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1系統總體設計

1．1水質環境條件要求

經過分析調查，水產漁業對水質的監測主要需求為:對溫度、pH值、溶解氧濃度這些參數發生變化或不符合標準，將嚴重影響水產品的質量和產量，因此，需對此類參數通過進行實時監控。

1．2系統結構設計

本系統主要由水質數據采集層、數據匯集層、監測中心層構成，水質數據采集層是由測溫度、pH值、溶解氧濃度的相應傳感器組成的，將其部署在水中，實現對相關參數的采集，再通過WiFi將所采集數據發送至AP節點進行數據匯聚，再由AP節點通過WiFi將匯集數據發送至監測中心。

2WiFi節點硬件設計

WiFi又稱IEEE802．11b標準，IEEE802．11b無線網絡規范是對IEEE802．11的改進，其最高帶寬為11Mbps。在信號較弱或有干擾時，可自動調整為5．5，2或1Mbps。本系統中帶寬為11Mbps。本系統需完成對終端節點、AP節點的制作，并且需實現將各個傳感器所采集到的數據通過WiFi傳輸至上位機，實現上位機對溫度、pH值、溶解氧濃度等參數的實時監測。

2．1電源模塊

本系統中各個模塊所需的工作電壓均為3．3V，因此，可用2節AA電池通過電壓轉換電路得到3．3V，從而避免了使用市電供電，使系統更加無線化。

2．2WiFi無線通信模塊

本模塊采用的是GainSpan公司的GS1011片上系統，其內部集成了WiFi物理層，裝上天線和射頻功放即可完成數據的接收與發送，該芯片功耗超低，為雙ARM7核結構，其中一個用于處理數據鏈路層和物理層的工作，一個用于實現軟件應用。芯片內嵌的FLASH和SRAM用于儲存程序和數據，編程和調試可通過JTAG口實現;ADC，I2C總線，GPIO等接口用于接收來自傳感器采集到的數據信息，實現通過串口與單片機通信，其工作電壓為3．3V。

2．3處理器模塊

本次通與終端節點相連的處理器采用STC89LE52C單片機。該單片機IO口可模擬I2C接口來接收傳感器模塊采集到的數據信息，其工作電壓為3．3V。AP節點無需處理器。

2．4串口模塊

串口模塊采用MAX232實現了單片機模塊和WiFi模塊之間的通信，并通過USB轉串口進行程序配置。

2．5傳感器模塊

本設計中采用美國Dallas半導體公司生產的DS18B20數字化溫度傳感器，適用電壓范圍為3．0～5．5V;通過串行數據線DQ與單片機的P1．2口相連實現溫度數據的傳輸。DQ上需接一只4．7kΩ上拉電阻器，以實現對DS18B20的控制，完成讀寫溫度數據功能。pH值傳感器采用雷磁E—201—C型pH復合電極，溶解氧濃度傳感器采用雷磁公司的DO—955溶氧電極，傳感器終端與單片機連接的電路原理圖如圖4所示。

3節點軟件設計

在系統中，IEEE802．11b采用的是Infrasture組網模式，通信協議為TCP/IP，具體目標是為實現將傳感器采集到的數據匯聚到AP節點，在通過WiFi后傳輸至監測中心。具體的軟件設計步驟為:首先通過gs_flashprogram軟件編寫WiFiProtectedSetup(WPS)程序，且在程序中內嵌TCP/IP協議，將該程序燒寫入GS1011模塊;然后，通過Keil軟件對單片機進行編程設計，其軟件結構由AT指令，各傳感器的程序和API接口組成。在本系統中，傳感器節點定時向AP節點發送數據，AP節點定時接收，并通過WiFi傳輸至監測中心的上位機，實現對水質的溫度、pH值、溶解氧濃度等參數的實時監測。系統每30min采集一次水質參數，因此，可通過定時器來控制終端節點連續給AP節點的工作狀態，當定時器被喚醒時，向上位機發送數據，定時器滿，停止發送，進入休眠狀態，等待下一次定時器被喚醒。在進入休眠狀態時，終端節點與AP節點處于中斷狀態，且傳感器暫時停止工作。

4管理系統的實現

系統的管理核心為上位機，主要需實現串口接收程序和上位機管理程序等功能，本系統上位機通過MicrosoftVisualStudio2010軟件采用的是里面的MFC應用程序框架進行設計的上位機程序。從而實現對傳感器設計查詢、數據接收、數據存放及歷史數據查詢等功能，當監控人員登陸界面查找相關資料時，系統通過調用數據庫中的歷史數據，并且可以以視圖的形式將數據發送到客戶端，實現了遠程監控功能。

5系統測試

在某水產養殖基地對本設計系統進行了測試。實驗時部署了4個終端節點，分別放在4個養殖池中，部署2個路由節點，溫度傳感器、pH值傳感器、溶氧度傳感器集成在終端節點上。終端節點僅需2節普通5號電池。節點固定在魚塘中心位置，且內離水面1m處。傳感器終端每隔30min對水質參數進行一次采樣，并將采樣數據發送至上位機后，自動進入休眠狀態，等待下一次采樣指令的盜壘。其溫度、pH值、溶解氧濃度監測結果。

6結束語

本文將WiFi應用于水質監測系統中，能夠實時地采集溫度、pH值、溶解氧等水質參數，并通過WiFi協議進行網絡傳輸，達到實時監測水質參數的目的。對水產養殖有很大的指導意義，但本系統只停留在監測功能上，對水質的改善仍然未實現智能化，因此，下一步的工作將側重于如何在后臺智能化地調節相應的水質參數。

作者:周皓東黃燕劉煒單位:江西省科學院