摘要：针对现在工业污水监测中数据收集难度大、实时性不强等问题，研讨并规划了一种根据ZigBee无线传感器网络的污水长途监测体系。体系以ZigBee无线通讯技能为根底，搭建起无线通讯网络，完成了污水数据的主动收集及远间隔传输。试验测验标明，体系传输速率快，实时性强，安稳性高，能够有用地对工业污水进行长途监测。
0 导言
跟着我国工业出产能力的迅猛发展，工业污水的排放量曰益添加，达不到排放规范的污水排入水体后，将对地表及地下水形成巨大的污染，因而对污水进行实时而准确的监测就显得尤为重要。现在我国的工业污水监测手法仍首要停留在手艺丈量阶段，功率低下、数据收集难度大、污水监测缺少实效性，对后续的污水处理带来诸多不便。部分企业以及厂家尽管己选用了有线污水监控体系，可是因为污水源很多且散布较零星，选用有线的监测方法不管在本钱上仍是体系的牢靠性上都难以达到抱负的作用。
根据这些问题，本文规划了一种新式的根据ZigBee无线传感器网络的工业污水长途监测体系。体系使用ZigBee无线通讯技能搭建起数据长途无线传输渠道，完成了污水信息的远间隔、主动化监测与传输，有用处理了污水监测的实时性与牢靠性问题，具有很高的推广应用价值。
1 工业污水长途监测体系规划方案
体系规划的思维是用监测传感器和ZigBee无线模块组成一个无线传输网络，使数据能够在此网络中快速实时地进行传输。
体系首要由4部分组成：数据收集终端节点、路由节点、和谐器节点、监控中心，其结构如图1所示。其间，数据收集终端节点、路由节点、和谐器节点组成ZigBee无线传感器网络，担任信息的收集与传输，最终将信息发送给监控中心，使监控人员能及时取得污水信息，做出下一步的处理。
数据收集终端节点首要担任污水数据的收集、处理和发送;路由节点和和谐器节点首要担任组成无线传输网络、办理节点的参加和脱离，当现有网络节点发生变化时，能够经过从头寻觅通讯节点，对原有网络进行改写以组成新的网络，并把终端节点收集的数据传送到监控中心。
1.1 ZigBee无线传感器网络
ZigBee无线传感器网络是本体系的中心，其组网灵敏便利、传输速度快、兼容性强，且本钱不高。网络根据ZigBee无线通讯技能进行组成，由散布在各污水监测点的数据收集终端组成，每一处监测点均放置一个数据收集终端。数据收集终端由PH传感器、溶解氧传感器和Zig Bee模块组成。数据收集终端首要担任污水信息的实时收集，各监测点收集到的污水信息经Atmega16单片机处理后，由ZigBee模块打包成通讯协议包，经过TCP/IP协议传至和谐器节点，并最终将信息上传至监控中心，予以实时监测。
1.2 和谐器节点
和谐器节点作为信息会聚节点，首要担任将每个数据收集终端节点发送过来的数据进行汇总，使用TCP/IP协议，将数据经过无线或有线的方法发送给监控中心。本文中，和谐器节点经过串口通讯方法衔接监控中心的上位机PC。
1.3 监控中心
监控中心一般设置在企业或许工厂的调度室里，间隔污水监测点较远，首要对由网络和谐器节点发送过来的污水数据进行剖析处理、实时监控，确认各污水监测点的污水目标，从而告诉有关人员采纳相应的处理办法。
2 体系硬件规划
2.1 数据收集终端节点硬件规划
数据收集终端节点是监测体系的重要组成部分，一般来说，由监测传感器、ZigBee无线传感器、单片机和电源模块组成。为使污水监测愈加准确牢靠，应将数据收集终端节点涣散安置在各污水监测区域。
本规划选用的ZigBee无线传感器模块为TI公司出产的片上体系处理方案CC2530芯片。它支撑2.4 GHz IEEE 802.15.4/ZigBee/RF4CE协议，支撑可编程闪存，集成了增强型8051CPU、32/64/128/256KB闪存、8 KB RAM、RF收发器等高功用模块，使得其特别习惯超低功耗要求的体系。
选用Atmega16单片机作为数据收集终端节点的中心器材。Atmega16是一种根据增强RISC结构、CMOS技能的低功耗8位微控制器，其价格较低、运转速度快、数据吞吐率高，能有用满意污水数据实时处理的需求。
本规划用于收集污水污染目标的监测传感器分为PH值传感器和溶解氧传感器。首要，各污水监测点传感器将收集到的水的PH值、溶解氧等目标进行剖析处理，然后将数据发送给Atmega16单片机，待Atmega16单片机对数据做进一步处理后，将此数据以及网络地址、MAC地址经过ZigBee无线通讯模块经网络路由节点同时发送给网络和谐器节点。
电源模块方面，数据收集终端节点选用7.2V可充电锂电池，经过高转化功率的LDO对各器材供电。ZigBee无线网络的功耗较低，经测验，电池充一次电，可安稳供电3个月。
数据收集终端节点硬件结构图如图2所示。
2.2 和谐器节点电路规划
网络和谐器节点是整个无线传感器网络的中心，担任网络的组成和办理，保护网络的正常运转，给新入节点分配网络地址。它的中心是以CC2530为处理器的ZigBee无线通讯模块。
和谐器节点的电路如图3所示。
3 体系软件规划
ZigBee无线传感器网络是监测体系的中心，因而，其软件部分的规划也是体系软件规划的中心，首要包含数据收集终端节点、路由节点和和谐器节点三部分的软件规划。
3.1 数据收集终端节点的软件规划
数据收集终端节点上电后，ZigBee无线模块首要初始化，然后监听默许信道，进行网络查找。当查找到网络后，宣布入网恳求，待和谐器节点收到恳求，给其分配网络地址，即入网成功。入网后，查询是否有网关发来的指令需求接纳，若有，则对指令进行处理，不然，直接敞开中止，履行发送准备作业，准备作业完毕后对数据按格局要求进行封装、发送。发送完成后进入休眠状况等候唤醒。其作业流程如图4所示。
3.2 和谐器节点的软件规划
和谐器节点在正常作业前，要首要进行体系初始化，包含I/O接口、外设等硬件初始化和ZigBee网络层、MAC层等协议栈初始化。本体系中，和谐器节点首要用做两方面功用：一是充任和谐器，二是充任路由器。和谐器节点的首要任务是组成网络、办理节点的参加和脱离、保护网络的正常运转。其作业流程如图5所示。
3.3 节点组网方法
ZigBee无线传感器网络是自组织网络，每一个节点都具有路由和数据转发的功用，其组网方法首要有星型、簇型、网型三种。本文里，咱们选用簇型拓扑结构进行组网。
4 试验成果
上位机是监控中心作业人员取得现场污水目标的首要前言。选用Labview开发了上位机图形界面，供给了杰出的人机交互界面。
上位机界面首要包含数据显现、数据存储、信息反馈、数据通讯等功用。其间数据显现首要用于实时显现污水PH值、溶解氧等参数。
体系上电后，在上位机界面点击发动网络按钮，体系将进入自组网功用，和数据收集终端节点树立网络衔接，和谐器节点将终端节点发送的数据进行汇总，并经过RS232串口传至上位机，上位机对数据进行剖析并显现数据。
选取某一详细污水区域进行监测，例如，选取某城市大东区的污水排放区域进行监控，共安置5组数据收集终端节点，所得监测成果如图6所示。
根据此，作业人员就能便利及时地把握污水区域的各项目标，完成对污水目标的全天候不间断监控，也便于去及时处理发现的问题。
5 定论
ZigBee无线传感器网络具有低功耗、低本钱、高牢靠性等长处，使用其构建工业污水长途监测体系能大大下降整个体系的本钱，进步体系的灵敏性和智能化。根据ZigBee无线传感器网络的工业污水长途监测体系有着广泛的商场空间，对加强环境保护有着重要意义。
