一种网络动态调整的漂浮式水域质量检测系统及方法
【专利摘要】本发明提供一种网络动态调整的漂浮式水域质量检测系统及方法，所述系统包括监测装置及主控装置，所述监测装置连接主控装置。所述监测装置，包括水域质量传感器、单片机及RFID标签，所述水域质量传感器连接单片机。所述主控装置，包括负载均衡器、控制器、服务器及RFID阅读器，所述控制器分别连接负载均衡器及服务器。所述监测装置中的RFID标签连接所述主控装置中的RFID阅读器。
【专利说明】一种网络动态调整的漂浮式水域质量检测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水质监测领域，尤其涉及一种基于RFID和ZIGBEE技术的网络动态调整的漂浮式水域质量检测系统及方法。
【背景技术】
[0002]射频识别即RFID (Radio Frequency Identification)技术，又称电子标签或无线射频识别。它是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID设备通常包括RFID阅读器及RFID电子标签。RFID阅读器通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出和写入操作。
[0003]RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频识别自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人为干预识，可工作于各种恶劣环境。目前，射频识别技术已经被应用于许多领域，比如钞票及产品防伪、身份证和电子门票、电子收费系统、家畜或野生动物识别、病人识别及电子病历、物流管理、行李分拣、门禁系统。
[0004]根据供电方式，RFID标签分为被动、半被动(也称作半主动)及主动三类。与被动式和半被动式不同的是，主动式标签本身具有内部电源供应器，用以供应内部IC所需电源以产生对外的讯号。一般来说，主动式标签拥有较长的读取距离和较大的记忆体容量可以用来储存读取器所传送来的一些附加讯息。
[0005]ZIGBEE技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
[0006]目前市场上已存在利用RFID技术进行水质监测的方法，可实现水质监测自动化，无需人工干预的效果，但作用比较单一。
[0007]现有技术中，申请号为200910232309.2的发明专利，公开了一种基于ZIGBEE技术的水文监测平台，将ZIGBEE技术与水深、水温、pH值、电导率、溶氧系列水质传感器融合，组建无线传感器网络，达到对目标水域水文状况的远程实时监测。然而在上述技术中，当某一传感器出现异常时，不易人工查找出错节点。同时，多个传感器构成的网络，当网络结构或密度发生变化时，缺乏协调网络平衡的相应措施，易造成网络拥堵。
[0008]鉴于上述原因，本发明提供了一种基于RFID和ZIGBEE技术的网络动态调整的漂浮式水域质量检测系统及方法，用于对水域质量进行远程实时监测。
【发明内容】
[0009]本发明提供的网络动态调整的漂浮式水域质量检测系统包括监测装置及主控装置，所述监测装置连接主控装置，
[0010]所述监测装置，包括水域质量传感器、单片机及RFID标签，所述水域质量传感器连接单片机，[0011]所述主控装置，包括负载均衡器、控制器、服务器及RFID阅读器，所述控制器分别连接负载均衡器及服务器，
[0012]所述监测装置中的RFID标签连接所述主控装置中的RFID阅读器。
[0013]优选的，所述负载均衡器上安装有小型螺旋桨。
[0014]优选的，所述单片机、负载均衡器及控制器内置ZIGBEE无线通信装置。
[0015]优选的，使用锚点固定所述水域质量传感器，以及RFID标签和单片机的电池。
[0016]本发明还提供一种利用上述系统进行水域质量检测的方法，包括以下步骤:
[0017]S1、单片机获取水域质量传感器采集的水域质量参数后，通过ZIGBEE无线网络将所述水域质量参数发送给控制器；
[0018]S2、所述控制器将所述水域质量参数发送给服务器，服务器处理所述水域质量参数后进行显示；
[0019]S3、管理员根据服务器显示的异常数据，利用RFID阅读器查找失效的监测装置。
[0020]优选的，所述步骤S2还包括，每个负载均衡器为不同单片机分配路由，且所述负载均衡器将自身负载的单片机数量通知控制器。
[0021]优选的，当负载均衡器上负载的单片机数量发生变化时，所述负载均衡器根据控制器的命令动态调节自身负载的单片机数量。
[0022]根据本发明提供的网络动态调整的漂浮式水域质量检测系统及方法，使单片机与控制器间通过ZIGBEE方式进行通信，省去了布线的麻烦；RFID技术的引入，可以在监测装置出错时，帮助工作人员通过RFID阅读器查找到服务器无法接收的节点进行维修，提高了工作效率。同时，通过负载均衡器为不同单片机分配路由，并根据控制器的命令动态调节自身负载的单片机数量，能够达到网络资源配置最优的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1是本发明较佳实施例提供的网络动态调整的漂浮式水域质量检测系统结构示意图；
[0025]图2是本发明较佳实施例提供的网络动态调整的漂浮式水域质量检测方法流程图。
【具体实施方式】
[0026]下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0027]图1是本发明较佳实施例提供的网络动态调整的漂浮式水域质量检测系统结构示意图。如图1所示，本发明较佳实施例提供的网络动态调整的漂浮式水域质量检测系统包括监测装置I及主控装置2，所述监测装置I连接主控装置2。所述监测装置I，包括水域质量传感器11、单片机12及RFID标签13，所述水域质量传感器11连接单片机12。所述主控装置2，包括负载均衡器21、控制器22、服务器23及RFID阅读器24，所述控制器22分别连接负载均衡器21及服务器23。所述监测装置I中的RFID标签13连接所述主控装置2中的RFID阅读器24。
[0028]于上述实施例中，所述单片机、负载均衡器及控制器内置ZIGBEE无线通信装置，不同单片机之间组成基于ZIGBEE技术的无线网络，并且单片机与负载均衡器及控制器之间通过ZIGBEE无线网络进行通信。
[0029]上述系统中的水域质量传感器的位置，以及为RFID标签和单片机供电的电池位置均为固定，本实施例中使用锚点固定。
[0030]每个负载均衡器负荷一定数量的单片机，并可以动态调整自身负荷的单片机数量。负载均衡器上安装有小型螺旋桨，以便于在水中自动调节位置。如前所述，当单片机所在的监测装置出现异常或者有新增的监测装置时，负载均衡器根据控制器的命令调整自身位置，以达到动态调整不同均衡器间网络负载平衡的目的。
[0031]图2是本发明较佳实施例提供的网络动态调整的漂浮式水域质量检测方法流程图。如图2所示，本发明较佳实施例提供的网络动态调整的漂浮式水域质量检测方法包括步骤SI?S3。
[0032]步骤S1:单片机获取水域质量传感器采集的水域质量参数后，通过ZIGBEE无线网络将所述水域质量参数发送给控制器。
[0033]具体而言，在每个监测装置中，包括一个单片机、一个水域质量传感器及RFID标签，三者集成为一个监测装置。其中，水域质量传感器用于测定并收集水向、水速、水温、PH值、悬浮物等水域质量参数，并将所述参数实时传送给与其集成的单片机。
[0034]于本实施例中，单片机内设定时器，定时向控制器发送自身获取到的水域质量参数。单片机及控制器通过各自内置的ZIGBEE无线通信装置组成ZIGBEE无线网络，进行数据传输。
[0035]步骤S2:所述控制器将所述水域质量参数发送给服务器，服务器处理所述水域质量参数后进行显示。
[0036]具体而言，服务器将水域质量参数按照预定的方式进行处理后输出，供管理员查看。
[0037]于此，控制器还负责协调不同负载均衡器上的单片机数量。具体地，每个负载均衡器为不同单片机分配路由，且所述负载均衡器将自身负载的单片机数量通知控制器。控制器根据每个负载均衡器的最大负荷量及当前负荷量，动态地向负载均衡器发起命令以调整负荷数量，协调整体网络负载的平衡。
[0038]若负载均衡器上负载的单片机数量发生变化，所述负载均衡器根据控制器的命令动态调节自身负载的单片机数量。同时，由于各水域质量传感器位置是固定的，当负载发生变化时，对应的负载均衡器将动态调整自身位置，以达到最好的通信效果。
[0039]步骤S3:管理员根据服务器显示的异常数据，利用RFID阅读器查找失效的监测装置。
[0040]具体而言，服务器对水域质量参数进行处理后输出，供管理员进行分析使用。当监测装置中的传感器或单片机失效时，服务器显示数据将出现异常。此时利用主控装置中的RFID阅读器查找对应的RFID标签，所述RFID标签即对应失效的监测装置。[0041]本实施例中的RFID标签为主动式标签，具有较长的读取距离。管理员查找失效的监测装置时，按照服务器显示的通信异常的RFID标签编号，即可在监测现场通过RFID阅读器快速找出失效监测装置中的RFID标签，以便于维修人员有针对性地对异常的监测装置进行处理。
[0042]综上所述，根据本发明较佳实施例提供的网络动态调整的漂浮式水域质量检测系统及方法，使单片机与控制器间通过ZIGBEE方式进行通信，省去了布线的麻烦；RFID技术的引入，可以在监测装置出错时，帮助工作人员通过RFID阅读器查找到服务器无法接收的节点进行维修，提高了工作效率。同时，设置负载均衡器负荷不同单片机间的路由，并且负载均衡器还可动态调节自身位置以达到无线网络负载均衡，大大降低了无线网络拥堵的风险。
[0043]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种网络动态调整的漂浮式水域质量检测系统，其特征在于，包括监测装置及主控装置，所述监测装置连接主控装置， 所述监测装置，包括水域质量传感器、单片机及RFID标签，所述水域质量传感器连接单片机， 所述主控装置，包括负载均衡器、控制器、服务器及RFID阅读器，所述控制器分别连接负载均衡器及服务器， 所述监测装置中的RFID标签连接所述主控装置中的RFID阅读器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述负载均衡器上安装有小型螺旋桨。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述单片机、负载均衡器及控制器内置ZIGBEE无线通信装置。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，使用锚点固定所述水域质量传感器，以及RFID标签和单片机的电池。
5.一种利用权利要求1-4任一项所述的系统进行水域质量检测的方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、单片机获取水域质量传感器采集的水域质量参数后，通过ZIGBEE无线网络将所述水域质量参数发送给控制器； 52、所述控制器将所述水域质量参数发送给服务器，服务器处理所述水域质量参数后进行显示； 53、管理员根据服务器显示的异常数据，利用RFID阅读器查找失效的监测装置。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S2还包括，每个负载均衡器为不同单片机分配路由，且所述负载均衡器将自身负载的单片机数量通知控制器。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，当负载均衡器上负载的单片机数量发生变化时，所述负载均衡器根据控制器的命令动态调节自身负载的单片机数量。
【文档编号】G06K7/00GK103593636SQ201310613762
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】严建峰, 谢忠明, 李云飞, 贾俊铖, 杨璐 申请人:苏州大学