摘 要：介绍了一种基于ZigBee网络的节能型水质监测系统，包括上位机、服务器终端和若干个监测单元，上位机通过互联网接收服务器终端发送的信号，监测单元包括温度传感器、PH值传感器、溶氧传感器、浊度传感器、ZigBee芯片、无线通讯模块和用于电源供给的电源模块；电源模块包括太阳能板、蓄电池和模拟控制器。利用若干个监测单元对水质进行检测，利用电源管理模块实现监测单元的电源供给，其中，利用太阳能板将太阳能转换为系统所需的电能，并利用蓄电池进行存储；此外，利用模拟控制器实现供电的控制，从而避免电能的浪费，其结构简单，操作方便，具有很强的实用性。

关键词：ZigBee技术；低能耗；水质监测系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.065

1 引言

众所周知，水是生命之源，所有生物均离不开水，从而可以看出，水质的好坏将直接影响到人和动植物的生存。

目前，随着水污染越来越严重，人们越来越重视水的安全，特别是饮用水。对于水质的好坏，基本采用水质探测器对水质进行检测，而现有的水质检测是采用多种传感器同时进行探测工作，各个传感器的工作得不到很好协调，其中，有些传感器可能不需要进行长时间工作，因此，电能浪费较大，若采用太阳能供电，其自身电能本身就存在局限，从而对水质监测工作带来不便[1-3]。

2 系统介绍

基于ZigBee网络的节能型水质监测系统，它包括上位机、服务器终端和若干个监测单元，上位机通过互联网接收服务器终端发送的信号，监测单元包括温度传感器、PH值传感器、溶氧传感器、浊度传感器、ZigBee芯片、无线通讯模块和用于电源供给的电源模块。

（1）温度传感器和无线通讯模块与ZigBee芯片连接， ZigBee芯片通过无线通讯模块与服务器终端进行数据通讯，PH值传感器、溶氧传感器和浊度传感器分别通过PH值信号调理电路、溶解氧信号调理电路和浊度信号调理电路与ZigBee芯片连接。

（2）电源模块包括太阳能板、蓄电池和模拟控制器，太阳能板通过电压调节电路与蓄电池连接，蓄电池的正极依次连接有稳压/升压模块、第一电压转换器和第二电压转换器，稳压/升压模块、第一电压转换器和第二电压转换器均与模拟控制器连接，第二电压转换器还与ZigBee芯片连接，模拟控制器与温度传感器、PH值传感器、溶氧传感器、浊度传感器、ZigBee芯片、无线通讯模块、PH值信号调理电路、溶解氧信号调理电路和浊度信号调理电路连接。

（3）电压调节电路包括变压器、整流桥和第一三极管，变压器的初级线圈与太阳能板连接，变压器的次级线圈与整流桥并联，整流桥通过第一电容接地并与第一三极管的集电极连接，第一三极管的集电极和基极并联有第一电阻，第一三极管的基极通过稳压二极管接地，第一三极管的发射极与蓄电池连接并通过第二电阻和第三电阻接地。

（4）ZigBee芯片为CC2530芯片，模拟控制器为ADG1414。

3 具体应用

该低能耗水质监测系统工作主要通过若干个监测单元进行实现，利用监测单元可以对水质进行大范围监测，监测到的水质参数，则利用ZigBee网络发送至服务器终端，服务器终端则接受若干个监测单元反馈回的信号并将信号通过互联网发送至上位机，其中，用户可通过上位机将控制信号发送至服务器终端，服务器终端则将信号反馈给对应的监测单元。

（1）监测单元具体工作时，是由温度传感器、PH值传感器、溶氧传感器、浊度传感器实现水质参数的检测，检测到的参数信号则输入至ZigBee芯片进行整理，其中对于PH值传感器、溶氧传感器、浊度传感器所检测到参数信号的要求更高，则需利用PH值信号调理电路、溶解氧信号调理电路和浊度信号调理电路进行信号调理。

（2）监测单元的电能供给，则通过电源模块进行控制，具体通过太阳能板将太阳能转换成系统所需能源，并利用蓄电池进行存储，而稳压/升压模块14、第一电压转换器和第二电压转换器对蓄电池输出的电压进行转换，即利用稳压/升压模块将信号进行稳压和升压处理使电压为9V，利用9V电压为PH值信号调理电路、溶解氧信号调理电路和浊度信号调理电路进行供电；随后利用第一电压转换器将电压转换为5V电压，利用5V电压为温度传感器、PH值传感器、溶氧传感器和浊度传感器供电；最后，利用第二电压转换器将5V电压转换为3.3V电压，利用3.3V电压为ZigBee芯片和无线通讯模块供电。

（3）为上述器件供电时，采用模拟控制器进行控制，即利用模块控制器可控制温度传感器、PH值传感器、溶氧传感器、浊度传感器、ZigBee芯片、无线通讯模块、PH值信号调理电路、溶解氧信号调理电路和浊度信号调理电路的电能供给，實现灵活控制电能，避免未需要工作的单元进行能源消耗，如温度传感器和溶氧传感器，在非特定的检测时，可选择不进行工作。同时，ZigBee芯片与模拟控制器连接时，时利用ZigBee芯片的I/O口与模拟控制器连接，因此，可通过ZigBee芯片对模拟控制器进行控制。

（4）对于太阳能板与蓄电池之间还连接有电压调节电路，电压调节电路可采用包括变压器T1、整流桥D1和第一三极管Q1，变压器T1的初级线圈与太阳能板连接，变压器T1的次级线圈与整流桥D1并联，整流桥D1通过第一电容C1接地并与第一三极管Q1的集电极连接，第一三极管Q1的集电极和基极并联有第一电阻R1，第一三极管Q1的基极通过稳压二极管D2接地，第一三极管Q1的发射极与蓄电池连接并通过第二电阻R2和第三电阻R3接地。利用变压器T1实现电压转换，利用整流桥D1实现整流，利用第一三极管Q1控制蓄电池充电工作，利用稳压二极管D2实现稳压。

4 小结

采用若干个监测单元对水质进行检测，利用电源管理模块实现监测单元的电源供给，其中，利用太阳能板将太阳能转换为系统所需的电能，并利用蓄电池进行存储；同时，利用稳压/升压模块、第一电压转换器和第三电压转换器将蓄电池输出的电压进行转换，从而满足不同器件、不同电压的需求，此外，利用模拟控制器实现供电的控制，从而避免电能的浪费，其结构简单，操作方便，具有很强的实用性。

参考文献：

[1]李鑫星，王聪，田野，吕熊杰，傅泽田，张领先.基于ZigBee的多参数水质在线监测系统[J].农业机械学报，2015（S1）：168-173.

[2]严丽平，宋凯.基于ZigBee与GPRS的嵌入式水质监测系统设计[J].计算机工程与设计，2011（05）：1638-1640+1852.

[3]王剑.基于ZigBee技术的远程水质监测系统关键技术的研究与实现[J].节水灌溉，2011（06）：65-67.

作者简介：陈磊（1987-），男，江苏金坛人，本科，助理工程师，研究方向：软件开发，网络通讯，界面UI设计。