江西省鄱阳湖水质检测的无线传感网络设计

江西境内的鄱阳湖是中国第一大淡水湖，也是全国水质最好的湖泊之一，流域面积16.22万平方公里。但近年来，鄱阳湖水质也呈下降趋势。江西省水环境监测部门监测显示，2002年鄱阳湖水质Ⅲ类水以上的比例占99.7%，而2006年下降到82.1%，呈逐年下降趋势。

由于鄱阳湖水域宽阔，包括赣江（外洲站）、抚河（李家渡站）、信江（梅港站）、昌江（渡峰坑站）、乐安河（石镇街站）、修河（永修站）、西河（石门街站）及博阳河（梓坊站）等区域，目前采用的水质检测方法为派人到各区域取水样，然后放在专门的实验室检测。这样不能实现对湖水连续检测，而且效率不高。本文提出了水质自动检测的无线传感网络设计方案，可以实现对水质的自动检测，而且检测的数据可以通过GPRS网络发送到环保部门指定的接收点的计算机，利用该处计算机的软件对检测的数据实时显示，并通过Internet网络实现数据共享，实现数据多级管理。

1 系统总体结构

水质无线传感器网络检测系统采用两级体系 ,一级为环保部门指定的接收水质检测数据的计算机（上位机）,二级为水域的水质监测站。上位机负责监视、管理和控制水质监测站;水质监测站负责水质数据的采集和数据传送工作。上位机和水质监测站之间采用GPRS无线传输方式进行数据通信。由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络,上位机配置固定的 IP 地址，各水质数据采集点使用移动通信公司统一的 SIM 卡,同时在上位机中利用编写的系统数据库保存相关水质参数数据，对信息进行统计处理，产生各种报表输出,支持24小时实时在线,实现信息采集点每隔20 min传送采集的水质信息数据,并可以将数据进行图形化显示，实现水质数据的地图化、可视化。单点检测点与上位机系统组成结构如图1 所示。

 

2 硬件设计

2.1 CPU模块设计

鄱阳湖的水质保护的重要性对水质检测提出了速度快 、测量准确的高要求。CPU是整个水质检测的“心脏”和 “大脑”。作为整个系统的中枢，接受所有来自水质传感器的信号和数据，并对各个数据进行处理，最终发送给GPRS模块。采用高性能的CPU芯片可以使水质检测的工作效率大大提高。本设计采用了一款三星公司的ARM 内核芯片S3C44B0, 其工作效率是普通8位单片机的 4~5倍 ,非常适合于水质参数的处理。S3C44B0是基于ARM7TDMI-S内核的一款CPU，32位宽度的存储器接口和独特的加速结构使代码能够在最大时钟速率下运行。从整体性能看，采用S3C44B0芯片设计的原因在于其速度快、调试方便、运行稳定。S3C44B0与其他外部设备连接信号线如图2所示。



2.2 水质传感单元设计
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