基于CC2530的水位监测系统设计

朱张珺 王思怡 杨明霞

摘要：本文基于CC2530和ZigBee协议，在实验室完成了水位监测数据的采集、处理和传输，并上传的云平台，通过前端网页形式查看水位数据信息。在单片机CC2530上集成水位传感器来实现水位的测量，并且在实验室中实现了局部环境积水监测与数据采集，而且通过无线传感器网络平台的相关设备来做到数据传输与收集，实现了传感器数据在云端存储与调用,并通过上层软件将其调用与展示，更好的提供了人机交互与用户友好度。

关键词：水位监测；CC2530；Zigbee

许多城市围绕水质水位管理展开工作，例如，杭州市陆续在重要河道、水质反复河道、重点关注河道建设水质自动监测站，可实时掌握河道水质状况，确保水质水位异常第一时间发现、第一时间进行解决。

基于无线传感技术的相关研究方面，申伟、杜文娟提出基于ZigBee无线传感技术的水库水质多参数监测系统[1，通过点对点通讯、串口通信和系统组网通信, 可以实现对水库中水温、PH值、电导率等重要水质参数的采集和数据无线传输；代分分提出一种移动式水质探测系统[2]，以无人船为载体，结合了嵌入式技术、无线传输技术,通过远程控制能够实现测量。ZigBee无线传输技术考虑了网络中的节点增减变化，在传输过程中需要占用大量的带宽资源，并增加传输时延，并且在距离上受到很大限制。无线传输目前还存在距离受限、速率问题、意外因素较多等问题，太阳能供电的方式一定程度上解决了设备供电电池问题，但也存在一些意外因素，比如异物遮盖、天气情况。

基于LoRa通信技术的研究方面，周东蕴等人提出一种针对海洋环境的LoRa和GPRS远程监测系统设计^[3]，在服务器端构建了数据管理平台, 用于完成对采集数据的接收、显示及存储；柯佩佩等人提出基于LoRa通信的城市河道污水排放监测系统设计^[4],在河道排污口安置LoRa终端节点, 通过监测中心Web客户端的数据分析及报警提醒等即可了解排污口情况。（LoRa实现了低功耗和远距离的统一，远距节点可以透过多台网关与后端网络服务器相连，但是由于扩频后的通信带宽窄，LoRa网络的传输速率低，一般适合传感器网络。）

本文基于CC2530和ZigBee协议，在实验室完成了水位监测数据的采集、处理和传输，并上传的云平台，通过前端网页形式查看水位数据信息。在单片机CC2530上集成水位传感器来实现水位的测量，并且在实验室中实现了局部环境积水监测与数据采集，而且通过无线传感器网络平台的相关设备来做到数据传输与收集，实现了传感器数据在云端存储与调用,并通过上层软件将其调用与展示，更好的提供了人机交互与用户友好度。

图1终端节点硬件图 图2网关节点硬件图

其中实现细节如下：编写C语言单片机指令，编译调试通过后，用keil软件将其烧入CC2530单片机内，使其具有测量水位的功能。同时使用ZigBee网络平台实现了局部区域内积水的测量与传输：首先通过单片机将采集到的压力数据通过其I/O口发送给网络平台的智云节点；再由该节点使用自定义ZigBee协议来打包与传输数据给网关节点；再由网关节点通过内置的数据中心的服务接入，使其拥有数据推送服务和数据存储服务并与云端建立连接，而网关提供基于数据中心的网关 TCP 服务将数据传到云端储存。使用项目的ID/KEY设置用户账户，将数据存储在云端数据库中。

在上层软件中，我们使用web搭建数据展示平台，应用WebStorm开发工具来部署web集成环境。首先我们将智云网关与web服务平台置于同一局域网，如连接同一热点，实现小范围内的数据传输。在WebStorm上编写JavaScript，使其能运行成功及流畅。再通过连接智云中心的网址来获取外部接口来调用云数据库中的数据，使用websocket协议来传输数据并在web上展示。

我们实现了小型的局部水位测量，而道路错综复杂，且内涝区也可能在低洼地带。所以接下来要考虑怎么以小见大，实现局部的部署环境拓展到大的水位测量信息，并且实现数据的大范围内的传输。设想调用市政府公共的测量水位传感器信息，在已知的技术上扩展并增加功能，来完成水位数据传输。

Zigbee网络具有低功耗低成本的有点，但是距离较短，无法满足长距离、大范围的监测需求。今后将研究基于LORA、NB-IOT等技术的水质水位监测系统的实现。

参考文献：

[1]申伟,杜文娟.基于ZigBee无线传感技术的水库水质多参数监测系统[J].自动化技术与应用,2018,37(04):40-43.
[2]代分分. 一种移动式水质探测系统的设计与实现[D].南京信息工程大学,2017.
[3]周东蕴,王好贤,周志权.海洋环境的LoRa和GPRS远程监测系统设计[J].吉首大学学报(自然科学版),2019,40(01):34-38.

[4]柯佩佩,刘广伟,程淑伟,吴春玲,吴亚斌,冯蕾.基于LoRa通信的城市河道污水排放监测系统设计[J].物联网技术,2019,9(01):28-30+33.