基于无线传感网的污水排放在线监测系统的开发_王霞俊
基于无线传感器网络的造纸企业污水监测系统设计
基于无线传感器网络的造纸企业污水监测系统设计摘要：针对目前国内造纸企业利用人工以及简单的仪器手段来进行污水排放标准监测存在效率低，成本高等问题，研究了污水水质自动监测系统。
本文介绍了基于无线通讯传感器网络的造纸企业污水监测系统，实现水质数据自动采集和实时上传，可以实现对造纸企业污水进行更好的监测和预警等处理。
关键词: 无线传感器网络,污水监测,自动采集,实时上传1.引言现在水源污染和污水是否按标准排放已经成了社会密切关注的话题。
近年来，国外学者基于自动控制工艺及控制系统研究开发了污水远程监控系统，实现对各污水处理厂的实时监控、数据采集和指令发布。
相比发达国家的污水监测水平，我国污水自动化监测技术起步晚。
衢州位于钱塘江源头，水质监测和保护责任重大，衢州造纸企业的污水监测一直采用传统的环境水质监测，主要以人工现场采样、实验室仪器分析为主。
虽然近年发展起来的各式数据传输网络起到了一定的作用，但应用于水质的实时采集监测与水质分析系统环节还很薄弱。
因此，本系统基于无线传感器网络，通过构建具有低能耗、低成本的传感器网络拓扑结构对造纸企业污水进行实时监测，系统从感知层、传输层和应用层进行优化，使被测区域水质指标更可靠、更准确，更利于企业和环保部门的管理和控制。
此外，该系统还具有布网简单和监测灵活等优点，适合企业的推广和应用。
2.系统总体设计（1）系统总体架构组成基于WSN的污水监测系统由数据采集部分、数据远程传输部分、信息上位监控中心这三大部分组成。
其结构框图如图1所示。
图1 污水监测系统的结构设计图（2）数据采集部分该部分主要为传感网络的节点设计。
造纸厂污水排出口处安装采集终端节点，如流量、PH、COD、BOD、氨氮传感器，如图 2所示连接方式。
各污水排放点传感器将采集到流量、PH、COD、BOD、氨氮等指标进行分类、处理、储存，并将采集的数据经过信号调理模块进行________________基金项目：衢州市科技计划项目（2014192）；衢州学院师资队伍建设基金项目（XNZQN201311;）衢州学院实验室开放项目（KFXM201511）；浙江省科技厅项目（2015C33230）。
基于无线传感器网络的水质监测系统设计
传 感 器 网 络 与 互 联 网结 合 的 远 程 实 时 水质 监 测 系 统 架构 。 设 计 了基 于 无 线 传 感 器 的 水质 监 测 网 络 体 系结 构 ， 现 了 水质 监 实
测参数 的获取 及传输 。
关键 词 ： 线 传 感 器 网 络 ； 水 质 监 测 ； 网络 协 议 ；ＧＳ 网络 ； 传 感 器 节 点 无 Ｍ
０ 引 言
水 质 监 测 是 水 资 源 环 境 管 理 与 保 于 水 质 的 监 测 和 治 理 关 系 到 各 行 各 业 的 生 产 和 人 民 的 生 活 。 目前 我 国 的 水 质 检 测 仍 然 存 在 很
多 问题 ， 是 各 级 水 质 监 测 中心 的采 样 能 力 不 足 ，监 测 频 率 一
１ 基 于 无 线传 感器 网 络 的水 质 监 测 系 统 架构
１１ 水 质 监 测系 统 要 求 ．
在 水 质 检测 中 ， 过 传 统 方式 采 集 原 始 数 据 是 ～件 困难 的 通
工 作 ， 感 器 网络 为 野 外 随 机 性 的研 究 数 据 获 取 提 供 了方 便 。 传
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第 ２ 卷 第 １ 期 ９ ７
ＶＯ． １ ２９
ＮＯ １ ．７
计 算 机 工 程 与 设 计
Ｃｏ ｕ ｅ ｇｎ ｅ ｎ ｎ ｓｇ ｍｐ ｔｒ Ｅｎ ｉｅ ｒ ｇａ ｄＤｅ ｉｎ ｉ
２０ 年 ９ ０８ 月
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《基于无线传感网的环境监测系统的研究与实现》范文
《基于无线传感网的环境监测系统的研究与实现》篇一一、引言随着科技的不断进步，环境监测已成为现代社会的重要课题。
无线传感网络（WSN）技术的快速发展为环境监测提供了新的解决方案。
本文旨在研究并实现一个基于无线传感网的环境监测系统，以提高环境监测的效率和准确性。
二、研究背景及意义环境监测是评估和保护生态环境的重要手段。
传统的环境监测方法多采用有线传输，然而这种方式存在着布线困难、维护成本高、灵活性差等问题。
无线传感网技术的发展为环境监测提供了新的可能性。
通过无线传感网络，可以实现对环境的实时监测、数据传输和远程控制，提高环境监测的效率和准确性。
三、系统设计1. 硬件设计本系统硬件部分主要包括无线传感器节点、网关节点、上位机等。
无线传感器节点负责采集环境数据，如温度、湿度、气压、空气质量等。
网关节点负责数据的汇聚和传输，将传感器节点的数据传输至上位机。
上位机负责数据的处理和存储，以及与用户的交互。
2. 软件设计软件部分主要包括无线传感网络的组网、数据传输、数据处理等。
无线传感网络采用合适的路由算法，保证数据的可靠传输。
数据处理部分对采集的数据进行预处理、分析和存储，以便后续的数据分析和应用。
四、系统实现1. 无线传感网络的组建无线传感网络的组建包括节点的布设、网络的组建和参数设置等。
根据实际需求，选择合适的传感器节点，布置在需要监测的环境中。
通过适当的路由算法，实现节点间的通信和数据传输。
2. 数据采集与传输无线传感器节点负责采集环境数据，通过无线方式将数据传输至网关节点。
网关节点对接收到的数据进行汇聚和初步处理，然后通过有线或无线方式将数据传输至上位机。
3. 数据处理与分析上位机对接收到的数据进行预处理、分析和存储。
通过数据分析，可以得出环境的变化趋势和规律，为环境保护和治理提供依据。
同时，上位机还提供与用户的交互界面，方便用户查看和分析数据。
五、系统测试与性能分析1. 系统测试对系统进行全面的测试，包括硬件性能测试、软件功能测试、数据传输测试等。
《基于无线传感网的环境监测系统的研究与实现》范文
《基于无线传感网的环境监测系统的研究与实现》篇一一、引言随着科技的不断进步，环境监测系统已经从传统的有线监测方式转向了无线传感网技术。
无线传感网技术以其灵活性、可扩展性及低成本的特性，在环境监测领域中发挥着越来越重要的作用。
本文旨在探讨基于无线传感网的环境监测系统的研究与实现，分析其关键技术、设计方法及实施效果。
二、无线传感网技术概述无线传感网（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量具有感知、计算和通信能力的传感器节点组成的分布式网络系统。
它具有以下特点：低功耗、低成本、灵活的拓扑结构、高容错性以及能够进行大规模的分布式信息采集和处理。
因此，该技术在环境监测、智能家居、军事等多个领域得到了广泛应用。
三、环境监测系统的需求分析环境监测系统主要关注于对环境参数的实时监测和数据分析，包括空气质量、水质、土壤状况等。
因此，系统需要满足以下需求：1. 实时性：能够实时获取环境参数数据，并上传至中心服务器进行分析处理。
2. 准确性：传感器应具有较高的精度和稳定性，以保证数据的准确性。
3. 可靠性：系统应具有较高的可靠性和稳定性，能够适应各种复杂环境。
4. 可扩展性：系统应具有良好的可扩展性，以适应未来可能的扩展需求。
四、系统设计与实现基于上述需求分析，本文设计了一种基于无线传感网的环境监测系统。
该系统主要由传感器节点、网关节点、中心服务器等部分组成。
1. 传感器节点设计传感器节点是整个系统的核心部分，负责采集环境参数数据。
这些节点应具备低功耗、低成本、高精度的特点。
同时，为了实现系统的可扩展性，传感器节点应采用模块化设计，方便后期维护和升级。
2. 网关节点设计网关节点是连接传感器节点和中心服务器的桥梁，负责数据的传输和转发。
这些节点应具备高速的通信能力和良好的数据处理能力，以保证数据的实时性和准确性。
3. 中心服务器设计中心服务器是整个系统的数据中心，负责数据的存储、处理和分析。
应采用高性能的计算机和数据库技术，以支持大量的数据存储和高速的数据处理。
基于无线传感网络的改碱暗管排盐监控系统
第34卷 第6期 农 业 工 程 学 报 Vol.34 No.6 2018年 3月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Mar. 2018 89
基于无线传感网络的改碱暗管排盐监控系统 周利明1,2，韦崇峰1，苑严伟2※，周强兵1，赵 博1，张俊宁2，汪凤珠1 （1. 中国农业机械化科学研究院，北京 100083；2. 土壤植物机器系统技术国家重点实验室，北京 100083）
摘 要：针对目前盐碱地暗管改碱技术应用过程中存在的有效评测数据缺乏、无法准确对实施效果进行科学评价的问题，设计了一种基于无线传感网络的改碱暗管排盐监控系统，以实现对管道内地下水的水质监测、流量统计以及蓄水池水位控制等。监测节点实时采集各路暗管的pH值、电导率和流量信息传输到中心节点，监控中心计算机通过RS232接口获取各采集信息并进行处理显示；同时，液位传感器实时获取蓄水池的水位信息并通过无线传输模块将水位信息发送至中心节点，中心计算机根据实际水位和设定水位信息进行控制决策，并通过中心节点向水位控制节点发送控制指令，实现蓄水池的水位远程自动控制。为验证系统整体性能，对监控系统开展了水位控制、传感器检测精度、通讯距离与丢包率试验测试。试验结果表明：系统pH值和电导率的平均测量误差分别为1.81%、1.89%，各节点的最大丢包率为2.6%，整体运行稳定，数据传输可靠，能够满足实际生产需要。该系统能够准确获取改碱暗管内的水质信息及迁移变化情况，为暗管改碱技术的效果评价提供有利的数据支撑。 关键词：无线传感器网络；电导率；监测；暗管改碱；水质参数；液位控制 doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.06.011 中图分类号：S127 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2018)-06-0089-09
基于无线传感网络的环境监测系统
基于无线传感网络的环境监测系统摘要：当今环境污染问题已经严重制约了全球经济的发展和人类的健康。
加强环境监测，建立环保系统意义重大。
基于 ZigBee 双向无线通讯技术的环境在线监测系统，系统 ZigBee 的通信模块选用的芯片型号为 CC2530，系统网关的通信模式选用 GPRS模式，并利用数据分析模型对采集的数据进行了在线实时处理．经测试，设计环境实时采集监测系统能够稳定运行，能够实时获取数据并通过系统的网管在系统的服务器端实时更新，实现环境参数的实时监视。
关键词：ZigBee；无线传感网络；传感器随着经济和科技的发展，农业种植也有了长足的发展，从之前的小面积种植演变为了如今的大规模，为了提高生产效率，减少劳动力，必须引进先进的技术配合人工劳作进行种植。
传统的环境监测系统布线成本高，抗干扰性差，增加新监测点时必须改变物理线路，工序复杂，维护难度大。
当今环境污染问题已经严重制约了全球经济的发展和人类的健康。
每年因环境问题造成全球的经济损失达数千亿美元，酸雨造成了大量植物的坏死、污水的排放造成了人员伤亡及海水负营养化、许多岛国因温室效应造成的海平面上涨而面临着消失的危险。
增强环保意识，保护环境势在必行。
一、无线传感网络的环境监测系统技术特点1、多传感器数据融合技术。
每个节点采集到两种数据，是某一段区域的数据。
因为传感器采集到的数据大部分是静态数据，对于环境感知而言，动态数据才是最重要的。
这就要求节点自身能对先前采集到的数据进行过滤筛选，分离出有用的数据再传输给相邻的网关节点。
主机进行决策需要融合传感器节点的数据。
2、数据发送模式。
每个节点都有要具备接收和发射功能，实现数据的传输通信。
因为实际环境复杂，多数情况时比较恶劣的，要保证稳定可靠地无线收发数据，需要对天线、发射功率、灵敏度、收发距离设计。
多种数据发送模式的配合使用。
数据异常时的实时跟踪发送、数据稳定时的定时发送、工作人员发指令进行查询时的数据及时发送，不仅能使处理器得到休眠，降低了功耗，提高了使用寿命，还有效避免了大量无用数据的产生，有效提高了处理器的运行速度。
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Equipment Manufactring Technology No.5，2012电气技术与自动化!!!!!!!"!"!!!!!!!"!"传统的污水排放监测系统，由提携式或定点安置在监测区内的传感设备，先进行各种水质参数（如浊度、pH 值、温度等）测量，将采集到的模拟量转换成数字量后，进行存储、分析，再通过有线或无线的方式，与监控端进行通信。
这种传统方式面临许多问题，当监测区域很大、环境复杂时，将会大大增加系统的生产、安装成本，同时维护也比较困难。
随着无线技术、有线技术以及新型传感技术的高速发展，污水排放监测系统正向着自动化、实时化、智能化、无线化、低功耗等方向发展。
由于无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN ）具有覆盖范围广、距离远、精度高、快速布网和生产安装成本低以及对生态环境影响小等优点，现在已经广泛应用于环境监测、军事等许多领域[5]。
把无线传感网络技术应用到污水排放监测系统中，是人们近几年来研究的热点。
针对传统污水排放监测系统的监测耗时、监测信息处理实时性差、监测能力不足的现状，设计了一种基于无线传感网（WSN ）技术与GPRS/3G 技术的污水在线监测系统。
在城市污水排放口，设置由水质传感器组成的无线传感网络，采集城市污水的多种水质参数，并通过GPRS/3G 等无线技术实现远程传输。
这样在传统污水监测系统的基础上，只要少许改动，就可以实现对城市生活污水排放区域的有效监测，同时生产、施工和维护的成本也较低。
1系统总体设计基于无线传感网（WSN ）的污水排放在线监测系统，整体架构主要由前台和后台两部分组成。
前台的主要任务，是区域内多种污水水质参数数据的采集和发送，主要由多个传感器节点、少量网关组成。
传感器节点，负责污水水质参数数据的采集，然后发送给网关。
网关节点负责收集各传感器节点发送过来的水质参数数据，整合后通过Internet 、GPRS/3G 等发送给后台。
除了负责对网络的监视、维护工作外，后台的数据监控中心更重要的作用，是负责对前台采集并通过网络传送回来的各种污水水质参数数据进行存储、加工与分析处理。
系统总体方案设计如图1所示。
1.1数据采集模块主要由各种能够检测水质的物理、化学参数，如pH 值、水温、色度、浑浊度、透明度、电导率、重金属、溶解氧等的水质参数数据采集传感器节点组成。
主基于无线传感网的污水排放在线监测系统的开发王霞俊，周大农，袁锋（常州轻工职业技术学院，江苏常州213164）摘要：针对传统污水排放监测系统的监测耗时、监测信息处理实时性差、监测能力不足的现状，设计了一种基于无线传感网（WSN ）的污水在线监测系统，利用WSN 具有覆盖范围广、远程可监控、监测精度高、节点自组、布网快速和系统成本低以及对生态环境影响小等特点，实现对水污染源进行远程在线连续自动在线监测与远程传输。
关键词：污水监测；无线传感网（WSN ）；GR PS ；在线监测系统中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1672-545X （2012）05-0044-03收稿日期：2012-02-10基金项目：2011年度常州市科技支撑计划（社会发展）立项课题《城市污水排放在线智能监测关键技术的研究及水环境模型数据库的开发》（CE20115006）作者简介：王霞俊（1975—），男，江苏丹阳人，讲师，硕士，主研方向为计算机网络；周大农（1956—），男，江苏扬州人，研究员，研究方向为轻化工工程，职业教育管理；袁锋（1963—），男，江苏常州人，教授，主研方向：机械设计、UG 。
图1基于无线传感网的污水排放在线监测系统总体架构图数据采集模块无线通信模块远程数据检测中心无线传感网络部署区域数据检测节点实时水质监控ZigBee网关英特网、GPRS 、3G 等上位管理计算机《装备制造技术》2012年第5期要作用是完成各种水质参数的采集。
除了各种水质参数传感器，参数采集节点还包括信号调理电路、A/D转换电路、微控制单元M CU和无线收发器。
作用是控制并把水质传感器采集的数据模拟量转换成相应的数字量，然后通过无线收发器发送给网关。
1.2无线传输通信模块由于数据采集区域的数据量会比较集中，需要一个设备来集中收集这些参数数据。
网关节点就是完成这个功能的设备，可以完成对来自多个污水参数采集传感器终端发来的污水数据进行整合。
从网关节点到监控中心，距离一般都比较远，可采用现有的相对低廉、传输速率较高、性价比较高的GPRS、3G 等网络进行远程数据传输。
该模块主要是指带GPRS 功能的网关，一方面通过WSN收集参数采集节点发送过来的各种水质参数，同时也要通过GPRS网络，实现与远程监控中心的上位管理机的连接，以实现污水水质参数的长远距离传输。
1.3远程数据监测中心主要由远程上位管理计算机及数据管理软件实现对监测系统上传的污水水质参数进行处理，实现实时数字化、图形化显示，实现对水污染源进行远程连续在线自动监测。
2硬件设计污水水质监测无线传感网，是区域分布的，包括有：传感器部分、数据处理部分、通信模块功能的节点，通过自组织方式连接在一起构成的自组织无线网络。
无线传感器网络具有监测精度高、可远程监控、覆盖范围大、容错性强等许多优点。
该网络中节点的硬件设计，要求成本低，功耗小，寿命长[5]。
因此，单个网络节点的设计，硬件部分必须采用功耗低、成本低的成熟芯片；软件部分必须支持多跳的路由协议，必须能够满足监测较大范围的要求。
在商品化水质传感器的基础上，自主研发了基于嵌入式系统的污水水质监测数据采集系统，通过多种标准接口与多种类型的在线分析仪器和传感器连接，完成水质实时数据的采集、分析与传输。
本系统中的传感器节点，其硬件包括：数据处理单元（M CU微控制单元，如LPC2220，存储器）、传感器单元（如pH传感器等多种传感器）、一到两个通信模块单元（如基于Zigbee的CC2420/CC2430无线收发芯片、GPRS/3G模块、I/O接口）以及电源供电模块单元。
为保证传输的可靠性，可以采用统一的传输协议。
汇聚节点的硬件部分主要包括：数据处理单元（M CU微控制单元）、两个基于Zigbee的无线收发通信模块单元及相应电源供电控制管理模块组成。
为了提高对数据的处理、转发能力，网关（sink）节点就可以不含有传感器单元，同时由于网关节点一般距离监控中心较远，必须包括一个可以远距离传送数据的GPRS/3G单元。
所以网关节点的硬件包括：数据处理单元（M CU微控制单元）、一个基于Zigbee的无线收发通信模块单元、一个远距离通信单元（如GPRS/3G 模块）及相应电源供电管理单元（如图2所示）。
2.1微控制单元MCU微控制单元（MCU）除完成污水水质数据采集并将该模拟信号转换为相应数字信号的功能外，还要能够在线实时数据分析、处理，然后存储-转发给远程的数据监控中心。
所以，MCU要具有足够强的性能才能满足要求。
在课题设计的系统中，目前选用的是飞利浦公司的LPC2220，该芯片是属于ARM7TDM I系列的微处理器。
LPC2220是基于一个支持实时仿真和嵌入跟踪的32/16位ARM7TDM I-S CPU。
对代码规模有严格控制的应用，可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。
片内128宽度的存储器接口和独特的加速机构，使32位代码能够在最大时钟速率下运行。
LPC2220有144脚封装、2个32位定时器、8路10位AD转换器（转换时间低至2.44μs）、6路PWM输出以及多达9个外部中断管脚。
通过配置总线LPC2220最多可提供76个通用I/O口。
多个串行接口包括2个16C550工业标准UART、高速I2C接口（400kbit/s）和2个SPI接口。
CPU内核工作电压范围1.65～1.95V（1.8V±0.15 V）、I/O操作电压范围3.0～3.6V（3.3V±l0％）。
由于丰富的功能模块、众多的引脚资源、极低的功耗，使得LPC2220特别适用于工业控制、医疗系统、访问控制和电子收款机（POS）、通信网关、协议转换器、嵌入式软件调制解调器以及其他各种类型的应用。
2.2Zigbee通信模块本系统中Zigbee通信模块，采用CC2430来实图2参数采集节点电路原理图PH传感器含氧量传感器重金属含量传感器A/D转换器调理电路传感器模块供电模块微处理器（LPC2220）存储器无线收发器（cc2420射频）GPRS模块I/O接口数据处理模块通信模块现。
CC2430是一颗真正的系统芯片（SoC ）CM OS 解决方案[11]，能够提高性能，并满足以ZigBee 为基础的2.4GHz ISM 波段应用。
CC2430芯片包含1个8051微控制器、128kB 闪存、8kB RAM 、ADC 、Timer 、AES128协同处理器、Watchdog timer 、32kHz 晶振休眠模式定时器以及21个可编程I/O 引脚。
CC2430芯片采用0.18μm CMOS 工艺生产，工作电流损耗为27mA ；接收和发射电流损耗分别低于27mA 或25mA 。
CC2430可以在休眠模式和主动模式之间转换，而且转换时间超短，特别适合对电池寿命要求非常长的应用。
CC2430与LPC2220M CU 的典型应用电路连接图，如图3所示。
2.3GPRS 无线通信模块GPRS 是利用GSM 网络中未使用的TDM A 信道，可以实现提供中速的污水水质参数的数据传输。
本设计采用SIMCOM 公司的SIM300C 芯片[8]。
该芯片功能强大，操作简单，性价比高。
其内嵌TCP/IP 协议栈，支持GSM/GPRS 模式。
LPC2220的P2.0（98）连接SIM300C 的PWRKEY 引脚，以控制SIM 300C 的开、关机。
LPC2220的P0.0（42）、P0.1（49）（UART0-TxD0RxD0）分别与SIM300C 的RxD 和TxD 引脚连接，以实现板间数据的收发。
微控制单元（M CU ）LPC2220与GPRS 无线通信模块SIM300C 芯片的硬件电路连接图如图4所示。
2.4数据通信帧格式CC2430是一款真正符合IEEE 802.15.4标准的射频收发芯片。
其硬件已经可以支持一部分IEEE 802.15.4数据帧格式。
数据帧格式如表1所示[5]。
IEEE 802.15.4数据帧格式，主要有8部分组成。
前导码序列字段长度为4字节。
帧开始分隔符字段长度为1字节。
物理帧头的长度为1字节，帧控制字段为2字节、序列号部分为1字节，地址部分为6字节，包括目的地址、源地址和个人区域网身份识别号码，帧实体部分为待发数据段，帧校验序列（FCS ）为2字节。