[发明专利]基于Zigbee和GPRS的远程水环境监测仪及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用复合无线网络技术的远程水环境监测仪。

背景技术

目前传统的水环境监测设备模块化、自动化、远程化、网络化程度都不高，而且大多水环境测试仪都不支持无线组网传输，无法实现水环境远程实时监控。目前的远程水环境监测仪可以分为两部分：水质检测部分和远程数据传输部分。远程传输部分分为有线传输和无线传输。有线传输通过布设网线将各个检测点接入到网络上，通过网络进行远程监测，这种方式随着在野外的监测点增多布线就变得复杂、昂贵、难维护；现在的无线传输方式是给每个节点配置GPRS或者CDMA模块，通过GPRS或者CDMA网络进行远程水质监控，这种方式硬件成本高，数据通信流量大、费用高。基于GPRS的远程监测技术，就是在监测点配置上GPGS模块，并且GPRS技术能实现和IP网络的互联，但是其功耗较大，数据按流量计费，不适合配置大规模的监测网络。Zigbee技术可以实现短距离无线通信和自组网，功耗小，但由于其通信距离短，目前在大规模组网应用上还很不稳定。

发明内容

   本发明提出一种基于Zigbee和GPRS的远程水环境监测仪及监测方法，其目的是利用无线网络传输的优势克服现有水环境监测仪模块化程度低、自动化程度低、网络化程度低的缺陷，实现水环境监测的网络化，远程化，解决Zigbee网络不能长距离传输的问题，并且在GPRS结点对这个区域的水质监测数据进行融合，很大程度上减少GPRS数据量。

本发明一种基于Zigbee和GPRS的远程水环境监测仪采用的技术方案是：包括若干个从节点模块和一个主节点模块，主节点模块外接第一GPRS模块、主节点模块包括ARM处理器以及分别连接ARM处理器的LCD触摸屏、第二GPRS模块、第一zigbee无线通讯模块、第一电源模块和存储器，第一zigbee无线通讯模块连接天线；从节点模块由第二zigbee无线通讯模块以及分别连接第二zigbee无线通讯模块的第二电源模块和水质参数采集模块组成，第二zigbee无线通讯模块连接天线，水质参数采集模块由传感器和传感器调理电路组成，第一、第二电源模块均是由电池和太阳能混合供电的模块。

本发明一种基于Zigbee和GPRS的远程水环境监测仪的监测方法采用的技术方案是：将需要监测的水域划分为多个小的监测区域,每个监测区域里配置若干个从节点模块和一个主节点模块，整个监测区域的从节点模块和主节点模块采用星型连接；水质参数采集模块采集到水质参数，将水质参数信号送给第二zigbee无线通讯模块，第二zigbee无线通讯模块通过Zigbee协议组网接力传输给第一zigbee无线通讯模块，ARM处理器将数据融合处理后通过GPRS模块将数据传输给远程端网络监控中心；主节点模块控制从节点模块的加入和移出，监控从节点模块的工作状况，根据实际情况控制水质参数采集模块是否工作；通过LCD触摸屏输入要扩展的从节点模块的物理地址，所有入网的从节点物理地址存储于存储器里；主节点模块收到从节点模块增加命令和从节点模块物理地址后，向所有从节点模块广播发送从节点模块增加命令和物理地址，等待物理地址匹配的从节点模块回应，收到回应后将物理地址添加到地址列表里；主节点模块收到从节点模块删除命令和从节点物理地址后，向所有从节点模块广播发送从节点删除命令和物理地址，等待物理地址匹配的从节点模块回应，收到回应后将地址列表里物理地址删除。

     本发明将Zigbee技术和GPRS技术结合起来，能更好地发挥它们各自的优点，并且将它的缺点减至最小，将监测水域划分为一个个区域，每个区域布置若干个Zigbee监测点它们组成网络，给每个区域配置一个GPRS结点，具有以下有益效果：

1、低功耗，适合电池供电；低成本，通讯协议简单，频段免执照；通讯距离100m，功率增加后可达1km，通讯速度20~250kpbs适合信号采集；安全可靠，ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128加密算法。

2、可以将监测到的数据传到因特网上，在远程端对水环境进行实时监控。实现水环境监测模块化，整个监测系统包括一个主节点模块和若干从节点模块。主节点模块一方面实现对个从节点模块发来的数据汇总和记录，另一方面实现对从节点配置，并且负责将数据发送到因特网上的远程监控端。

3、采用了电池和太阳能发电帆板混合供电，可以长时间在野外工作。采集模块使用大容量锂电池和太阳能供电，由于Zigbee的功耗比较小，加上数据采集电路的功耗相对也很小和低功耗MCU的使用，可长时间进行水环境监测。