基于ZigBee无线传感器网络的工业污水监测系统的设计

电3个月。

数据采集终端节点硬件结构图如图2所示。

2.2 协调器节点电路设计

网络协调器节点是整个无线传感器网络的核心，负责网络的组建和管理，维护网络的正常运行，给新入节点分配网络地址。它的核心是以CC2530为处理器的ZigBee无线通信模块。

协调器节点的电路如图3所示。

3 系统软件设计

ZigBee无线传感器网络是监测系统的核心，因此，其软件部分的设计也是系统软件设计的核心，主要包括数据采集终端节点、路由节点和协调器节点三部分的软件设计。

3.1 数据采集终端节点的软件设计

数据采集终端节点上电后，ZigBee无线模块首先初始化，然后监听默认信道，进行网络搜索。当搜索到网络后，发出入网请求，待协调器节点收到请求，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要接收，若有，则对指令进行处理，否则，直接开启中断，执行发送准备工作，准备工作结束后对数据按格式要求进行封装、发送。发送完成后进入休眠状态等待唤醒。其工作流程如图4所示。

3.2 协调器节点的软件设计

协调器节点在正常工作前，要首先进行系统初始化，包括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。本系统中，协调器节点主要用做两方面功能：一是充当协调器，二是充当路由器。协调器节点的主要任务是组建网络、管理节点的加入和离开、维护网络的正常运行。其工作流程如图5所示。

3.3 节点组网方式

ZigBee无线传感器网络是自组织网络，每一个节点都具备路由和数据转发的功能，其组网方式主要有星型、簇型、网型三种。本文里，我们采用簇型拓扑结构进行组网。

4 实验结果

上位机是监控中心工作人员获得现场污水指标的主要媒介。采用Labview开发了上位机图形界面，提供了良好的人机交互界面。

上位机界面主要包括数据显示、数据存储、信息反馈、数据通信等功能。其中数据显示主要用于实时显示污水PH值、溶解氧等参数。

系统上电后，在上位机界面点击启动网络按钮，系统将进入自组网功能，和数据采集终端节点建立网络连接，协调器节点将终端节点发送的数据进行汇总，并通过RS232串口传至上位机，上位机对数据进行分析并显示数据。

选取某一具体污水区域进行监测，例如，选取某城市大东区的污水排放区域进行监控，共布置5组数据采集终端节点，所得监测结果如图6所示。

基于此，工作人员就能方便及时地掌握污水区域的各项指标，实现对污水指标的全天候不间断监控，也便于去及时解决发现的问题。

5 结论

ZigBee无线传感器网络具有低功耗、低成本、高可靠性等优点，利用其构建工业污水远程监测系统能大大降低整个系统的成本，提高系统的灵活性和智能化。基于ZigBee无线传感器网络的工业污水远程监测系统有着广泛的市场空间，对加强环境保护有着重要意义。