文/何家旺 龔晨晨 陳謙謙

1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

在我們現(xiàn)實(shí)生活中，水環(huán)境污染情況嚴(yán)重，如果采用人工檢測(cè)，從取樣到出結(jié)果，這個(gè)過(guò)程十分復(fù)雜，而目前我們采用的設(shè)備十分受限，存在著監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)滯后、數(shù)據(jù)誤差較大等問(wèn)題，所以我們非常缺少應(yīng)急設(shè)備。且有些監(jiān)測(cè)裝置體積太過(guò)龐大，不易安裝維護(hù)。只適用于海洋和大型的湖泊的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，無(wú)法適用于常見(jiàn)河道，公園湖泊等水體，應(yīng)用場(chǎng)景太過(guò)受限。因此，建立水質(zhì)在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)非常重要，能快速而準(zhǔn)確地獲得水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以幫助水質(zhì)監(jiān)測(cè)部門(mén)建立較大范圍的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，從而收集有效數(shù)據(jù)，以確定水質(zhì)的污染狀況和發(fā)展趨勢(shì)。

圖1：系統(tǒng)流程圖

2 系統(tǒng)功能介紹

本系統(tǒng)提供的是一種對(duì)水的各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，把裝置投放入水中，就可以實(shí)時(shí)地把水的溫度、渾濁度、PH值以及含氧量等各項(xiàng)信息上傳到我們的網(wǎng)站上，人們可以通過(guò)手機(jī)、電腦登錄到頁(yè)面，及時(shí)知道水的各項(xiàng)指標(biāo)。并且還有警報(bào)裝置，如果有哪項(xiàng)指標(biāo)異于正常值，就會(huì)及時(shí)發(fā)出告警信息，并通過(guò)短信的方式發(fā)送到監(jiān)測(cè)者手機(jī)，對(duì)水的保護(hù)起到有效地監(jiān)測(cè)作用。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及選型

通信組網(wǎng)是硬件方面的主要關(guān)鍵技術(shù)，我們的裝置采用Zigbee結(jié)點(diǎn)終端和協(xié)調(diào)器，4G網(wǎng)關(guān)和阿里云服務(wù)器等組成架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)涑释負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)裝置配置一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，組成Zigbee無(wú)線(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)4G基站到達(dá)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端。與底層無(wú)線(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)通信。移動(dòng)4G通信模塊，以4G基站為樞紐接入阿里云服務(wù)器,從而實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)的通信。系統(tǒng)流程如圖1所示。

3.1 建立網(wǎng)絡(luò)

在用Zigbee建立網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，可以通過(guò)協(xié)調(diào)器設(shè)備來(lái)完成，而在這一過(guò)程中，所有的實(shí)現(xiàn)過(guò)程都需要通過(guò)原語(yǔ)才能實(shí)現(xiàn)。協(xié)調(diào)器設(shè)備的應(yīng)用層調(diào)用原語(yǔ)，發(fā)出建立網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，必須在網(wǎng)絡(luò)層收到應(yīng)用層發(fā)出的原語(yǔ)之后，才能要求MAC層執(zhí)行信道能量掃描。主要是為了能夠找到需要的信道，即信道能量低于設(shè)定能量值。并且這些信道上需要標(biāo)注是可用信道，找到符合要求的信道之后，從中篩選出一個(gè)最好的信道，然后就可以進(jìn)行下一步的工作——收到PAN開(kāi)始的狀態(tài)，然后告知應(yīng)用層所需要建立網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。

3.2 加入網(wǎng)絡(luò)

在進(jìn)行上述步驟之后，就開(kāi)始加入網(wǎng)絡(luò)了。路由器設(shè)備或者終端設(shè)備可以通過(guò)關(guān)聯(lián)的方式來(lái)加入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于子設(shè)備，首先要設(shè)定待掃描的信道和每一個(gè)信道掃描的時(shí)間。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層收到這一要求之后，就會(huì)要求MAC層執(zhí)行被動(dòng)或主動(dòng)掃描，一旦完成了掃描，就會(huì)告知網(wǎng)絡(luò)層，然后網(wǎng)絡(luò)層再向上告知應(yīng)用層。此時(shí)如果有潛在的父節(jié)點(diǎn)可以確定，那么網(wǎng)絡(luò)層就會(huì)調(diào)用相關(guān)的原語(yǔ)發(fā)送給MAC層，用MLME-ASSOCIATE.conf irm 原語(yǔ)可以反饋其連接狀態(tài)。

3.3 接收發(fā)送數(shù)據(jù)

在加入了網(wǎng)絡(luò)之后，設(shè)備可以發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)。應(yīng)用層將一幀數(shù)據(jù)打包好之后調(diào)用網(wǎng)絡(luò)層的原語(yǔ)，并且按照協(xié)議的配置，加上相關(guān)數(shù)據(jù)以及做好一定的安全處理過(guò)程。

3.4 接收和再發(fā)送

如果是在非信標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)中，只要保證設(shè)備不處于發(fā)送數(shù)據(jù)的狀態(tài)，他就可以接受使能，在收到一幀數(shù)據(jù)之后，就會(huì)自動(dòng)將該幀數(shù)據(jù)幀頭的傳輸半徑減一。如果不為零的情況下，會(huì)不斷地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较乱粋€(gè)設(shè)備，直到該值為零，就會(huì)停止傳輸，而是被送到應(yīng)用層，或是在網(wǎng)絡(luò)層做一些具體的處理。