[实用新型]一种基于无线传感器网络的饮用水安全监测装置

说明书

本实用新型属于嵌入式系统和物联网技术领域，具体涉及一种基于无线传感器网络的饮用水安全监测装置。

水环境由地表水环境与地下水环境组成，包括河流、湖泊、水库、海洋、沼泽、冰川、湿地、浅层和深层地下水等。饮用水环境的安全直接关系到人们日常生活的有序进行。随着我国经济的快速发展，水环境污染日益加剧，因此，对于饮用水环境的监测是必不可少的环节。由于我国幅员辽阔，饮用水环境监测网点分散，仅依靠现有的监测站和传统监测技术不能满足实时、全面地监测饮用水环境的要求。

现有的国内外饮用水环境监测方法主要分为四种：

1）采用人工采样、实验室分析的方式。该方法的不足之处在于无法远程实时监测，耗费人力物力较大。

2）采用由监控中心和若干个监测子站组成的水环境自动监测系统对水环境参数自动连续监测。该方法有预先铺设电缆和建立多个监测子站的施工要求，存在易对水体的生态环境造成破坏、监测水域范围有限、系统投资成本高等缺点。

3) 采用遥感技术进行水环境监测。该方法的缺点是实时性较差，成本高，技术难度大，对数据源要求高，较难做到同步监测。

4）采用水生物监测水质技术。该方法精度较低、可靠性差，只能定性地反映水质变化情况，无法确定水质变化程度。

4）采用水生物监测水质技术。该方法精度较低、可靠性差，只能定性地反映水质变化情况，无法确定水质变化程度。

本实用新型是针对上述四种饮用水环境监测方法的不足而提出的一种基于无线传感器网络的饮用水安全监测装置。

本实用新型的技术方案：处理器模块通过控制模拟开关，选择为ZigBee模块、GPS模块、传感器模块提供电源，从而控制ZigBee模块、GPS模块、传感器模块的工作状态。传感器模块将采集到的数据发送到控制器，控制器根据需要将数据存储在外部存储设备或通过ZigBee模块将数据发送到其他设备节点或者基站，同时控制器通过ZigBee模块接收来自基站的命令，控制器通过GPS模块来定位设备的位置信息，并通过ZigBee模块将数据发送到基站。

本实用新型可检测的参数涵盖了地表水环境质量标准GB3838‑2002中规定的基本参数（pH值、水温、溶解氧、电解电导率、浊度、盐度）和重金属参数（铜、锌、镉、铬、砷、汞、铅等）。对于水环境基本参数的检测，本实用新型中的传感器模块选择M45453多参数水质监测传感器，该传感器可同时测量多种基本水质参数，包括pH值、水温、溶解氧、电解电导率、浊度、盐度等，其特点是传感器本身能自动进行校准，从而得到可靠的水质参数，同时可直接挂接设备后潜入水中直测，具有数据保护功能。该传感器可通过RS232与设备通讯。对于重金属参数的检测，本实用新型的传感器模块选择采用智能数字化传感器模块，该模块采用RS‑232接口输出，能够完成外部命令校准，自动温度补偿等功能。但此传感器模块功能单一，只能检测单一的重金属参数，所以需通过现实需求更换相应的重金属智能数字化传感器模块型号。在本实用新型中还设计了I/V转换电路，以备扩展，该电路可以将标准4‑20mA电流信号转换为电压信号，并通过处理器内部集成的AD转换器转换成数字信号。

基于无线传感器网络的饮用水安全监测系统由水环境监测中心和传感器网络子区域两部分组成。系统将监测水域划分为若干个子区域，在子区域中构建基于ZigBee无线技术的传感器网络。每个子区域配置一个带ZigBee网关和GPRS传输通道的数据基站，对分布在子区域中的ZigBee网络的多个传感器设备节点进行数据采集和状态监测，并通过GPRS无线网络将子区域的实时数据传送至监测中心，供监测中心调用。同时，数据基站接受来自监测中心的命令，监控各个现场设备节点。本实用新型为监测设备节点部分，不包括基站和监测中心。