摘要：根据ZigBee的自来水水质监测体系运用传感器收集数据，用ZigBee网络传输数据，经过无线网络和USB基站长间隔传送到上位机。经过对自来水水质进行实时的监控，存储水质参数和数理计算，以及超阈值报警提示等功用。比较于传统的人工监测，能有用节约人工，且更能确保水质监测的实时性，有用性，连贯性。
关键词：Zigbee;水质监测网;网关;serialPort
跟着我国经济的高速开展，水质的污染和损坏问题日趋严重，着眼于社会所需，咱们研讨了根据ZigBee的水质监测体系，为水质保驾护航。
水质污染问题刻不容缓，城市饮水主要是经过自来水，其间的安全隐患不容忽视，所以需求一种能随时监测水质改变的设备体系。论文讨论构建根据ZigBee技能的自来水监测网络物理结构，要点是ZigBee网关转wifi和转USB的协议转化。上位机监控功用中，完结了数据实时接纳、显现以及历史数据查询，对超阈值数据，报警提示。
1 物联网ZigBee技能简介
ZigBee技能具有自组网，低功耗，延时小，多跳的特色，适用于长期组网监测。在ZigBee网络中有3种设备，和谐器(Co_ordinator) 为全功用节点(FFD)，担任树立网络，一个ZigBee网络只能有一个和谐器，相当于蜂群结构中的蜂后，当网路树立完结后，和谐器的功用相当于一般路由器(Router)。路由器担任数据的路由跳转，能够将音讯发给其他节点设备。终端节点(End device)担任数据的收集与发送。以上3种设备能够分为全功用节点(FFD)和半功用节点(RFD)。
每个节点具有两个地址：
1)IEEE MAC地址
这是一种64位的地址，这个地址由IEEE安排进行分配，用于仅有的标识设备，全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或许具有相同的短地址。当一个节点参加网络的时分将由它的父节点给它分配短地址，和谐器的短地址是0。
ZigBee网路的拓扑结构主要为星状(star)，树状(Cluster_tree)，网格(mesh)，其间星状网络不支持ZigBee路由器。不同的网络拓扑结构适用用于不同的运用环境。
2 体系体系结构
根据ZigBee的水质监测体系能够对水质进行实时的监控，整个体系由下位机监测网和上位机软件组成，下位机监测网担任数据的收集，和数据在ZigBee网络上的传输。上位机软件担任对来自监测网数据的存储，数理计算，水质参数超支实时报警，和设备运转状况的查看。体系结构如图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收集节点，一个温度收集节点组成。
一切节点内嵌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，一切节点上电即进行自组网，进行数据的收集和传输。经过AT 指令来指定和谐器，路由器，和终端节点，以及节点的相关参数。当掉电时，能进行参数的保存。其下位收集器选用STM32，该款CPU选用的是ARM的 cortex-M3内核。其具有超卓的实时功用、优胜的功
效、高档的创新式的外设、最大的集成性。CPU作业频率最高到达72 MHz。AD收集精度为12位，充沛确保了收集传感器的精度。
ZigBee通讯具有通讯安稳的长处。增加的无线功率放大器PA能够必定意义上战胜ZigBee通讯间隔短的问题，使得节点通讯间隔能够到达几千米，最大极限的确保了通讯的安稳牢靠和通讯间隔。图2和图3别离描绘了ZigBee节点接纳和发送数据的流程图。
在下位机与PC机的联接部分，笔记本能够用WiFi网关或ZigBee转USB基站来接纳数据，关于台式机能够直接用ZigBee转USB基站来接纳。
4 水质监测网的上位机
上位机界面选用C#编程，开发工具为vs2012，数据库为SOL Server。
4.1 WIFI网关接纳形式
当启用WIFI网关承受形式时，网络协议选用TCP，比较UDP安稳，用socket套接字来衔接PC机与WIFI网关。
当上位机软件启动时，上位机首要创线thwatchport=new Thread(listening);用来监督，WiFi网关是否与PC机相连，若没有，则持续监听。当衔接完结时，软件创立另一线程threcive=new Thread(autorecive)，用于接纳WiFi网关发来的数据，并随时将数据存入数据库中。
因为第一个线程不断循环查询，当WiFi网关断开，能确保WiFi网关重连时的成功，而不用重启软件。确保了体系的容错率和健壮性。
伪代码描叙如下：
运转成果图：
4.2 ZigBee转USB形式
关于台式PC机，用WiFi网关接纳形式当然可行，关于ZigBee网关与上位机物理间隔较短时，还有另一种接纳形式——ZigBee转USB模形式。只要将USB一端刺进台式机的USB口，当上位机软敞开时便能够接纳数据。
USB承受方法的编程完结，选用的是serialPort控件，直接选用事情触发的方法。
伪代码描叙如下：
运转成果图：
线程和事情触发方法，和守时器守时接纳方法比较，能确保数据的随到随收，无数据包遗失现象。
关于数据的处理，能够按时刻查询，并将查询到的数据进行一般的数理计算，如核算平均数，超支次数，而且能将数据查询计算成果导出生成Excel文件，便使用户进一步剖析调研。
此外，上位机软件具有杰出的用户界面，与反常处理，便使用户操作与运用，接纳界面运用动态GIF图片制造，如图2，第一个苹果表明等候衔接，第二个苹果表明已衔接成功，正在接纳数据，当WIFI网关掉线时，第二个苹果中止动态显现，便使用户动态感觉数据接纳正在进行，当数值超支时，或设备电压缺乏时，软件亦能及时弹出报警窗口。
5 定论
根据ZigBee的自来水监测网能有用对自来水水质进行实时监测，规划完结了体系的网络结构，完结了传感器数据收集、传输、查询显现以及报警等体系功用。经过网络传输传感器的数据选用两种方法：WiFi网关的socket方法和ZigBee转USB的serialPort方法。两种方法都能完结数据的实时传输的实时接纳，根据线程的socket，运用了线程轮转循环的方法，能有用避免WiFi网关掉线，并提示用户。此刻接纳线程 threcieve停止，监听线程thwatchport仍旧循环，等候WiFi网关从头衔接。
下一阶段作业的要点，环绕完善体系功用和扩展体系使用打开：
关于下位机网络，收集节点数目不行多，参数品种也不行丰厚。在PANID，信道，和数据包共同的状况下，能够不断参加新的节点，增加下位机网络的功用。
关于数据传输，运用GPRS网，经过GPRS短信直接告诉水质超支等状况，亦能够将ZigBee网络转为3G或4G网络，使数据传输的方法变得灵活多样。
在上位机功用部分，丰厚数据查询计算方法，增加体系日志办理，改善反常状况的友爱提示等。丰厚客户端的操作渠道，延伸至Web方法，以及根据移动终端的App使用。对
于现已收集的数据，能够进行数据发掘，和大数据运算，研讨当地经济，日子的状况。
