基于ZigBee的水质监测与传输系统研究与设计
本文关键词：基于ZigBee的水质监测与传输系统研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：随着我国经济规模的不断扩大,水污染问题也越来越严重,近几年发生的水污染事件使人们对水环境的保护问题越来越重视。水污染不仅影响了生态环境,也对人类的健康有严重的影响。所以合理利用水资源和防止水环境的污染显得格外重要,这也对我国水质监测工作提出了更高的要求。传统的水质监测方法由于操作复杂度高、成本高、实时性差等缺点很难大范围地普及,因此需要一种新的水质监测系统来辅助传统的水质监测方法来更好地实现对水环境的监测。近年来随着现代传感器技术的不断发展,使得越来越多种类的传感器能用于水质监测中,并且水质参数信息的测量变得越来越简单。而无线传感器网络技术的不断成熟,使得实现对水环境的实时监测成为可能。ZigBee技术以其短距离、低功耗等特点使其能广泛地应用于无线传感器网络中。本文结合水质监测系统的需要以及ZigBee无线通信技术的理论,提出了一种基于ZigBee技术的无线水质监测系统。该系统的目的是实现对水环境的实时监测,通过终端节点的传感器模块对水环境进行数据采集并通过ZigBee网络将数据汇集给协调器节点,再通过3G-ZigBee网关将数据传给3G移动网络进而将数据传给远程监测管理中心。本文介绍了整个水质监测系统的设计方案并对它的工作流程、常规水质参数的测量原理以及软硬件的设计进行了详细的说明。硬件方面,本文选用TI公司的SOC解决方案的CC2530标准ZigBee芯片作为开发的主芯片,水质检测模块则是选用了相应的传感器实现了对水质参数信息的采集,并对关键的硬件设计给出了相应的电路原理图。软件方面,本文着重对TI公司的Z-Stack协议栈进行分析介绍,对该协议栈进行了修改和移植,并给出了各个节点的工作流程图以及部分源代码,详细介绍了ZigBee树路由算法的原理并给出了一种改进的树路由算法方案。经过对各个模块和整体的测试,实现了ZigBee树型网络的组网、网络间各个节点的通信以及对温度、PH值、电导率等参数的数据采集,实现了系统的基本功能,满足了系统设计的要求。与传统的水质监测方法相比,本系统能实现连续的实时监测,能提高监测效率。
【关键词】：ZigBee 无线传感器网络 水质监测 CC2530
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X832;TN92
【目录】：
- 摘要4-5
- ABSTRACT5-7
- 目录7-10
- Contents10-13
- 第一章 绪论13-19
- 1.1 课题背景与研究意义13-15
- 1.1.1 课题研究背景13-14
- 1.1.2 课题研究意义14-15
- 1.2 水质监测系统概述15-16
- 1.3 国内外水质监测技术的研究与发展现状16-17
- 1.3.1 国外水质监测技术的研究与发展现状16
- 1.3.2 国内水质监测技术的研究与发展现状16-17
- 1.4 主要研究内容和文章组织形式17-18
- 1.4.1 主要研究内容17
- 1.4.2 文章组织形式17-18
- 1.5 本章小结18-19
- 第二章 ZigBee网络技术19-33
- 2.1 短距离无线通信技术简介与比较19-21
- 2.2 ZigBee技术概述21
- 2.3 ZigBee技术特点与应用领域21-23
- 2.3.1 ZigBee技术特点21-22
- 2.3.2 ZigBee技术应用领域22-23
- 2.4 ZigBee网络结构23-25
- 2.4.1 ZigBee网络节点类型23
- 2.4.2 ZigBee网络拓扑结构23-25
- 2.5 ZigBee协议结构25-32
- 2.5.1 ZigBee协议钱结构25-26
- 2.5.2 ZigBee协议钱分析26-29
- 2.5.3 ZigBee协议服务原语29-30
- 2.5.4 ZigBee网络的构建原理和过程30-32
- 2.6 本章小结32-33
- 第三章 基子ZigBee的水质监测系统的总体设计方案33-41
- 3.1 总体设计方案的选择33
- 3.2 水质盟测系统的总体结构33-34
- 3.3 水质监测系统的工作流程34-35
- 3.4 水质监测系统的硬件选型35-36
- 3.5 常规水质参数测量原理36-40
- 3.6 本章小结40-41
- 第四章 基于ZigBee的水质监测系统的硬件设计41-50
- 4.1 ZigBee无线网络爷点模块设计41-46
- 4.1.1 射频模块42-44
- 4.1.2 USB转串口通信模块44
- 4.1.3 电源模块44-45
- 4.1.4 其它外围模块45-46
- 4.2 水质参数采集模块设计46-49
- 4.2.1 温度参数采集模块设计46-47
- 4.2.2 PH值参数采集模块设计47
- 4.2.3 电导率参数采集模块设计47-49
- 4.3 本章小结49-50
- 第五章 基于ZigBee的水质监测系统的软件设计50-67
- 5.1 软件开发环境50
- 5.2 ZigBee 协议 Z-Stack 协议找50-53
- 5.3 ZigBee网络协调器节点软件设计53-57
- 5.4 ZigBee网络路由器节点软件设计57-61
- 5.5 ZigBee网络终端节点软件设计61-66
- 5.6 本章小结66-67
- 第六章 开发平台的搭建与测试67-75
- 6.1 系统软硬件平台的搭建67-72
- 6.1.1 ZigBee 模块67
- 6.1.2 软件开发环境67-68
- 6.1.3 ZigBee组网n,试68-72
- 6.2 数据采集测试72-74
- 6.3 本章小结74-75
- 结论与展望75-77
- 参考文献77-80
- 攻读学位期间发表的论文与成果80-82
- 致谢8
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