基于无线传感器网络的河流自动监测站设计

　　0 引言

　　河流是工农业发展的重要资源，同时对区域生态资源有着重要影响。伴随着自然条件的变化以及工业发展，频发的洪涝灾害和各种水污染问题严重影响河流的健康状况。因此建立实时有效的河流监测系统对防洪及水污染治理有着重要意义。

　　目前，河流自动监测系统主要由前方的自动监测站点和后方的控制中心组成。自动监测站负责对河流的各项指标进行监测，并使用移动通信网络，计算机网络、数传电台等传输方式将监测数据发送到控制中心。

　　现有自动监测站大多由传感器、数据采集器和传输设备组成，体积较大。监测站不同设备之间采用有线方式连接。河流监测点大多位于偏僻地区，受到布线和环境因素限制，自动监测站监测范围有限、灵活性差，无法大量部署站点。因此，监测系统无法提供大量有效数据覆盖河流流域。本文提出一种基于无线传感器网络的河流自动监测站设计方案，扩大现有自动监测站的监测面积，提高灵活性，及时提供监测区域河流的水文、水质状况。

　　1 系统结构及组成

　　系统采用两级结构：数据采集层和数据汇聚层。数据采集层具有采集和传输功能，负责采集监测区域内数据并选择有效的路由将数据传输到汇聚层;数据汇聚层具有数据汇集、封装、传输功能，汇聚不同通道的数据，根据通信协议封装原始数据并发送出去。

　　基于无线传感器网络的河流自动监测站由无线传感器网络和自动监测站组成，分别实现数据采集和数据汇聚功能。系统组成如图1所示。

　　无线传感器节点具有可扩展、易部署的特点。可以根据监测方案的需求，携带不同的水文、水质传感器，部署在河流监测断面及沿岸。这些节点以自组织的方式形成多跳网络，监测信息以逐跳传递到自动监测站的汇聚节点。自动监测站由汇聚节点和RTU组成，是整个河流监测系统的通信枢纽。自动监测站接收无线传感器网络发送的河流信息，并传输到各级主控中心;接收控制中心命令，启动无线传感器网络并监测网络运行状况。

　　2 无线传感器网络

　　无线传感器网络作为原有自动监测站的一路扩充信号，可以根据需求调整节点部署位置和密度，提高原有监测站的监测范围和灵活度。无线传感器网络设计包括节点硬件设计、软件设计以及路由协议三个方面。

　　2.1 节点硬件

　　传感器节点是无线传感器网络的基本组成单元，并且实现网络终端和路由器双重功能。节点一般具备信息采集、数据存储和简单处理、无线通信功能，并且可以与其他无线传感器节点协作，完成指定的任务。传感器节点通常由处理器模块、传感器模块、无线通信模块和电源模块组成。