一種基于無線傳感器網絡的遠程水質監測系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及水質監測領域，具體地，涉及一種基于無線傳感器網絡的遠程水質監測系統及控制方法。
【背景技術】
[0002]水資源是人類賴以生存和發展的重要自然資源之一，水資源的可持續利用是社會、經濟可持續發展的重要保證。近年來隨著水資源的污染日益嚴重，水質監測作為水污染控制工作中的基礎性工作，為水環境管理、污染源控制以及環境規劃提供科學依據，其意義和作用也變得更加重要。
[0003]傳統的自動化水質監測手段采用了有線自動監測系統。該系統利用傳感器技術和嵌入式技術建造一個監測中心和若干監測子站，可實現水質數據的實時有效的自動采集和傳輸，同時監測中心可以實時查詢各監測子站的數據。但該系統的數據傳輸需要有線網絡，不適宜監測大面積水域，且維護成本過高。
[0004]無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network，WSN)由部署在檢測區域內大量的廉價微型節能傳感器節點組成，通過無線通信方式以自組織的形式組成網絡系統，其目的是協同地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，接受命令并與控制中心交換有關現實世界的信息。無線傳感器網絡被美國商業周刊列為21世紀改變世界的十大技術之一，還被麻省理工學院(MIT)技術評論列為全球未來的三大高科技產業。WSN技術的高速發展和應用為水質監測提供了新的研究方向，具體地，部署在監測區域內的傳感器節點通過自組織方式構成一個監測網絡，將傳感器節點獲取的各種監測數據通過一定的路由方式集中到匯聚節點，匯聚節點通過互聯網或其他網絡轉發數據到管理節點即用戶終端。
[0005]無線傳感器網絡是一種分布式傳感網絡，它的終端是可以感知和檢查外部世界的傳感器，傳感器通過無線方式產生通信，因此網絡設置靈活，設置位置可以隨時更改，還可以與互聯網進行有線或者無線的連接，并通過無線通訊方式形成一個多跳自組織網絡。
[0006]無線傳感器網絡所具有的眾多類型的傳感器，可探測包括溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、加速度和方向等信息及周邊環境。基于MEMS的微傳感技術和無線聯網技術為無線傳感器網絡賦予了廣闊的應用前景。在軍事、航空、反恐、防爆、救災、環境、醫療、保健、家居、工業、商業等領域都已經有所應用。
[0007]伴隨著移動通信技術、嵌入式操作系統和半導體技術的發展，遠程終端已經深入尋常百姓家并且逐漸改變著人們的生活習慣，人們已經習慣于在智能終端上完成越來越多的工作。
[0008]目前并沒有一種無線傳感器網絡和遠程終端相結合實現對水質的遠程監測的技術方案。
【發明內容】
[0009]針對現有技術的缺陷，根據本發明的一個發面，提供一種基于無線傳感器網絡的遠程水質監測系統，其特征在于，至少包括無線傳感器網絡1、計算機終端2以及遠程終端3，所述無線傳感器網絡I與所述計算機終端2通信，所述計算機終端2與所述遠程終端3通信；
[0010]其中，所述無線傳感器網絡I包括終端節點11、路由節點12以及協調器節點13，所述協調器節點13上行與所述計算機終端2通信，下行與所述路由節點12通信，所述路由節點12與所述終端節點11通信。
[0011 ] 優選地，所述終端節點11包括傳感器單元、處理單元、收發單元以及電源，所述處理單元分別與所述傳感器單元和收發單元通信。
[0012]優選地，所述傳感器單元包括電化學探頭以及模數轉換器，所述處理單元包括微處理器以及存儲器，所述收發單元為無線收發模塊。
[0013]優選地，所述電化學探頭和模數轉換器之間設置有差分放大電路。
[0014]優選地，所述終端節點11用于采集水質指標數據，所述水質指標數據通過所述協調器節點13傳輸給所述計算機終端2。
[0015]優選地，所述水質指標數據包括如下種類中的任一種或任多種:
[0016]-水溫；
[0017]-PHft;
[0018]-氮含量；
[0019]-磷含量;或者
[0020]-鉀含量。
[0021]優選地，在工作狀態下，所述無線傳感器網絡I將所述水質指標數據發送給所述計算機終端2，所述計算機終端2對所述水質指標數據進行分析，并根據分析結果向所述遠程終端3發送警示信息。
[0022]優選地，所述遠程終端3為中央控制臺或者移動智能終端
[0023]根據本發明的另一方面，還提供一種基于無線傳感器網絡的遠程水質監測的控制方法，用于前述任一項監測系統，包括如下步驟:
[0024]a.所述無線傳感器網絡I采集所述水質指標數據，并將所述水質指標數據傳輸到所述計算機終端2;
[0025]b.所述計算機終端2分析所述水質指標數據是否存在超標數據；
[0026]c.若存在所述超標數據則所述計算機終端2向所述遠程終端3發出警示信息。
[0027]優選地，在所述步驟a之前，還包括步驟:
[0028]1.將被監測水域分為多個監測區；
[0029]i1.對多個所述終端節點11進行編號；
[0030]ii1.將多個所述終端節點11的編號與多個監測區對應匹配。
[0031 ]優選地，在所述步驟a中，包括如下步驟:
[0032]al.終端節點11采集所述水質指標數據；
[0033]a2.終端節點11將所述水質指標數據匯聚到所述路由節點12;
[0034]a3.路由節點12將所述水質指標數據匯聚到所述協調器節點13;
[0035]a4.協調器節點13將所述水質指標數據傳輸到所述計算機終端2。
[0036]優選地，在所述步驟d之后，還包括如下步驟:
[0037]1.所述遠程終端3發出請求信息；
[0038]I1.所述遠程終端3與所述計算機終端2產生通信；
[0039]II 1.所述計算機終端2將所述超標數據發送到所述遠程終端3;
[0040]I V.所述遠程終端3接收所述超標數據。
[0041]本發明基于分層體系結構的無線傳感器網絡采集水質指標數據，即通過多個子網絡結構采集多個區域的水質指標數據，實現根據具體的區域的配置特定類型的無線傳感器網絡，進而降低部署的成本以及提高數據傳輸效率。同時，將采集到的水質指標數據傳輸到計算機終端，并通過計算機終端進行分析，當發現超標數據時能夠自動報警。通過本發明的水質監測系統能夠遠程獲取水域的水質指標數據，從而降低成本，提高效率。
【附圖說明】
[0042]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0043]圖1示出的是根據本發明的【具體實施方式】的，一種基于無線傳感器網絡的遠程水質監測系統的結構示意圖；
[0044]圖2示出的是根據本發明的一個實施例的，所述終端節點的結構示意圖；
[0045]圖3示出的是根據本發明的一個實施例的，所述終端節點的結構示意圖；
[0046]圖4示出的是根據本發明的另一【具體實施方式】的，一種基于無線傳感器網絡的遠程水質監測的控制方法的流程圖；
[0047]圖5示出的是根據本發明的一個實施例的，一種基于無線傳感器網絡的遠程水質監測的控制方法的前置步驟的流程圖；
[0048]圖6示出的是根據本發明的一個實施例的，采集和傳輸水質指標數據的流程圖；以及
[0049]圖7示出的是根據本發明的一個實施例的，一種基于無線傳感器網絡的遠程水質監測的控制方法的后置步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0050]為了更好的使本發明的技術方案清晰的表示出來，下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0051]圖1示出的是根據本發明的【具體實施方式】的，一種基于無線傳感器網絡的遠程水質監測系統的結構示意圖，圖1中示出了無線傳感器網絡1、計算機終端2、遠程終端3之間的結構示意圖以及無線傳感器網絡I的結構示意圖，具體地，所述無線傳感器網絡I與所述計算機終端2通信，所述計算機終端2與所述遠程終端3通信。更為具體地，所述無線傳感器網絡I用于采集水質指標數據，即在實際應用中，所述無線傳感器網絡I被布置在被監測水域中，直接采集被監測水域的水質指標數據，然后再將所述水質指標數據傳輸到所述計算機終端2。
[0052]進一步地，所述無線傳感器網絡I包括終端節點11、路由節點12以及協調器節點13，具體地，所述終端節點11用于采集和發送所述水質指標數據，所述路由節點12同樣可以采集和發送所述水質指標數據，且所述路由節點12能夠將將所述水質指標數據轉發到所述協