基于传感器网络的水环境监测系统

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文基于传感器网络的水环境监测系统研究生：王英帅指导教师：蒋鹏教授2015年3月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterWaterEnvironmentMonitoringSystemBasedonSensorNetworksCandidate:WangYingshuaiSupervisor:Prof.JiangPengMarch，2015杭州电子科技大学硕士学位论文摘要随着我国工业的迅猛发展，环境的破坏日益严重。工业污水和生活废水的乱排乱放已经严重地影响了江河湖海等水环

2、境中的生物生长，并降低了人类饮用水的质量水平。因此如何有效的进行水环境监测具有重要的现实意义。目前，水环境监测的方式主要有两种：一种是人工采样与实验室分析相结合的方式，另一种是利用传感器网络自动采集水环境参数进而达到远程水环境监测的目的。然而由于水环境具有分布广，面积大等特点，如果采用人工采样的方式，将会耗费大量的人力物力，并且采用人工的方式不能达到实时监测的目的，因此采用传感器网络进行水环境监测的方式越来越受到关注。本文设计了一套基于传感器网络的水环境监测系统。该系统能够实时采集水环境中的水温、溶解氧、PH值以及浊度四种参数信息，并通过传感器网络将采集到的数据传送至监测中心服务器，然后

3、在服务器上的监测中心软件中实现对数据的显示、存储以及查询等功能。首先设计水环境监测节点和数据基站。监测节点以MSP430为主控芯片，配有相关数据采集模块，如溶解氧传感器，PH值传感器等，以完成对相关水环境参数的采集工作，同时为了获取数据地理信息，添加GPS模块，并添加外部存储模块，实现部分数据的本地存储。数据基站的硬件结构与监测节点大致相同，除去数据采集模块，增加了GPRS模块，用来与服务器进行远距离通信。监测节点之间以及监测节点与数据基站之间通过ZigBee协议进行通信。其次，对美国TI公司研发的Z-Stack协议栈的总体架构、资源管理机制及实现方法进行了深入的研究。在此基础上，对Z-

4、Stack协议栈进行了裁剪，配置并成功运用到传感器网络中，实现了监测节点间动态组网以及监测节点自身多任务调度的功能。最后，完成监测中心软件设计，对监测数据进行统一管理，并且实现数据的实时曲线显示功能，同时利用SQL数据库实现数据的存储、查询和越限报警等功能。实地测试表明，该监测系统运行稳定，并具有功耗低，监测范围广，可扩展性强，对水环境破坏小等特点，具有一定的应用价值和良好的发展前景。关键词：水环境监测，传感器网络，Zigbee协议，Z-Stack协议，SQL数据库I杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTWiththerapiddevelopmentoftheChina’sindu

5、stry,thedestructionoftheenvironmentisgettingworse.Thedischargeofthewastewaterinducedbytheindustryandpeople’slife,hasseriouslyaffectedthegrowthofthebiologyintheunderwaterenvironmentsuchasriversandlakes,andreducedthequalitylevelofthehumandrinkingwater.Therefore,itisofgreatsignificancetostudyhowtomo

6、nitortheunderwaterenvironmenteffectively.Currently,therearemainlytwomethodstomonitortheunderwaterenvironment.Oneisthecombiningwayofmanualsamplingandlaboratoryanalysis,andtheotheristoutilizethesensornetworkstocollecttheunderwaterenvironmentparameters,achievingthegoalofmonitoringtheunderwaterenviro

7、nmentremotely.However,astheunderwaterenvironmenthascharacteristicsofwidedistribution,largearea,themanualsamplingapproachwillcosttoomuchmanpowerandresources,andcannotachievethegoalofreal-timemonitoring.Itattractsmorefoc