基于ZigBee的自来水监测网络系统设计与实现

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1、基于ZigBee的自来水监测网络系统设计与实现[导读]摘要：基于ZigBee的自来水水质监测系统利用传感器采集数据，用ZigBee网络传输数据，通过无线网络和USB基站长距离传送到上位机。通过对自来水水质进行实时的监控，存储水质参数和数理统计，以及超阈值报警提示等功能。摘要：基于ZigBee的自来水水质监测系统利用传感器采集数据，用ZigBee网络传输数据，通过无线网络和USB基站长距离传送到上位机。通过对自来水水质进行实时的监控，存储水质参数和数理统计，以及超阈值报警提示等功能。相比于传统的人工监测，能有效节省人工，且更能保证水质监测的

2、实时性，有效性，连贯性。随着我国经济的高速发展，水质的污染和破坏问题日趋严重，着眼于社会所需，我们研究了基于ZigBee的水质监测系统，为水质保驾护航。水质污染问题刻不容缓，城市饮水主要是通过自来水，其中的安全隐患不容忽视，所以需要一种能随时监测水质变化的设备系统。论文探讨构建基于ZigBee技术的自来水监测网络物理结构，重点是ZigBee网关转wifi和转USB的协议转换。上位机监控功能中，实现了数据实时接收、显示以及历史数据查询，对超阈值数据，报警提示。1物联网ZigBee技术简介ZigBee技术具有自组网，低功耗，延时小，多跳的特点

3、，适用于长时间组网监测。在ZigBee网络中有3种设备，协调器(Co_ordinator)为全功能节点(FFD)，负责建立网络，一个ZigBee网络只能有一个协调器，相当于蜂群结构中的蜂后，当网路建立完成后，协调器的功能相当于普通路由器(Router)。路由器负责数据的路由跳转，能够将消息发给其他节点设备。终端节点(Enddevice)负责数据的采集与发送。以上3种设备可以分为全功能节点(FFD)和半功能节点(RFD)。每个节点具有两个地址：1)IEEEMAC地址这是一种64位的地址，这个地址由IEEE组织进行分配，用于唯一的标识设备，全

4、球没有任何两个设备具有相同的MAC地址。在ZigBee网络中，有时也叫MAC地址为扩展地址。2)16位短地址16位短地址用于在本地网络中标识设备，和在网络中发送数据，所以如果是处于不同的网络中有可能具有相同的短地址。当一个节点加入网络的时候将由它的父节点给它分配短地址，协调器的短地址是0。ZigBee网路的拓扑结构主要为星状(star)，树状(Cluster_tree)，网格(mesh)，其中星状网络不支持ZigBee路由器。不同的网络拓扑结构适用用于不同的使用环境。2系统体系结构基于ZigBee的水质监测系统可以对水质进行实时的监控，整

5、个系统由下位机监测网和上位机软件组成，下位机监测网负责数据的采集，和数据在ZigBee网络上的传输。上位机软件负责对来自监测网数据的存储，数理统计，水质参数超标实时报警，和设备运行状况的检查。系统结构如图1所示。3水质监测网的下位机下位机部分由一个ZigBee转WiFi网关或一个ZigBee转USB基站，2个PH采集节点，一个温度采集节点组成。所有节点内嵌ZigBee通讯模块，在节点的通讯模块中，烧写了ZigBee协议栈的移植版，所有节点上电即进行自组网，进行数据的采集和传输。通过AT命令来指定协调器，路由器，和终端节点，以及节点的相关参

6、数。当掉电时，能进行参数的保存。其下位采集器采用STM32，该款CPU采用的是ARM的cortex-M3内核。其具有出色的实时性能、优越的功效、高级的创新型的外设、最大的集成性。CPU工作频率最高达到72MHz。AD采集精度为12位，充分保证了采集传感器的精度。ZigBee通信具有通信稳定的优点。增加的无线功率放大器PA可以一定意义上克服ZigBee通信距离短的问题，使得节点通信距离可以达到几千米，最大限度的保证了通信的稳定可靠和通信距离。图2和图3分别描述了ZigBee节点接收和发送数据的流程图。在下位机与PC机的衔接部分，笔记本可以用

7、WiFi网关或ZigBee转USB基站来接收数据，对于台式机可以直接用ZigBee转USB基站来接收。4水质监测网的上位机上位机界面采用C#编程，开发工具为vs2012，数据库为SOLServer。4.1WIFI网关接收模式当启用WIFI网关接受模式时，网络协议采用TCP，相比UDP稳定，用socket套接字来连接PC机与WIFI网关。当上位机软件启动时，上位机首先创线thwatchport=newThread(listening);用来监视，WiFi网关是否与PC机相连，若没有，则继续监听。当连接完成时，软件创建另一线程threcive

8、=newThread(autorecive)，用于接收WiFi网关发来的数据，并随时将数据存入数据库中。由于第一个线程不断循环查询，当WiFi网关断开，能保证WiFi网关重连时的成功，而不必重