基于CC2530的水环境监测系统设计

基于CC2530的水环境监测系统设计

朱娟

(湖北文理学院物理与电子信息工程学院，湖北襄阳441053)

摘要：为了解决有线水环境监测系统布线难、成本高、监测范围受限等问题，本文设计了一种基于CC2530的无线传感器网络系统对水环境进行实时监测。该系统以Zigbee CC2530芯片和CDMA模块为核心，利用分布在监测水域的各传感器节点采集数据，数据经zigbee无线网络传至中心节点，再通过CDMA模块传给远程数据管理中心。该系统具有成本低、可靠性好，易于维护等优点，有很好的应用前景。

关键词：zigbee；CC2530；水环境监测；无线传感器网络

The Design of Water Environment Monitoring System Based on CC2530

Zhu Juan

(Institute of physics and electronic information engineering, Hubei University of Arts and

Science,xiangyang 441053)

Abstract: To solve the problem of difficult to set up the network，high cost and restricted scope in existing cable water environment monitoring system,this paper designs a wireless sensor network system based on CC2530 for real-time monitoring of water environment.The system is constructed on Zigbee CC2530 chips and CDMA module,collecting data using of sensor nodes which distribute in the monitoring water.the data is transmited to center node by zigbee wireless network,then to the remote data management center through CDMA module. The system have many advantages,such as low cost, good reliability, easy maintenance, etc, and also has a good application foreground.

Key words:zigbee;CC2530; water environment monitoring ;wireless sensor network

1 引言

水乃生命之源，因此对水环境的监测显得尤为重要。高效、实时、准确地掌握我们周围水环境的信息，不仅能及时处理工农业带来的水污染，更是给我们的生活带来了强有力的保障。现有的水环境监测方法主要有两种：（1）采用便携式水质监测仪人工采样、实验室分析的方式；（2）采用由远程监测中心和若干个监测子站组成的水环境监测系统。前者无法对水环境参数远程实时监测，劳动强度大、数据采集慢，无法反映水环境动态变化。后者虽能反映动态变化，但一般都采用有线监测，系统成本高，监测范围小。而时下新兴的zigbee无线传感网络恰能解决以上两种问题，它具有低功耗、高质量、低成本的双向传输等特点，在水环境监测中显现出特有的优势，可以方便的实现大范围水域的实时监测。

2 系统总体设计

基于zigbee无线传感网络的水环境监测系统总体结构如图1所示，系统主要由传感器节点、中心节点、CDMA模块和监控中心组成。传感器节点任意分布在某一监测区域，多个传感器节点与一个中心节点构成zigbee通信子网，中心节点通过zigbee协议与各个传感器节点进行通信，获取各个传感器节点采集到的数据，再通过CDMA无线通信模块将数据发送到远程监控中心。

作者简介：朱娟（1984—），女，湖北襄阳人，硕士，研究方向：嵌入式技术及其应用（E-mail:*******************）

图1 系统总体框图

3 系统硬件设计

3.1 传感器节点设计

传感器节点由zigbee射频收发模块和传感器组成，其结构图如图2所示。zigbee射频收发模块主芯片采用TI公司的CC2530，它是TI最新推出的符合IEEE 802.15.4的2.4G射频收发器，该芯片工作的频率范围是2400~2483.6MHZ，支持数据传输高达250Kb/s,CC2530集成了业界领先的RF收发器、增强工业标注的8051MCU，可编程Flash存储器、8KB RAM和许多其它强大功能。CC2530有4 种不同的Flash 版本: CC2530F32 /64 /128 /256，分别具有32 /64 /128 /256 KB Flash 存储器．CC2530 比较适合需要超低功耗的系统，它能够以非常低的材料成本建立强大的网络节点，可以实现多点对多点的快速组网，是一个真正的用于IEEE 802. 15.

4、ZigBee 和RF4CE 应用的片上系统( SOC) 解决方案[2]。

图2 传感器节点结构图

传感器选择M45453 多参数水质检测传感器，可同时测量多达17 项水质参数，包括pH 值、温度、溶解氧、电导率、浊度、氨氮浓度和氯化物浓度等参数[1]，这些参数的物理量和化学量将被转化为电信号，经A/D转换后进行调理打包。传感器节点使用锂电池供电，因而低功耗设计成为主要考虑的问题，在不进行数据采集时，其进入休眠模式。

电源电路采用片内1.8V稳压器为所需电路提供1.8V电源，配一个1μF去耦电容，以提高电源工作的稳定性，在管脚22、23和32、33上分别用32MHz、32.768KHz的石英谐振器构成两个晶振电路；天线是射频收发模块的重要器件，它直接影响系统的整体性能，系统中使用巴伦匹配电路来进行射频收发信号的匹配，天线采用效率高、结构紧凑、馈电方便的印制弯折倒F型天线，具有尺寸小、剖面低、成本低等特点[2]。

3.2 中心节点设计

中心节点由主控制器、zigbee射频收发模块、CDMA通信模块组成，zigbee射频收发模块与微处理器之间采用串口中断通信，当中心节点zigbee模块收到传感器节点采集到的数据后，会通过中断触发主控制器完成接收数据、存储数据等任务，并触发CDMA模块向监控中心发送数据。主控制器采用Samsung公司的S3C2410处理器，它是一款低价、低功耗、高性