[發明專利]基于Zigbee和GPRS的遠程水環境監測儀及監測方法

無效

• 申請號: 201210508837.8
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN103024007A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 陳嵐萍;徐守坤;何可人;王雪;諸燕萍;王順先
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L29/12;H04W84/18;G08C17/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及一種采用復合無線網絡技術的遠程水環境監測儀。

背景技術

目前傳統的水環境監測設備模塊化、自動化、遠程化、網絡化程度都不高，而且大多水環境測試儀都不支持無線組網傳輸，無法實現水環境遠程實時監控。目前的遠程水環境監測儀可以分為兩部分：水質檢測部分和遠程數據傳輸部分。遠程傳輸部分分為有線傳輸和無線傳輸。有線傳輸通過布設網線將各個檢測點接入到網絡上，通過網絡進行遠程監測，這種方式隨著在野外的監測點增多布線就變得復雜、昂貴、難維護；現在的無線傳輸方式是給每個節點配置GPRS或者CDMA模塊，通過GPRS或者CDMA網絡進行遠程水質監控，這種方式硬件成本高，數據通信流量大、費用高?；贕PRS的遠程監測技術，就是在監測點配置上GPGS模塊，并且GPRS技術能實現和IP網絡的互聯，但是其功耗較大，數據按流量計費，不適合配置大規模的監測網絡。Zigbee技術可以實現短距離無線通信和自組網，功耗小，但由于其通信距離短，目前在大規模組網應用上還很不穩定。

發明內容

???本發明提出一種基于Zigbee和GPRS的遠程水環境監測儀及監測方法，其目的是利用無線網絡傳輸的優勢克服現有水環境監測儀模塊化程度低、自動化程度低、網絡化程度低的缺陷，實現水環境監測的網絡化，遠程化，解決Zigbee網絡不能長距離傳輸的問題，并且在GPRS結點對這個區域的水質監測數據進行融合，很大程度上減少GPRS數據量。

本發明一種基于Zigbee和GPRS的遠程水環境監測儀采用的技術方案是：包括若干個從節點模塊和一個主節點模塊，主節點模塊外接第一GPRS模塊、主節點模塊包括ARM處理器以及分別連接ARM處理器的LCD觸摸屏、第二GPRS模塊、第一zigbee無線通訊模塊、第一電源模塊和存儲器，第一zigbee無線通訊模塊連接天線；從節點模塊由第二zigbee無線通訊模塊以及分別連接第二zigbee無線通訊模塊的第二電源模塊和水質參數采集模塊組成，第二zigbee無線通訊模塊連接天線，水質參數采集模塊由傳感器和傳感器調理電路組成，第一、第二電源模塊均是由電池和太陽能混合供電的模塊。

本發明一種基于Zigbee和GPRS的遠程水環境監測儀的監測方法采用的技術方案是：將需要監測的水域劃分為多個小的監測區域,每個監測區域里配置若干個從節點模塊和一個主節點模塊，整個監測區域的從節點模塊和主節點模塊采用星型連接；水質參數采集模塊采集到水質參數，將水質參數信號送給第二zigbee無線通訊模塊，第二zigbee無線通訊模塊通過Zigbee協議組網接力傳輸給第一zigbee無線通訊模塊，ARM處理器將數據融合處理后通過GPRS模塊將數據傳輸給遠程端網絡監控中心；主節點模塊控制從節點模塊的加入和移出，監控從節點模塊的工作狀況，根據實際情況控制水質參數采集模塊是否工作；通過LCD觸摸屏輸入要擴展的從節點模塊的物理地址，所有入網的從節點物理地址存儲于存儲器里；主節點模塊收到從節點模塊增加命令和從節點模塊物理地址后，向所有從節點模塊廣播發送從節點模塊增加命令和物理地址，等待物理地址匹配的從節點模塊回應，收到回應后將物理地址添加到地址列表里；主節點模塊收到從節點模塊刪除命令和從節點物理地址后，向所有從節點模塊廣播發送從節點刪除命令和物理地址，等待物理地址匹配的從節點模塊回應，收到回應后將地址列表里物理地址刪除。

?????本發明將Zigbee技術和GPRS技術結合起來，能更好地發揮它們各自的優點，并且將它的缺點減至最小，將監測水域劃分為一個個區域，每個區域布置若干個Zigbee監測點它們組成網絡，給每個區域配置一個GPRS結點，具有以下有益效果：

1、低功耗，適合電池供電；低成本，通訊協議簡單，頻段免執照；通訊距離100m，功率增加后可達1km，通訊速度20~250kpbs適合信號采集；安全可靠，ZigBee提供了數據完整性檢查和鑒權功能，采用AES-128加密算法。

2、可以將監測到的數據傳到因特網上，在遠程端對水環境進行實時監控。實現水環境監測模塊化，整個監測系統包括一個主節點模塊和若干從節點模塊。主節點模塊一方面實現對個從節點模塊發來的數據匯總和記錄，另一方面實現對從節點配置，并且負責將數據發送到因特網上的遠程監控端。

3、采用了電池和太陽能發電帆板混合供電，可以長時間在野外工作。采集模塊使用大容量鋰電池和太陽能供電，由于Zigbee的功耗比較小，加上數據采集電路的功耗相對也很小和低功耗MCU的使用，可長時間進行水環境監測。