[实用新型]一种基于Zigbee和3G技术的河流环境监测系统

说明书

技术领域

本实用新型属于无线传感器网络河流环境监测技术领域，尤其涉及基于Zigbee和3G技术的集数据采集、无线传输和实时监测于一体的河流环境监测系统。

背景技术

Zigbee无线通讯网络具有低功耗、信息传输可靠性高、与现有的控制网络标准无缝集成、运行成本低等特点。Zigbee无线网络具有自组织能力，每个节点能够感知其它节点的存在并确立连接关系，组成结构化的网络，由于这种自组织能力，当节点位置发生变化或者故障时，Zigbee无线网络可以对网络的拓扑结构进行相应的调整，无需人工干预，保证整个系统仍能正常运行。

3G是第3代通信网络，采用码分扩频技术，网络容量是GSM网络的3倍，传输速率也达到了几百kbps以上。3G技术的大系统容量、高通信质量、高传输速率的特点，使视频图像数据的远程无线传输成为可能。此外，利用不同网络间的无缝漫游技术，可将3G网络与Internet连接起来，从而为终端用户提供更高级的服务。

河流分为天然河流与人工运河两类，是地球上水分循环的重要路径，对全球的物质、能量的传递与输送起着重要作用。我国领土广阔，拥有的河流数量众多，河流为我国的四化建设提供了宝贵的淡水资源和能源。随着近年来经济高速发展，我国河流环境遭受的污染与破坏也日益严重。因此，针对河流环境的相关监测技术的研究也亟待进一步开发与完善。

传统的河流环境监测手段，主要有以下两种：采用便携式水质监测仪人工采样、实验室分析，或者采用沿河道设置若干监测站点进行有线实时监测的方法。这样既浪费人力物力，又增大了施工成本与难度。现有的河流环境无线监测系统还处于研究阶段，并不成熟，往往具有未充分考虑能耗问题、系统鲁棒性差、传输效率低等缺点，且无法获取所监测河流区域的视频图像数据信息。

实用新型内容

为解决现有的河流环境监测系统所存在的问题，进一步完善我国河流环境监测系统的技术研究，本实用新型针对现有方法的不足，将Zigbee与3G技术相结合，提出一种基于Zigbee和3G技术的河流环境监测系统。

本实用新型的技术方案：通过在内河浮标或者河床上部署大量的河流环境监测节点，采集相关的环境信息，通过Zigbee网络通信协议以多跳形式进行自组网，实时、可靠地将环境信息无线传输给近水处的网络基站。河道同侧或两侧部署的相邻的河流环境监测节点的间距为500米以内。网络基站负责将接收到的环境信息进行汇总分析和处理，并将相关信息通过3G无线传输的方式发送给远端的互联网监测管理中心，人们可以通过互联网以web形式在线了解河流情况，手机用户可直接以发短信给基站的3G通信单元的方式以了解最实时的相关信息；近水处的网络基站还设置有视频数据采集模块，3G技术庞大的网络容量和带宽为视频无线传输提供了保障，将监控水域的视频图像信息传送至远端的互联网监测管理中心，在传统的传感器数据基础上增加了视频图像信息，能更有效的对河流环境进行监控。

所述河流环境监测节点包括节点单片机、信息采集传感器、节点Zigbee无线通信单元以及节点电源；所述信息采集传感器、节点Zigbee无线通信单元分别与节点单片机连接，所述节点单片机、信息采集传感器与节点电源连接。

所述网络基站包括基站控制单元、基站Zigbee无线通信单元、视频数据采集单元、3G通信单元以及基站电源；所述基站Zigbee无线通信单元、视频数据采集单元、3G通信单元分别与基站控制单元连接，基站控制单元、视频数据采集单元分别与基站电源连接。

所述互联网监测管理中心通过3G通信技术，接收来自网络基站的河流环境参数信息和监测区域的视频图像信息，用户可以通过远程终端以web的形式浏览信息。

所述的信息采集传感器主要负责采集监测河流的PH值、温度、溶解氧量等水质参数。

所述的节点Zigbee无线通信单元和基站Zigbee无线通信单元，通过使用信号增强型天线并修改相关程序的宏定义，其有效传输距离可达几百米；经测试，丢包率在10％以下的传输距离为500米以内。

所述的基站控制单元采用“MCU+DSP”的双处理器架构，处理网络基站各功能单元的配置与控制工作。

所述的视频数据采集单元通过CCD摄像头获取监测区域的现场视频信息，经过视频解码器处理，再转发至基站控制单元进行编码、压缩等工作。

所述的3G通信单元主要负责将网络基站获取的河流环境参数信息以及视频信息通过UDP协议，以3G无线传输的方式发送至远端的互联网监测管理中心的数据服务器。