14)的ROM中寫入終端控制軟件；微處 理器控制模塊(14)與電源控制模塊(11)中的電壓轉(zhuǎn)換電路(1 連接，微處理器控制模塊 (14)分別與數(shù)據(jù)采集控制模塊(7)中的采集電路(6)和信號處理電路(5)連接；路由器⑵除微處理器控制模塊(14)的ROM中寫入的軟件為路由器控制軟件外，其余 結構均與終端(1)相同；協(xié)調(diào)器C3)除微處理器控制模塊(14)的ROM中寫入的軟件為協(xié)調(diào)器控制軟件外，其余 結構均與終端(1)相同；基站(17)由ZigBee無線模塊Q0)、基站天線(19)和上位機(18)組成；在基站(17) 中，ZigBee無線模塊00)分別與基站天線(19)和上位機(18)連接，上位機(18)中寫入 上位機控制軟件。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于湖泊水質(zhì)監(jiān)測的分布式無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于 所述的傳感器組為水體溫度傳感器、PH值傳感器、電導率傳感器、濁度傳感器、溶氧量傳感 器中的一種以上。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于湖泊水質(zhì)監(jiān)測的分布式無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于 所述的協(xié)調(diào)器控制軟件的主流程是S-101、初始化； S-102、執(zhí)行協(xié)調(diào)器程序； S-103、開始任務調(diào)度； S-104、有無系統(tǒng)命令；S-105、若有系統(tǒng)命令，執(zhí)行S-106 ；若無系統(tǒng)命令，執(zhí)行S-107 ； S-106、廣播命令，執(zhí)行S-104 ； S-107、有無數(shù)據(jù)向基站發(fā)送；S-108、若有數(shù)據(jù)向基站發(fā)送，執(zhí)行S-109 ；若無數(shù)據(jù)向基站發(fā)送，執(zhí)行S-104 ； S-109、向基站發(fā)送數(shù)據(jù)，執(zhí)行S-104。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于湖泊水質(zhì)監(jiān)測的分布式無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于 所述的路由器控制軟件的主流程是S-201、初始化； S-202、開始任務調(diào)度； S-203、執(zhí)行路由器程序； S-204、有無廣播命令；S-205、若有廣播命令，執(zhí)行S-206 ；若無廣播命令，執(zhí)行S-207 ； S-206、轉(zhuǎn)發(fā)廣播命令，執(zhí)行S-204 ； S-207、有無數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；S-208、若有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，執(zhí)行S-209 ；若無數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，執(zhí)行S-204 ； S-209、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，執(zhí)行S-207。
5.根據(jù)權利要求1所述的用于湖泊水質(zhì)監(jiān)測的分布式無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于 所述的終端控制軟件的主流程是S-301、初始化； S-302、開始任務調(diào)度； S-303、執(zhí)行終端程序； S-304、有無廣播命令；S-305、若有廣播命令，執(zhí)行S-306 ；若無廣播命令，執(zhí)行S-309 ；S-306、執(zhí)行廣播命令；S-307、建立新的采集參數(shù)表；S-308、建立新的采集任務；S-309、有無采集任務；S-310、若有采集任務，執(zhí)行S-311 ；若無采集任務，執(zhí)行S-314 ；S-311、采集水質(zhì)參數(shù)一種以上；S-312、分布式優(yōu)化采集數(shù)據(jù)；S-313、發(fā)送數(shù)據(jù)；S-314、休眠；S-315、等待命令或任務喚醒； S-316、喚醒，執(zhí)行 S-304。
6.根據(jù)權利要求1所述的用于湖泊水質(zhì)監(jiān)測的分布式無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于 所述的上位機控制軟件的主流程是S-401、初始化； S-402、有無任務；S-403、若有任務，執(zhí)行S-404 ；若無任務，執(zhí)行S-402 ； S-404、判定任務類型； S-405、有無數(shù)據(jù)接收任務；S-406、若有數(shù)據(jù)接收任務，執(zhí)行S-407 ；若無數(shù)據(jù)接收任務，執(zhí)行S-409 ；S-407、接收數(shù)據(jù)； S-408、處理數(shù)據(jù)； S-409、有無數(shù)據(jù)發(fā)送任務；S-410、若有數(shù)據(jù)發(fā)送任務，執(zhí)行S-4011 ；若無數(shù)據(jù)發(fā)送任務，執(zhí)行S-4013 ； S-411、將命令數(shù)據(jù)傳給ZigBee無線模塊； S-412、向協(xié)調(diào)器發(fā)送命令； S-413、有無查看分析任務；S-414、若有查看分析任務，執(zhí)行S-4015 ；若無查看分析任務，執(zhí)行S-402 ； S-415、將數(shù)據(jù)經(jīng)過算法分析； S-416、得出結論，執(zhí)行S-402。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于湖泊水質(zhì)監(jiān)測的分布式無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)。其技術方案是該系統(tǒng)包括n個節(jié)點和一個基站(4)，n個節(jié)點由一個協(xié)調(diào)器(3)、至少一個終端(1)和至少一個路由器(2)組成；節(jié)點的分布是先將路由器(2)和協(xié)調(diào)器(3)分別固定在湖泊中的某一監(jiān)測區(qū)域，再將終端(1)部署在路由器(2)和協(xié)調(diào)器(3)附近；節(jié)點均通過無線自組織方式構成無線傳感網(wǎng)絡。節(jié)點的結構除了微處理器控制模塊(14)的ROM中寫入的控制軟件不同外，其余均相同。本發(fā)明具有實時動態(tài)監(jiān)測、成本低廉、能耗小、監(jiān)測區(qū)域大、監(jiān)測簡便易行等優(yōu)點。本發(fā)明在實際環(huán)境中的應用，能擴充、優(yōu)化、完善國內(nèi)現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測技術和系統(tǒng)，為實時動態(tài)監(jiān)測水環(huán)境質(zhì)量提供強有力的技術保障。
文檔編號H04W84/18GK102149221SQ20111008057
公開日2011年8月10日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權日2011年3月31日
發(fā)明者楊俊 , 楊君, 柴利, 阮超 申請人:武漢科技大學