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.