基于WSN的水质监测系统设计与应用

【摘要】水质监测是环境监测工作中的主要内容之一，微控制器技术和传感器技术的发展使它能及时、准确、全面的反映水质现状及变化趋势。近年来，无线传感器网络技术以其低成本、低功耗、组网灵活等特点得到了广泛应用，其在水质监测中的应用亦成为了一项新的研究热点。在国外，基于无线传感器网络的水质监测系统已有应用实例，而国内也取得了一定的研究成果。基于此，本文设计了一种集数据采集、传输、存储和处理为一体的智能水质监测系统（WMS），重点完成了传感器节点和监控中心软件的设计，设计目标为实现系统协议统一，易于维护和扩展。本文利用飞思卡尔第二代ZigBee硬件平台MC13213设计了传感器节点，并根据嵌入式硬件构件化设计方法为节点设计了最小系统电路、射频电路和传感器调理电路，可实现对温度、pH值、溶解氧的实时采集；同时，遵循嵌入式软件构件化设计方法为节点设计底层驱动，利用改进的分簇路由算法和传输协议自组网络，完成数据采集和无线收发。本文实现的监控中心软件可以实时接收传感器网络上传的数据并对其进行处理和显示。在进行监控中心软件设计时，为了实现软件的可维护性和可扩展性，根据软件工程原理，将监控中心软件分为通信软件和管理软件，两者之间通过数据库进行数据交互和同步。通信软件采用多线程异步Socket的方式收发数据，并采用双缓冲机制处理网络延迟和并发问题；管理软件采用B/S架构设计了友好的人机交互界面，便于统一管理和升级维护。同时，采用实验室现有的网关设备，根据其提供的接口，将传感器节点采集的数据通过GPRS网络发送到监控中心，实现远程监测。本文的工作涉及WSN、ZigBee、GPRS、传感器等技术，并在软硬件设计过程中充分考虑嵌入式软件工程思想，提高了水质监测系统的可维护性和可扩展性。经过对系统各模块的通信和物理量回归测试证明，系统具有较高的稳定性，能够实现水质的实时远程监测。
【作者】陈洪新；
【导师】陈建明；
【作者基本信息】苏州大学，软件工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】水质监测；远程监控；无线传感器网络；MC13213；GPRS；

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