基于ZigBee和GSM网络的水质检测和定位系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种水质检测和定位系统，特别涉及基于ZigBee和GSM网络的水质检测和定位系统。本实用新型专利技术通过ZigBee技术实现小范围水域的自组网和数据传输，降低成本；同时基于GPS和ZigBee网络中的RSSI实现终端节点定位；然后通过移动通信技术扩大检测范围，实现广域的数据传输；最后通过以太网将数据传输给服务器，在服务器端进行数据处理和存储，同时将数据传递给前台界面，以图表的形式呈现给用户。本实用新型专利技术降低了水域检测的成本、扩展了水域监测范围；同时本系统每个节点功耗小、配置灵活、可根据节点任务需要增减模块。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种水质检测和定位系统，特别涉及基于ZigBee和GSM网络的水质检测和定位系统。
技术介绍
近年来，水质问题开始受到人们的重视。据2013年数据统计，全国十大水系一半水质已被污染，六成地下水水质差。随着人口增加、经济发展和城市化进程加快，水资源短缺、水环境污染、水生态受损情况触目惊心，水安全正在成为新时期经济社会发展的基础性、全局性和战略性问题。为实现水质保护，除了从源头上抑制对水质的污染行为外，另一个重要措施是实现对水质的实时监测，在出现小范围的污染时可以进行及时的治理，并能根据长期的观测数据制定水质防护模型。传统的水质检测方法包括：现场采集水样带回实验室检测；利用固定或移动监测站进行中长期监测；根据水体光谱特性和水质参数浓度之间的关系，利用卫星遥感技术和相关算法渲染技术获得反映水质参数的图像等。然而我国水域分布广，传统的检测手段存在检测时间长、数据非实时、价格昂贵、一次检测范围小等缺陷，随着无线传感网技术和传感器智能化、微型化、低成本化的发展，水质在线实时检测得以实现，传统水质检测手段的弊端得以避免。得益于MEMS、SoC、低功耗嵌入式和无线通信技术等的飞速发展，无线传感网以其低功耗、低成本、分布式及自组织的特点被广泛应用于各种工业、军事、环境、家居、医疗等领域。由IEEE组织和ZigBee联盟提出的IEEE802.15.4/ZigBee技术是一种近距离、低功耗、低速率、低复杂度、低成本的双向无线通信技术，主要适用于自动控制和远程控制领域，并因其精简的协议栈，可适用于多种嵌入式设备，因此十分适用于无线传感网的组网。为扩大我国水域的检测范围，将无线传感网技术和移动通信网络技术进行了结合。我国移动通信网发展迅速，技术成熟，成本较低，基站覆盖范围广，因此可实现偏远地区的数据实时传输。GPS定位可为地球绝大部分地区(98％)提供准确的定位，其使用低频讯号，纵使天气不佳仍能保持相当的讯号穿透性，具有定位精度高(<1m)、快速、省时、高效率等优点。但是对于无线传感网来说，节点巨多，若给每个节点配备GPS模块，将极大地增加成本和功耗，而且对于水质监测系统来说，并不需要特别高的定位精度，所以可以采用基于GPS和ZigBeeRSSI的技术方案。基于web技术的数据访问和交互应用更简易，且具有实时性。MySQL数据库拥有体积小、速度快、适应所有平台、支持多种语言并可处理拥有上千万条记录的大型数据库等优点。
技术实现思路
为解决传统水质检测不及时、检测范围小、成本投入大、数据显示不直观、水域无法及时定位等缺陷，本技术提出了一种基于无线传感网、移动通信、web技术和GPS的新型水质检测和定位系统，该系统可完成水质的温度、PH、氨氮含量、浊度、电导率和溶解氧的指标测量，并通过ZigBee技术实现小范围水域的自组网和数据传输，降低成本；同时基于GPS和ZigBee网络中的RSSI实现终端节点定位；然后通过移动通信技术扩大检测范围，实现广域的数据传输；最后通过以太网将数据传输给服务器，在服务器端进行数据处理和存储，同时将数据传递给前台界面，以图表的形式呈现给用户。本技术的技术方案是：一种基于ZigBee和GSM网络的水质检测和定位系统，包括负责水质信息采集和短距离传输的传感网络，其特征在于：所述的负责水质信息采集和短距离传输的传感网络为WSN网络(1)，WSN网络(1)包括协调节点(11)、路由节点(12)和终端节点(13)，所述的终端节点(13)基于ZigBee组网，每个ZigBee网络由一个ZigBee网络协调节点(11)、若干路由节点(12)和多个ZigBee终端节点(13)组成；其中协调节点(11)为ZigBee网络协调器，所述的ZigBee网络协调器设置GSM模块和GPS模块；ZigBee终端节点(13)利用携带的传感器及探头获取水质信息，再通过ZigBee网络路由节点(12)传输给协调节点(11)；协调节点(11)将收集到的所有节点信息进行整合之后发送给接入节点(3)，接入节点(3)通过以太网(4)将信息传输给服务器(5)，在服务器(5)内部进行信息处理。根据如上所述的基于ZigBee和GSM网络的水质检测和定位系统，其特征在于：所述的ZigBee终端节点(13)和路由节点(12)由ATMega-328微控制器、温度传感器、ISFETPH微传感器、氨敏电极、浊度探头、电导率电极、溶解氧探头以及XBee模块组成；所述的ZigBee协调节点(11)由ATMega-328微控制器、XBee模块、GSM模块和GPS模块等组成。根据如上所述的基于ZigBee和GSM网络的水质检测和定位系统，其特征在于：所述的接入节点(3)由arduino开发板、以太网扩展板、SD存储卡、GSM模块组成。根据如上所述的基于ZigBee和GSM网络的水质检测和定位系统，其特征在于：所述的的服务器(5)用于进行数据处理、存储及发布的web系统基于客户端和服务器模式，采用MySQL数据库进行数据存储，客户端通过网页形式将数据以表格或图形方式呈现给用户。与现有技术相比，本技术提出的水质传感监测系统具有以下优点：(1)采用ZigBee和GSM结合的方式，降低了成本、扩展了水域监测范围；(2)本系统每个节点功耗小、配置灵活、可根据节点任务需要增减模块，合理的任务分配可降低节点的功耗，延长其使用时间；(3)采用某个主节点配备GPS模块，终端节点采用基于ZigBeeRSSI的定位算法，获得全部节点的定位坐标，一方面提高精确度，同时降低成本和功耗；(4)基于web技术的数据处理和查询方式更灵活、更及时、更易于用户使用。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步详细的说明。图1是水质检测系统的整体架构示意图。图2是ZigBee网络拓扑示意图。图3是ZigBee网络内终端节点和协调节点的模块组成示意图。图4是终端节点的程序流程图.附图标记说明：WSN网络1、GSM2、接入节点3、以太网4、服务器5、以太网WIFI6、客户端7、协调节点11、路由节点12、终端节点13。具体实施方式名词解释：ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。GSM：(GlobalSystemforMobileco本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ZigBee和GSM网络的水质检测和定位系统，包括负责水质信息采集和短距离传输的传感网络，其特征在于：所述的负责水质信息采集和短距离传输的传感网络为WSN网络(1)，WSN网络(1)包括协调节点(11)、路由节点(12)和终端节点(13)，所述的终端节点(13)基于ZigBee组网，每个ZigBee网络由一个ZigBee网络协调节点(11)、若干路由节点(12)和多个ZigBee终端节点(13)组成；其中协调节点(11)为ZigBee网络协调器，所述的ZigBee网络协调器设置GSM模块和GPS模块；ZigBee终端节点(13)利用携带的传感器及探头获取水质信息，再通过ZigBee网络路由节点(12)传输给协调节点(11)；协调节点(11)将收集到的所有节点信息进行整合之后发送给接入节点(3)，接入节点(3)通过以太网(4)将信息传输给服务器(5)，在服务器(5)内部进行信息处理。

【技术特征摘要】
1.一种基于ZigBee和GSM网络的水质检测和定位系统，包括负责水质信息采集和短距离传输的传感网络，其特征在于：所述的负责水质信息采集和短距离传输的传感网络为WSN网络(1)，WSN网络(1)包括协调节点(11)、路由节点(12)和终端节点(13)，所述的终端节点(13)基于ZigBee组网，每个ZigBee网络由一个ZigBee网络协调节点(11)、若干路由节点(12)和多个ZigBee终端节点(13)组成；其中协调节点(11)为ZigBee网络协调器，所述的ZigBee网络协调器设置GSM模块和GPS模块；ZigBee终端节点(13)利用携带的传感器及探头获取水质信息，再通过ZigBee网络路由节点(12)传输给协调节点(11)；协调节点(11)将收集到的所有节点信息进行整合之后发送给接入节点(3)，接入节点(3)通过以太网(4)将信息传输给服务器(5)，在服务器(5)内部进行信息处理。
2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘紫青，曹非非，江风，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院，
类型：新型
国别省市：湖北;42