智能無線水情檢測系統設計

摘 要：智能水情檢測系統是一款便攜、環保、簡單、實用、監測精度高、智能化的水情檢測系統。可利用該套設備對水庫、雨水處理系統、水產養殖場等區域的水位、PH值和水溫等參數進行實時的測量和監控，通過對監測數據進行分析，可以實時掌握相關水域的水質情況，對水域監測和評估等方面有非常實用的價值。該智能水情檢測系統的監測數據通過ZigBee無線傳輸的方式將水情數據傳到接收匯聚節點，經匯聚節點處理后通過Wi-Fi和藍牙兩種方式傳到手機、平板等進行顯示，可實現多點監控的功能，以方便系統的擴統和用戶對水位及水質情況進行觀察和記錄。

關鍵詞：PH值；液位；水溫；ZigBee；Wi-Fi；藍牙

對于水庫、雨水處理系統、水產養殖場等區域的測量和監測來說有相當重要的意義。本文設計了一款小型、使用簡單、成本低廉、結構簡單的便攜式智能水情檢測系統。該系統可對水質狀況（包含水的PH值和溫度）以及所處水域的水位深度進行監測，測試數據可通過Wi-Fi和藍牙的方式發送至手機終端顯示出來。智能終端水情監測系統的使用及操作非常的簡單，智能化程度高，通過對系統的使用極大地減輕了水情監測人員對水質的檢測工作的難度。

1 終端節點設計

智能水情檢測系統主要分為終端節點、匯聚節點和上位機三部分。終端節點主要測量相關水域的PH值、溫度、水位等參數。本系統采用的模塊化的設計方式，主要由水位傳感器模塊、PH傳感器、水溫傳感器、2.4GZigBee無線發射接收模塊、電源系統、MCU微控制器等部分組成。各個檢測模塊的數據經過MCU模塊處理后經過無線傳輸方式發送到匯聚節點。終端節點結構圖1所示。

水位傳感器：采用超聲波非接觸液位傳感器DYP-DS1603L，其接口有VCC、GND、TX和RX。利用超聲波穿透技術，實現對水位的測量；通過UART通信技術，將傳感器測量數據傳輸到微控制器，傳感器UART數據輸出為4字節，分別為數據幀頭（0xFF）、距離數據的高8位、距離數據的低8位、通信校驗和。在MCU微控制器串口中斷中只需檢測是否接收到數據幀頭和數據尾，然后通過程序算法得出最終液位值。

PH傳感器：采用E-201-C型pH復合電極，對所在水域的水質進行檢測。該傳感器的測量范圍為PH0-14，輸出為模擬電壓。由于PH值與溫度有關，所以，一般還要增加一個溫度傳感器進行溫度補償。水溫傳感器選擇DS18B20，輸出為IIC數字信號。

為了該系統能在大范圍區域正常工作，采用了ZigBee無線傳輸模塊，實現長距離的數據接收和發送。ZigBee技術是一種測量范圍在1000米內、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術，其主要用于典型的有周期性數據、間歇數據傳輸和低反應時間數據傳輸的應用。

2 匯聚節點設計

匯聚節點主要由Wi-Fi模塊、藍牙模塊、微控制器、ZigBee無線傳輸模塊和電源模塊組成，其結構圖如圖2所示。ZigBee無線傳輸模塊接收終端節點發送的傳感器數據，即PH值、水位和水溫參數等。Wi-Fi模塊和藍牙模塊負責短距離無線傳輸數據。

3 系統軟件設計

系統軟件分為水面檢測站程序和地面站程序，水面站主要負責數據的采集，處理和無線發送。地面站主要負責數據的收集及匯總，其軟件程序流程圖如圖3所示。

4 結束語

該系統實現模塊分離化，大面積水域可投放多個檢測模塊檢測不同區域水位，形成蜂窩式布局；實現無線數據傳輸，從水面數據傳輸地面站，地面站接收到數據然后顯示在顯示屏上，用戶也可通過手機APP進行Wi-Fi連接后獲取當前數據。在后續的功能完善中，將采用GSM通信，只要在可以上網的地域都可通過終端接收，將水面站所測數據顯示在手機APP上，實現更遠范圍檢測。

參考文獻

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作者簡介

王玲（1988-），女，漢族，重慶璧山人，碩士研究生，講師，研究方向：物聯網、計算機控制。