專利名稱：一種無線傳感器網(wǎng)絡及基于該傳感器網(wǎng)絡的水質監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡，以及基于該傳感器網(wǎng)絡的水質監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
無線傳感器網(wǎng)絡(wireless sensor network)是一個熱點的研究領域，它在森林 防火、水質監(jiān)控等環(huán)境監(jiān)測及軍事、醫(yī)療健康、家庭智能監(jiān)控和其他商業(yè)領域有著廣泛的應 用前景。無線傳感器網(wǎng)絡具有傳感器節(jié)點密度高，網(wǎng)絡組網(wǎng)方便，以及節(jié)點的功耗低等特 點。ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技 術，其網(wǎng)絡標準基于IEEE 802.15.4。主要適合于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種 設備中，同時支持地理定位功能。ZigBee仂、議套件由高層應用規(guī)范、應用會聚層、網(wǎng)絡層、 數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成，其中物理層遵循IEEE 802. 15.4協(xié)議，控制RF收發(fā)器工作，采用 擴頻通信，信號傳輸距離為室內50m，室外150m。 MAC層遵循IEEE 802. 15. 4協(xié)議，負責設 備間無線數(shù)據(jù)鏈路，支持各種網(wǎng)絡拓撲結構，網(wǎng)絡中每個設備為16位地址尋址。網(wǎng)絡層建 立新的網(wǎng)絡，處理節(jié)點的進入和離開網(wǎng)絡，對節(jié)點分配地址，保證節(jié)點之間的同步，提供網(wǎng) 絡的路由，保證數(shù)據(jù)的完整性，使用可選的AES-128對通信加密。應用層應用支持層維持 器件的功能屬性，根據(jù)服務和需求使多個器件之間進行通信。無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)作為最新 推出的技術，雖然已被廣泛應用于工業(yè)、國防等領域。 目前，Zigbee技術在國外已經(jīng)在家庭網(wǎng)絡、控制網(wǎng)絡、手機移動終端等領域有了一 定的應用，但是現(xiàn)有Zigbee技術構成的網(wǎng)絡每個接入點所能接納的傳感器的節(jié)點數(shù)遠遠 低于協(xié)議所標稱的255個，為了達到傳感器網(wǎng)絡密集覆蓋的目的，就必須進行復雜的組網(wǎng)， 這不僅增加了網(wǎng)絡的復雜性，還增加了網(wǎng)絡整體的功耗，降低了傳感器節(jié)點的壽命。
水質監(jiān)測是水資源環(huán)境管理與保護的重要基礎，是保護水環(huán)境的重要手段。對于 水質的監(jiān)測和治理關系到各行各業(yè)的生產(chǎn)和人民的生活。目前我國的水質檢測仍然存在很 多問題， 一是各級水質監(jiān)測中心的采樣能力不足，監(jiān)測頻率低，水質監(jiān)測實驗室的監(jiān)測儀器 設備老化，大型分析儀器配備不平衡。二是機動監(jiān)測能力不足，移動水質分析監(jiān)測實驗室配 備數(shù)量太少，現(xiàn)場監(jiān)測能力低。三是自動水質監(jiān)測站數(shù)量太少。缺乏自動測報能力，難以獲 得重點水功能區(qū)主要水質監(jiān)測的實時無線傳感器網(wǎng)絡(wireless sensor network)是由大 量的傳感器節(jié)點采用無線自組織方式構成的網(wǎng)絡，它在環(huán)境監(jiān)測、軍事、醫(yī)療健康、家庭智 能監(jiān)控和其它商業(yè)領域有著廣泛的應用前景。

發(fā)明內容
為了解決背景技術中所存在的技術問題，本發(fā)明提供了一種無線傳感網(wǎng)絡，將現(xiàn) 代無線通信技術和有線通信技術進行有效結合，形成一整套環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，克服傳統(tǒng)監(jiān)控 方案的不足，具有實用性和先進性的優(yōu)勢。 本發(fā)明的技術解決方案是一種無線傳感器網(wǎng)絡，其特征在于該系統(tǒng)包括用于 測量環(huán)境參數(shù)無線傳感器節(jié)點和匯節(jié)點；所述無線傳感器節(jié)點是多個，所述無線傳感節(jié)點和匯節(jié)點通過無線方式連接。 上述匯節(jié)點是多個，所述匯節(jié)點和無線傳感器節(jié)點是一對一或者一對多的方式連 接。 上述無線傳感器節(jié)點包括Zigbee模塊、硬件檢測模塊和處理器，所述硬件檢測模 塊、處理器和Zigbee模塊依次相連接；所述硬件檢測模塊檢測傳感器節(jié)點所在的環(huán)境，將 信息傳送給Zigbee模塊，所述Zigbee模塊利用自身的控制芯片對信息進行處理后，以無線 的方式傳送給匯節(jié)點。 上述匯節(jié)點包括Zigbee模塊、16位微控制器和數(shù)據(jù)存儲模塊；所述Zigbee模塊 和16位微控制器之間通過異步串行口連接；所述數(shù)據(jù)存儲模塊連接于16位微控制器。
上述該無線傳感器網(wǎng)絡還包括中心網(wǎng)絡協(xié)調器，所述中心網(wǎng)絡協(xié)調器通過無線方 式和匯節(jié)點連接。 上述中心網(wǎng)絡協(xié)調器包括監(jiān)控模塊、配置模塊和數(shù)據(jù)管理模塊，所述配置模塊、監(jiān)
控模塊和數(shù)據(jù)管理模塊依次相連，所述監(jiān)控模塊通過通信串口與匯節(jié)點通信。 —種基于上述無線傳感網(wǎng)絡的水質監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述水質監(jiān)測系統(tǒng)包 括水質監(jiān)測基站和控制中心站服務器；所述水質監(jiān)測基站將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至控制中心站服
務器；所述控制中心站服務器包括無線傳感器網(wǎng)絡和水質監(jiān)測數(shù)據(jù)處理模塊，所述水質監(jiān)
測基站通過無線傳感器網(wǎng)絡和水質監(jiān)測數(shù)據(jù)處理模塊連接。 上述監(jiān)測系統(tǒng)是分層結構，所述無線傳感器網(wǎng)絡中一個匯節(jié)點分別和多個傳感器 節(jié)點連接，所述傳感器節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)給匯節(jié)點，數(shù)據(jù)融合后傳給數(shù)據(jù)傳輸模塊。
上述水質監(jiān)測基站和控制中心站服務器的通訊方式是以太網(wǎng)、GPRS或者PSTN modem撥號。 本發(fā)明采用的無線傳感網(wǎng)絡技術是一種新興的短距離、低速率、低功耗無線網(wǎng)絡 技術，其綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術、分布式信息處理 技術等等。通過各類集成化的微型傳感器，無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集 各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，再通過嵌入式系統(tǒng)對信息進行處理，最后通過隨機自組織的 無線通信網(wǎng)絡，以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶終端。 由于采用無線傳輸，無線傳感網(wǎng)絡克服了許多傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡傳輸信息的弊病。一 方面，在一些物理障礙和特殊環(huán)境下，有線網(wǎng)絡是不可能實現(xiàn)的。另一方面，與傳統(tǒng)的模擬 無線通訊相比，數(shù)字無線通訊已通過事實證明其所具有的巨大優(yōu)勢。 另外，該無線技術對其網(wǎng)絡層協(xié)議和API進行了標準化。完全協(xié)議用于一次可直 接連接到一個設備的基本節(jié)點的4K字節(jié)或者作為Hub或路由器的協(xié)調器的32K字節(jié)。每 個協(xié)調器可連接多達255個節(jié)點，而幾個協(xié)調器則可形成一個網(wǎng)絡，對路由傳輸?shù)臄?shù)目則 沒有限制，同時還開發(fā)了鏈路安全層，以保證這種便攜設備不會意外泄漏其標識，而且這種 利用網(wǎng)絡的遠距離傳輸不會被其它節(jié)點獲得。
本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡有以下優(yōu)點 1、本發(fā)明基于每個傳感器節(jié)點和匯節(jié)點之間通信量較小的特點，提出了一種基于 需求時喚醒的星型網(wǎng)絡拓撲模式，傳感器節(jié)點在監(jiān)測的環(huán)境發(fā)生變化時，能自動醒來和匯 節(jié)點進行通信并上報相關信息；否則工作于睡眠狀態(tài)并采用低功率監(jiān)測信道，以節(jié)約傳感 器節(jié)點功耗并拒絕接受非法的連接訪問請求，大大降低了接入?yún)R節(jié)點時消息碰撞的概率，極大地增加了傳感器網(wǎng)絡容量。 2、本發(fā)明應用的Zigbee設備為低功耗設備，其發(fā)射輸出0-10dbm，通信距離為 50-100m，具有能量檢測和鏈路質量指示，根據(jù)這些檢測結果，設備可自動調整設備的發(fā)射 功率，在保證通信鏈路質量的條件下，最小地消耗設備能量。
2、時延短通常時延都在15毫秒至30毫秒之間。 3、安全性高提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用AES-128，同時可
以靈活確定其安全屬性。 4、網(wǎng)絡容量大每個網(wǎng)絡最多可支持255個設備，也就是說，每個設備可以與另外 254臺設備相連接，同時，網(wǎng)絡的高冗余性保證了整個網(wǎng)絡在個別節(jié)點停止工作的情況下仍 然可以正常運轉。 5、優(yōu)良的網(wǎng)絡拓撲能力無線傳感節(jié)點可以自動形成有組織、有結構、自形成、自 恢復的網(wǎng)絡。無線傳感網(wǎng)絡的組建免除了傳統(tǒng)網(wǎng)絡的煩瑣的配置過程。任何新加入網(wǎng)絡中 的節(jié)點設備只要處于無線通訊范圍內，可自動加入已有網(wǎng)絡，并自動形成信息路由路徑，將 信息傳到有效接收者。同時在節(jié)點設備硬件成本足夠低的情況下，這些節(jié)點可組建成一個 高冗余的網(wǎng)絡，從而保證網(wǎng)絡強大的出錯自恢復的能力。 6、建網(wǎng)及維護成本低綜合以上傳感器網(wǎng)絡的特性，可以看出，建網(wǎng)所需要的人工 費用是很低的。任何一個經(jīng)過授權的傳感設備只要放在網(wǎng)絡的無線信號覆蓋范圍內，就可 自動加入網(wǎng)絡工作，無須任何安裝配置。高度智能化最大程度上降低了網(wǎng)絡維護所需的人 力和時間，加上網(wǎng)絡節(jié)點本身價格低廉，使得智能無線傳感網(wǎng)絡的維護成本極低。
本發(fā)明提出的監(jiān)測系統(tǒng)的有以下優(yōu)點 1、監(jiān)測參數(shù)的多樣性、專業(yè)性水質監(jiān)測基站主要負責采集水樣并通過各種水質
監(jiān)測儀器對水樣的各種參數(shù)進行監(jiān)測，包括ra值、D0、濁度、水溫、電導、氨氮、T0C、 COD等基
本參數(shù)。 2、實時性、智能化本發(fā)明結合了先進的嵌入式計算技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技 術能夠實現(xiàn)水質微環(huán)境的參數(shù)的實時監(jiān)測，并能自動的收集各種傳感參數(shù)，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測 的實時、智能化。 3、Zigbee網(wǎng)絡是低功耗、低成本、高可靠性的無線傳感器網(wǎng)絡，應用該網(wǎng)絡的水質 監(jiān)測系統(tǒng)更有效、方便、可靠的實現(xiàn)了水質的各種數(shù)據(jù)的采集和處理。 4、強大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)本發(fā)明利用了計算機、數(shù)據(jù)庫等技術，實現(xiàn)一個集數(shù)據(jù)解 析，數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)綜合展示為一體的多功能、高度集成、面向水質環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)服務系 統(tǒng)。同時系統(tǒng)還具有強大的歷史數(shù)據(jù)存儲、查詢功能，為用戶提供了全面可靠的數(shù)據(jù)服務。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖； 圖2是本發(fā)明的無線傳感器節(jié)點的結構示意圖； 圖3是本發(fā)明的匯節(jié)點的結構示意圖； 圖4是本發(fā)明的中心網(wǎng)絡協(xié)調器的結構示意圖。
具體實施例方式
參見圖l，本發(fā)明提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡，包括Zigbee中心網(wǎng)絡協(xié)調器1、匯 節(jié)點2、 Zigbee無線傳感器節(jié)點3 ;匯節(jié)點2是多個具有路由功能的無線節(jié)點；無線網(wǎng)橋連 接Zigbee無線網(wǎng)絡與以太網(wǎng)，是檢測中心網(wǎng)絡的核心部分，負責無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點和設 備節(jié)點的管理。本發(fā)明是基于每個傳感器節(jié)點3和匯節(jié)點2之間通信量較小的特點，提出 了一種基于需求時喚醒的星型網(wǎng)絡拓撲模式，需求時喚醒的基本思想就是傳感器節(jié)點3在 監(jiān)測的環(huán)境發(fā)生變化時，傳感器節(jié)點3能自動醒來和匯節(jié)點進行通信，并上報相關信息否 則工作于睡眠狀態(tài)并采用低功率監(jiān)測信道，以節(jié)約傳感器節(jié)點3功耗并拒絕接受非法的連 接訪問請求，大大降低了接入?yún)R節(jié)點2時消息碰撞的概率，極大地增加了傳感器網(wǎng)絡容量。
對于一個完整的無線傳感器節(jié)點3，需要具有小尺寸、低功耗、適應性強的特點， Zigbee設備為低功耗設備，其發(fā)射輸出0 3. 6dbm，通信距離為50_100m，具有能量檢測和 鏈路質量指示，根據(jù)這些檢測結果，可自動調整發(fā)射功率，在保證通信鏈路質量的條件下， 最小地消耗設備能量，本發(fā)明提出的無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點在睡眠狀態(tài)時，功耗電流約為 30uA。在傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信時，Zigbee建立一次連接的時間約為20ms，這樣短的連接時 間可以大大減少傳感器節(jié)點上報給匯節(jié)點數(shù)據(jù)碰撞的概率。在網(wǎng)絡安全方面，本發(fā)明提出 的無線傳感器網(wǎng)絡在Zigbee技術上，采用了密鑰長度為128位的加密算法，對所傳輸?shù)臄?shù) 據(jù)信息進行加密處理。 參見圖2，本發(fā)明提供了的無線傳感器網(wǎng)絡的無線傳感器節(jié)點3的硬件結構由 Zigbee模塊33 (MC13192和MC9S08兩部分所組成)、硬件檢測模塊31和處理器32組成。硬 件檢測模塊31、處理器32和Zigbee模塊33依次相連接；Zigbee模塊33利用自身的控制 芯片對信息進行處理后，以無線的方式傳送給匯節(jié)點2。硬件檢測模塊31檢測傳感器節(jié)點 3所在的環(huán)境，當環(huán)境發(fā)生變化時，觸發(fā)Zigbee模塊33的I/O中斷將信息傳送給Zigbee模 塊33，模塊從睡眠狀態(tài)喚醒，模塊利用自身的控制芯片對信息進行處理后，再以無線的方式 傳送給匯節(jié)點2。 參見圖3，分布在傳感器網(wǎng)絡中的匯節(jié)點2主要用于接收傳感器節(jié)點3的數(shù)據(jù)上 報，并將其進行融合處理，傳給數(shù)據(jù)傳輸模塊21，通過internet網(wǎng)絡傳遞給中心網(wǎng)絡協(xié)調 器，Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡中的匯節(jié)點2的硬件由Zigbee模塊33、 16位微控制器22、數(shù)據(jù) 傳輸模塊21等組成。Zigbee模塊33和16位微控制器22之間的連接是通過異步串行口實 現(xiàn)的，它們之間的通信速度為38. 4kBaud，由于傳感器網(wǎng)絡中分布著多個匯節(jié)點2，因此16 位微控制器22要利用軟件中斷實現(xiàn)對不同ID匯節(jié)點2上傳數(shù)據(jù)輪詢掃描，使匯節(jié)點2的 數(shù)據(jù)可以有序、完整地通過微控制器處理后傳出。數(shù)據(jù)傳輸模塊21是符合IEEE802. 15. 4/ Zigbee的無線通信單元，此單元用于數(shù)據(jù)的無線傳輸和通信。匯節(jié)點2在此傳感器網(wǎng)絡中 充當?shù)氖莻鞲衅鞴?jié)點和internet網(wǎng)絡之間的網(wǎng)關。 參見圖4，中心網(wǎng)絡協(xié)調器由監(jiān)控模塊42、配置模塊41、數(shù)據(jù)管理模塊43這三個部 分組成。它通過internet網(wǎng)絡與多個匯節(jié)點2間接連接在一起，監(jiān)控模塊42通過對通信 串口的實時監(jiān)控，實現(xiàn)對分布式匯節(jié)點2上報信息的及時接收、解析、處理以及發(fā)送控制信 令給不同的匯節(jié)點2實現(xiàn)對傳感器節(jié)點3的間接、實時性的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。
本發(fā)明提出的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)軟件結構如下所述Zigbee協(xié)議棧由一系列 分層結構組成，每一層為上一層提供服務。數(shù)據(jù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸服務，管理實體提供其它
6功能服務。每種服務實體通過服務接入點(SAP)為上層提供接口。 PHY層和MAC層由IEEE 802. 15.4標準組制定。物理層定義了物理無線信道和MAC子層之間的接口。提供物理層數(shù) 據(jù)服務和物理層管理服務。物理層數(shù)據(jù)服務從無線信道上收發(fā)數(shù)據(jù)。物理管理層維護一個 由物理層相關數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫。Zigbee協(xié)議基于802. 15. 4標準提供了網(wǎng)絡層和應用支 持層及應用層框架。Zigbee網(wǎng)絡層提供加入和離開網(wǎng)絡機制、對數(shù)據(jù)進行加密以及幀路由 等功能。路由協(xié)議負責將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點通過網(wǎng)絡轉發(fā)到目的節(jié)點，主要完成兩個功能 ①尋找源節(jié)點和目的節(jié)點間的優(yōu)化路徑；②將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑轉發(fā)。為了能夠高效 利用能量，減少通信量，Zigbee網(wǎng)絡允許樹形路由選擇，即樹形結構選址。有了樹形路由選 擇，設備不必保存占有龐大內存的路由表或者進行額外的空中下載操作來發(fā)現(xiàn)路徑，從而 減小了網(wǎng)絡流量。為避免錯誤信息超過一定長度的過渡路由而產(chǎn)生額外的流量，Zigbee路 由允許路由器去發(fā)現(xiàn)捷徑。路由算法采用AODV(Ad Hoe On demand distance veaor)算 法。每個路由器維護一張路由表，并定期與其鄰居路由器交換路由信息，根據(jù)最小路由矢量 更新自己的路由表。應用層框架定義監(jiān)護網(wǎng)絡節(jié)點協(xié)議。無線網(wǎng)關連接內部無線網(wǎng)絡與外 部有線以太網(wǎng)，網(wǎng)關采用16位微處理器系列實現(xiàn)。在Zigbee協(xié)議幀的基礎上，建立無線網(wǎng) 關的通信協(xié)議，包括設備編號、數(shù)據(jù)流方向、數(shù)據(jù)信息等。開機上電后.系統(tǒng)自檢，硬件初始 化，與遠程監(jiān)護服務器連接后進入數(shù)據(jù)流中繼服務，實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)議的轉換等功能。遠程服務 器接受連接后，隨時接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。并根據(jù)需要分類保存到數(shù)據(jù)庫服務器。
本發(fā)明提出了一種基于該無線傳感網(wǎng)絡的水質監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于Zigbee 協(xié)議，由大量的無線傳感器節(jié)點3、匯節(jié)點2和數(shù)據(jù)傳輸模塊21組成的分層式系統(tǒng)?；?簇(Cluster)的分層結構具有天然的分布式處理能力，簇頭就是分布式處理中心即本發(fā)明 無線傳感器網(wǎng)絡的一個匯節(jié)點2，每個簇成員(傳感器節(jié)點3)都把數(shù)據(jù)傳給簇頭，數(shù)據(jù)融合 后直接傳給數(shù)據(jù)傳輸模塊21。匯節(jié)點2和傳感器節(jié)點3之間通過Zigbee技術實現(xiàn)無線的 信息交換，帶有射頻收發(fā)器的無線傳感器節(jié)點3負責對數(shù)據(jù)的感知和處理并傳送給匯節(jié)點 2 ;控制中心通過internet網(wǎng)絡獲取采集到的相關信息，實現(xiàn)對現(xiàn)場的有效控制和管理。
水質監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)方式 1、水質監(jiān)測基站水質監(jiān)測基站主要負責采集水樣并通過各種水質監(jiān)測儀器對水 樣的各種參數(shù)進行監(jiān)測，包括ra值、DO、濁度、水溫、電導、氨氮、TOC、COD等基本參數(shù)。并且 對這些基本參數(shù)數(shù)據(jù)進行緩存。按照一定時間設定通過各種通訊方式上傳到控制中心站服 務器。同時可以接受控制中心站服務器的控制。在和中心服務器的通訊方式上采用以太網(wǎng) 作為主通訊通道，采用GPRS或者PSTN modem撥號作為備用通信通道， 一旦主通訊通道發(fā)生 故障不能上傳數(shù)據(jù)時控制器可以通過撥號方式采用備用通訊通道上傳數(shù)據(jù)，這樣就可以保 證數(shù)據(jù)能夠及時準確地上傳蝴。在同參數(shù)采集設備的通訊上，F(xiàn)lex3500有5個RS232串口 和2個RS485串口 ，并且有多路模擬量和數(shù)字量的1/0，用戶可以靈活的配置采集設備的通 訊來完成水質參數(shù)的采集。 2、控制中心站服務器控制中心站服務器為配置較高的PC服務器，安裝了本發(fā)明 所提出的無線傳感器網(wǎng)絡和水質監(jiān)測數(shù)據(jù)處理軟件，負責上傳數(shù)據(jù)的存儲和分析，并設置 了相應的服務，其它聯(lián)網(wǎng)的客戶機可以瀏覽監(jiān)控各水質監(jiān)測站的監(jiān)測數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)?？?制中心站服務器的軟件系統(tǒng)可以采用組態(tài)網(wǎng)或者其它組態(tài)軟件開發(fā)。 本發(fā)明在Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡的基礎上，提出了基于Zigbee協(xié)議的無線傳感
7器水質監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)，并在無線網(wǎng)絡平臺上進行了水質參數(shù)檢測收集和分析測試。實驗驗 證了通過該系統(tǒng)進行遠程無線水質監(jiān)測的可行性。本發(fā)明提出的水質監(jiān)測系統(tǒng)包含控制中 心站系統(tǒng)、監(jiān)測基站系統(tǒng)兩大部分。中心站系統(tǒng)由前端計算機、應用軟件組成并與N臺計算 機組成局域網(wǎng)。前端計算機通過可接收來自基站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和向基站系統(tǒng)發(fā)出來自中心站 的指令?；鞠到y(tǒng)與中心站通信，并接受來自異構水質傳感器的數(shù)據(jù)信號。在本系統(tǒng)中， 一個中心站系統(tǒng)可監(jiān)控若干個基站系統(tǒng)，從而組成一個龐大的水質無線計算機自動監(jiān)控網(wǎng) 絡。根據(jù)設計的zigbee無線水質監(jiān)測網(wǎng)絡平臺，對各種偏遠環(huán)境下的水質參數(shù)進行連續(xù)采 集，并在監(jiān)控中心服務器上實時顯示。Zigbee網(wǎng)絡是低功耗、低成本、高可靠性的無線傳感 器網(wǎng)絡，其在無線遠程環(huán)境檢測中有著廣闊的應用前景。
權利要求
一種無線傳感器網(wǎng)絡，其特征在于該系統(tǒng)包括用于測量環(huán)境參數(shù)無線傳感器節(jié)點和匯節(jié)點；所述無線傳感器節(jié)點是多個，所述無線傳感節(jié)點和匯節(jié)點通過無線方式連接。
2. 根據(jù)權利要求l所述的無線傳感器網(wǎng)絡，其特征在于所述匯節(jié)點是多個，所述匯節(jié) 點和無線傳感器節(jié)點是一對一或者一對多的方式連接。
3. 根據(jù)權利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡，其特征在于所述無線傳感器節(jié)點包括 Zigbee模塊、硬件檢測模塊和處理器，所述硬件檢測模塊、處理器和Zigbee模塊依次相 連接；所述硬件檢測模塊檢測傳感器節(jié)點所在的環(huán)境，將信息傳送給Zigbee模塊，所述 Zigbee模塊利用自身的控制芯片對信息進行處理后，以無線的方式傳送給匯節(jié)點。
4. 根據(jù)權利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡，其特征在于所述匯節(jié)點包括Zigbee模 塊、16位微控制器和數(shù)據(jù)存儲模塊；所述Zigbee模塊和16位微控制器之間通過異步串行 口連接；所述數(shù)據(jù)存儲模塊連接于16位微控制器。
5. 根據(jù)權利要求1或2或3或4所述的無線傳感器網(wǎng)絡，其特征在于該無線傳感器 網(wǎng)絡還包括中心網(wǎng)絡協(xié)調器，所述中心網(wǎng)絡協(xié)調器通過無線方式和匯節(jié)點連接。
6. 根據(jù)權利要求5所述的無線傳感器網(wǎng)絡，其特征在于所述中心網(wǎng)絡協(xié)調器包括監(jiān) 控模塊、配置模塊和數(shù)據(jù)管理模塊，所述配置模塊、監(jiān)控模塊和數(shù)據(jù)管理模塊依次相連，所 述監(jiān)控模塊通過通信串口與匯節(jié)點通信。
7. —種基于上述無線傳感網(wǎng)絡的水質監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述水質監(jiān)測系統(tǒng)包括 水質監(jiān)測基站和控制中心站服務器；所述水質監(jiān)測基站將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至控制中心站服務 器；所述控制中心站服務器包括無線傳感器網(wǎng)絡和水質監(jiān)測數(shù)據(jù)處理模塊，所述水質監(jiān)測 基站通過無線傳感器網(wǎng)絡和水質監(jiān)測數(shù)據(jù)處理模塊連接。
8. 根據(jù)權利要求7所述的基于上述無線傳感網(wǎng)絡的水質監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述 監(jiān)測系統(tǒng)是分層結構，所述無線傳感器網(wǎng)絡中一個匯節(jié)點分別和多個傳感器節(jié)點連接，所 述傳感器節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)給匯節(jié)點，數(shù)據(jù)融合后傳給數(shù)據(jù)傳輸模塊。
9. 根據(jù)權利要求8所述的基于上述無線傳感網(wǎng)絡的水質監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述 水質監(jiān)測基站和控制中心站服務器的通訊方式是以太網(wǎng)、GPRS或者PSTN modem撥號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡及基于該傳感器網(wǎng)絡的水質監(jiān)測系統(tǒng)，該無線傳感器網(wǎng)絡包括用于測量環(huán)境參數(shù)無線傳感器節(jié)點和匯節(jié)點；無線傳感器節(jié)點是多個，無線傳感節(jié)點和匯節(jié)點通過無線方式連接。本發(fā)明提供的無線傳感網(wǎng)絡，將現(xiàn)代無線通信技術和有線通信技術進行有效結合，形成一整套環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，克服傳統(tǒng)監(jiān)控方案的不足，具有實用性和先進性的優(yōu)勢。
文檔編號H04W88/02GK101730301SQ20091021936
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月8日 優(yōu)先權日2009年12月8日
發(fā)明者鄧宏 申請人:西安元智系統(tǒng)技術有限責任公司