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2臁智能处理与应用I
ntelligentProcessingandApplication
2硬件电路设计
2．1水质传感器选型
以养殖用水为例，一般需要对水环境中的PH值、浊度、
水位、溶氧量、温度等五项基本参数进行监测】。本系统选
用北京联创与中国农大开发的、具有测温和温度补偿功能的
PHIO、TS10、WLIO、DOIO四类智能传感器来对水的PH值、
浊度、水位、溶氧量、温度等五项参数进行监测。四类传感器
均可通过RS485总线接收来自外部MCU的控制指令，然后
返回测量原始值、温度值、工程值等三个参数，因而可以大
大简化感知层的设计工作。
2．2CC2530节点的接t7电路设计
本系统的ZigBee节点选用成都感智信息技术有限公司的
CC2530节点，该类廿_带有CC2591增益放大模块，最远通
讯距离可达1km。由于CC2530不支持RS485通讯，因而需
要设计RS485转3-3VTTL电路，图2所示就是CC2530无
线节与RS485传感器的接口电路]。其中，5．0V直流电压
主要为传感器供电，3．3V直流电压为CC2530供电。通
讯接口转换芯片选择MAXIM公司的MAX13487，光耦T、
T：用于CC2530与RS485总线的隔离，R8、R9用于采样电源
电压以便服务器端能实时判断节点的供电情况，R、、R7、
C5、C、D。、D2、D3、L。、L：等为RS485总线匹配电路。
另外，还需要设计系统传输层无线网关，一般的传输层
无线网关应当内置有CC2530通信模块、$3C2440控制器、
MG323GPRS通信模块，并设计有存储、电源管理，以及以
太网接ElpJ。
3软件设计
本系统的软件由感知层WSN软件子系统、传输层
ZigBee／GPRS软件子系统和应用层水质信息管理系统等三部
分构成。
3．1感知层WSN软件子系统
感知层WSN软件子系统是根据表1所示的通讯协议，基
于ZigBee2007Pro开发的具有自组网功能的星型网络。其中，
帧类型主要有节点入网、获取网络参数、获取传感器参数、调
节水质参数等。表1所列是系统的WSN数据帧格式。表2和
表3所列是其水质传感器的通讯帧格式。只要在下行链路中下
发指定格式的指令，便可通过上行链路获取到如表3所列的
返回数据，进而提取出原始值、温度值、工程值等参数。
3．2传输层ZigBee／GPRS无线网关软件子系统
ZigBee／GPRS无线网关用于完成管理控制、协议转换以
及数据转发功能，可以支持WSN网络数据协同和汇聚，并支
持ZigBee及GPRS接入，从而桥接WSN与互联网。
3．3应用层水质监控信息管理系统
VCC电．一L
D
D3
RXD
一昏
P00
TXD
GND
5V
图2CC2530无线节点与RS485传感器的接口电路
2．3增氧机控制电路设计
系统中的增氧机控制电路如图3所示，CC2530节通过
P0．1控制光耦T，并驱动Q控制继电器J。，从而控制增氧机
电源的通断，达到启动／停止增氧机的目的。
3V5V
／82物联网技术2012年／第12期
应用层水质监控信息管理系统采用B／S架构设
计，通过WebService提供面向ZigBee／GPRS网关和
用户的服务。WebService服务接口提供的主要服务
接口如表4所列。
应用层数据决策由专家数据库系统实现，它由
知识库、推理机、解释器、人机界面、数据库管理
系统等组成。主要子系统包括水质环境监控子系统、
专家决策及知识查询子系统、系统配置子系统、在
线技术支持子系统等。
表1WSN数据帧格式
项目帧头帧类型登翌釜数据包蔫釜备用和校验
表2水质传感器下行链路数据帧格式
帧头方向长度帧代号功能码地址段数据CRC帧尾
88FBFA0804OlOlFFDC010648FCFC
智能处理与应用2I
ntelligentProcessingandApplication
表3水质传感器上行链路数据帧格式
返回数据
帧头方向长度帧代号功能码地址段通道数据(通道数×4)CRC帧尾
通道数保留
原始值温度工程值
88lFBAF150401100FFlDc030242lC7I66f4141『8E553B3DIAE107I717ElA9FC『FCllIlllI
表4应用层WebService服务接口
4结语
本文基于水质传感器、GPRS、ZigBee等技术手段设计
了一套水质实时监测系统，能对大范围水面进行PH值、浊
度、水位、温度、溶解氧等水质参数的监测。在感知层中，本
系统提供有开放的协议进行扩展，只要在CC2530节上配置
以不同的传感器，便可对系统的监测进行扩展；而在传输层，
则利用3G网络和ZigBee／GPRS网关的开放性，来实现数据
的透明传输；在应用层中，系统通过WebService提供面向
ZigBee／GPRS网关和用户的服务，同时，本系统还可以方便地
进行传感器的配置、增减和数据展示。
参考文献
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(上接第80页)
素。随着国际与国内标准化组织相关RFID标准的制定、各图
书馆相关机构制定一些实施办法、实施细节以及RFID技术
和生产工艺的发展，实施RFID的风险正在不断降低，在物联
网相关技术的支持下，泛在图书馆的实现已为期不远。
参考文献
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作者简介：撖立军男，1978年出生，硕士研究生，讲师。主要研究方向为后勤信息化。
2012年／第12期物联网技术83＼
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