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基于WSN的水质监测系统中ZigBee协议和网关系统的设计与实现的中期报告
一、项目背景及意义
水是人类生存和发展的基本物质，水环境的污染已成为全球性问题。水质监测是实现水资源可持续利用的基础，对于保障人民生命安全和促进经济发展具有重要意义。随着无线传感网络技术的发展，将其应用于水质监测领域已成为新的研究热点。
本项目旨在设计并实现基于WSN的水质监测系统，通过无线传感器节点采集水质数据，实现对水质的监测与预警。其中，ZigBee协议作为传感器节点之间的通信协议，网关系统负责传感器节点与上位机之间的数据交互。该系统在提高水质监测精度的同时，也实现了对水质监测系统的智能化管理，具有广阔的应用前景和市场价值。
二、设计方案
1.系统架构
系统采用分布式架构设计，包括传感器节点和网关系统。
（1）传感器节点
传感器节点利用ZigBee无线传输技术进行通信。由于水质监测需要采集较多的数据，因此节点需要采用多种传感器实现多参数探测，包括温度传感器、PH传感器、溶解氧传感器、浊度传感器等。每个节点由单片机、传感器和ZigBee通信模块构成，能够完成数据采集和发送功能。
（2）网关系统
网关作为传感器节点与上位机的桥梁，采用数据采集器作为硬件平台，使用串口通信收集传感器节点所采集的数据，并进行处理和存储。网关利用GPRS无线通信模块，通过移动网络将数据上传至服务器端。网关系统使用Java语言编写，实现数据解析和存储、用户管理等功能，完成与上位机的数据交互和管理。
2.技术路线
（1）传感器节点
传感器节点硬件设计采用STC15W408AS单片机控制，实现数据采集和ZigBee通信功能。软件设计采用Keil编译器，利用C语言编写代码实现数据采集和通信控制功能。
（2）网关系统
网关系统硬件设计采用GPRS无线通信模块和数据采集器，实现数据采集和无线传输功能。软件设计采用Java语言编写，实现主要功能包括数据解析和存储、用户管理等。
（3）系统数据处理
系统对传感器节点所采集到的水质数据进行处理和分析，主要包括数据解析、校准、数据存储等步骤。数据解析是将传感器所采集到的原始数据转化为实际的浓度值；校准是根据实际情况对系统进行调整，保证数据的准确性；数据存储是将处理后的数据存储到数据库中，方便后续管理和查询。
三、实验进展
截止到目前，已完成系统的硬件设计和基本软件框架。传感器节点硬件设计已完成，软件设计也已编写完成，实现了数据采集和ZigBee通信功能。网关系统硬件设计已完成，软件设计采用Java语言完成了数据解析和存储功能。目前正在进行数据传输及页面展示相关功能的编写。
四、下一步工作
下一步的工作计划主要包括：
（1）完善网关系统的功能设计，实现数据上传功能，建立服务器端数据库。
（2）实现移动端和Web端的数据展示功能，包括水质数据的图表展示和数据查询功能。
（3）系统整体测试和优化，确保系统稳定性和准确性，完善系统操作手册。
五、参考文献
[1]苗青,孙耀堂.一种基于Zigbee无线传感器网络的水质监测系统[J].河南理工大学学报,2012,31(6):77-81.
[2]董晓文,梁承宇,赵峰.基于Zigbee技术的水质监测无线传感器网络的研究[J].江苏农业科学,2014,42(03):326-328+332.
[3]张媛.基于Zigbee无线传感器网络技术的水质监测系统设计与实现[D].太原科技大学,2018.