一种基于无线传感网的水质多参数在线监测系统及方法

摘要

本发明涉及一种基于无线传感网的水质多参数在线监测系统及方法，其包括至少三个水质多参数监测浮标节点、至少三个汇聚节点、一个网关节点和一个监控中心或数据服务端；其中，所述的水质多参数监测浮标节点形成的多跳自组织网络与所述的汇聚节点连接，所述的汇聚节点形成的多跳自组织网络与所述的网关节点连接，所述的网关节点与所述的监控中心或数据服务端连接。本发明可扩展性高、维护维修方便、实时在线监测数据、为淡水水质污染提供参考数据和依据。

权利要求

1.一种基于无线传感网的水质多参数在线监测系统，其特征在于：包括至少三个水质多参数监测浮标节点、至少三个汇聚节点、一个网关节点和一个监控中心或数据服务端；其中，所述的水质多参数监测浮标节点形成的多跳自组织网络与所述的汇聚节点连接，所述的汇聚节点形成的多跳自组织网络与所述的网关节点连接，所述的网关节点与所述的监控中心或数据服务端连接；所述的水质多参数监测浮标节点包括用于处理传感数据的第一微控制器单元；用于调理微弱电信号的信号调理电路模块；用于与汇聚节点以及其它水质多参数监测浮标节点相互通信的第一无线通信单元；用于串口通信、烧录程序和北斗定位模块对接口的第一串口单元；用于采集物理环境数据的传感器模块；以及用于为第一微控制器单元、信号调理电路模块、第一无线通信单元、第一串口单元和传感器模块供电的第一太阳能供电单元；所述的传感器模块与信号调理电路模块连接，所述的信号调理电路模块与第一微控制器单元连接，所述的第一串口单元和第一无线通信单元均与第一微控制器单元连接，所述的第一无线通信单元与第二无线通信单元以及其它水质多参数监测浮标节点的第一无线通信单元连接，所述的传感器模块、信号调理电路模块、第一微控制器单元、第一无线通信单元以及第一串口单元均与第一太阳能供电单元连接；所述的汇聚节点包括用于处理接收和发送数据的第二微控制器单元；用于与水质多参数监测浮标节点、网关节点以及其它汇聚节点相互通信的第二无线通信单元；用于串口通信、烧录程序和北斗定位模块对接口第二串口单元；用于暂存数据的第一存储单元；用于连接有线网络的第一以太网接口模块；以及用于为第二微控制器单元、第二无线通信单元、第二串口单元、第一存储单元以及第一以太网接口模块供电的第二供电单元；所述的第二无线通信单元、第二串口单元、第一以太网接口模块以及第一存储单元均与第二微控制器单元连接，所述的第二无线通信单元与第一无线通信单元、第三无线通信单元以及其它汇聚节点的第二无线通信单元连接，所述的第二无线通信单元、第二串口单元、第一以太网接口模块、第一存储单元以及第二微控制器单元均与第二供电单元连接；所述的网关节点包括用于处理接收和转换数据的第三微控制器单元；用于与汇聚节点相互通信的第三无线通信单元；用于串口通信、烧录程序和北斗定位模块对接口的第三串口单元；用于暂存数据的第二存储单元；用于连接有线网络的第二以太网接口模块；以及用于为第三微控制器单元、第三无线通信单元、第三串口单元、第二存储单元以及第二以太网接口模块供电的第三供电单元；所述的第三无线通信单元、第三串口单元、第二以太网接口模块以及第二存储单元均与第三微控制器单元连接，所述的第三无线通信单元与第二无线通信单元连接，所述的第三无线通信单元、第三串口单元、第二以太网接口模块、第二存储单元以及第三微控制器单元均与第三供电单元连接。

2.如权利要求1所述的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统，其特征在于：所述的传感器模块为以下一种或至少两种以上组合：(1)用于采集水中溶解氧含量的溶解氧传感器；(2)用于采集水中浊度情况的浊度传感器；(3)用于采集水中PH值的PH传感器；(4)用于采集水中余氯浓度的余氯传感器；(5)用于采集水的电导率情况的电导率传感器。

3.如权利要求2所述的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统，其特征在于：所述的第一微控制器单元电路中，单片机U1_1的6脚、11脚、21～22脚、28脚、50脚、75脚、100脚与+3.3V直流稳压电压连接，10脚、19～20脚、27脚、49脚、74脚、99脚接地，8脚经电容C1_1后接地，9脚经电容C2_1后接地，12脚经电容C3_1后接地，13脚经电容C4_1后接地，晶振Y1_1的两端分别与单片机U1_1的8脚、9脚连接，晶振Y2_1的两端分别与单片机U1_1的12脚、13脚连接；单片机U1_1的14脚经按键S1_1后接地，14脚经电容C5_1后接地，14脚经电阻R1_1后与+

3.3V直流稳压电压连接，15～18脚分别与集成运算放大器U8_1的1脚、7脚、8脚、14脚连接，

24～26脚、29～32脚、67脚、70～71脚分别与射频收发芯片U3_1的29～30脚、21脚、31～32脚、34脚、33脚、41脚、28脚、27脚连接，33～34脚分别与集成运算放大器U9_1的1脚、7脚连接，37脚与锁扣开关S3_1的2脚连接；锁扣开关S3_1的1脚经电阻R8_1后与+3.3V直流稳压电压连接，3脚接地；单片机U1_1的68～69脚分别与电平转换芯片U2_1的10脚、9脚连接，94脚与锁扣开关S2_1的2脚连接；锁扣开关S2_1的1脚经电阻R7_1后与+3.3V直流稳压电压连接，

3脚接地；单片机U1_1的97～98脚、1～5脚、38～46脚、23脚、35～36脚、89～91脚分别与预留接口J9_1的1～22脚连接，92～93脚、95～96脚、47～48脚、51～54脚、63～66脚、78～85脚分别与预留接口J10_1的1～22脚连接，86～88脚、55～62脚分别与预留接口J11_1的1～11脚连接；预留接口J11_1的12～16脚接地，17～22脚与+3.3.V直流稳压电压连接；电容C40_1、电容C41_1、电容C42_1、电容C43_1是去耦电容，它们并联在+3.3V直流稳压电压和地之间。

4.如权利要求1所述的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统，其特征在于：所述的水质多参数监测浮标节点包括用于防尘防水无缝对接的第一层保护壳和第二层保护壳，用于无缝对接的传感器接口，以及放置在第一层保护壳和第二层保护壳之间的太阳能电池板。

5.如权利要求1所述的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统，其特征在于：所述的信号调理电路模块包括用于电压转换的信号分压电路；用于信号滤波的RC滤波电路；用于信号放大的放大电路；以及电压跟随电路。

6.如权利要求1所述的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统，其特征在于：所述的第二微控制器单元电路：单片机U1_2的6脚、11脚、21～22脚、28脚、50脚、75脚、100脚分别与+3.3V直流稳压电压连接，10脚、19～20脚、27脚、49脚、74脚、99脚接地，8脚经电容C1_2后接地，9脚经电容C2_2后接地，12脚经电容C3_2后接地，13脚经电容C4_2后接地，晶振Y1_2的两端分别与单片机U1_2的8脚、9脚连接，晶振Y2_2的两端分别与单片机U1_2的12脚、13脚连接；单片机U1_2的14脚经按键S1_2后接地，14脚经电容C5_2后接地，14脚经电阻R1_2后与+

3.3V直流稳压电压连接，24～26脚、29～32脚、67脚、70～71脚分别与射频收发芯片U3_2的

29～30脚、21脚、31～32脚、34脚、33脚、41脚、28脚、27脚连接，37脚与锁扣开关S4_2的2脚连接；锁扣开关S4_2的1脚经电阻R17_2后与+3.3V直流稳压电压连接，3脚接地；单片机U1_2的

47～48脚、51～54脚分别与以太网控制器U4_2的4脚、6～10脚连接，68～69脚分别与电平转换芯片U2_2的10脚、9脚连接，63～66脚、78～79脚、81～88脚分别与存储芯片U8_2的7脚、17～18脚、8脚、16脚、9脚、29～32脚、41～44脚连接，94脚与锁扣开关S3_2的2脚连接；锁扣开关S3_2的1脚经电阻R16_2后与+3.3V直流稳压电压连接，3脚接地；单片机U1_2的97～98脚、

1～5脚、38～46脚、23脚、72脚、76～77脚、35～36脚分别与预留接口J5_2的1～22脚连接，89～93脚、95～96脚、15～18脚、33～34脚、55～62脚分别与预留接口J4_2的1～14脚连接，预留接口J4_2的22～24脚接地，25～28脚与+3.3V直流稳压电压连接；电容C40_2、电容C41_2、电容C42_2、电容C43_2是去耦电容，它们并联在+3.3V直流稳压电压和地之间。

7.一种采用如权利要求1至6任意一项所述的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)，通过水质多参数监测浮标节点采集水下PH值、电导率、溶解氧、浊度、余氯浓度，通过水质多参数监测浮标节点的第一无线通信单元与汇聚节点的第二无线通信单元以及其它水质多参数监测浮标节点的第一无线通信单元相互通信，以多跳方式传输数据至汇聚节点；

2)，汇聚节点将接收到的有效信息进行处理融合并暂存于第一存储单元中，通过汇聚节点的第二无线通信单元与网关节点的第三无线通信单元以及其它汇聚节点的第二无线通信单元相互通信，以多跳方式传输数据至网关节点；

3)，网关节点通过其第三无线通信单元与汇聚节点的第二无线通信单元通信，网关节点的第二以太网接口模块与监控中心或数据服务端连接，将接收到的无线传感数据转换成有线网络数据，监控中心或数据服务端通过Internet网络发布水质状况信息。

说明书

一种基于无线传感网的水质多参数在线监测系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种水质监测系统及方法，具体涉及一种基于无线传感网的水质多参数在线监测系统及方法，属于无线传感网与智慧水务结合的技术领域。

背景技术

[0002] 近年来，随着工业化、区域经济的不断发展和城镇化步伐的加快，水污染问题日益凸显，严重影响城乡居民的饮用水安全，从而进一步加剧城市用水紧张度。据国家环保总局统计，由于城市污水和工业废水的大肆排放，地表水流经大中城市的河段往往污染最为严重。各级政府虽大力推进污染监管与污水治理力度，改善水环境的态势，但总体形势上仍不容乐观。因此，对于水污染的防治，迫切需要先进的水质监测系统对水环境的污染源进行全天候监测。

[0003] 传统的水质监测包含采样和分析过程，其监测方法主要有离线和在线两种方式。离线方式是通过人工现场采样，并将采集的水样送往实验室借助专业仪器设备分析。在线方式是将专业监测设备部署于被测水域附近，待系统采集水样进行必要的预处理后直接自动传送至专业分析设备分析，它可进一步细分为连续测量和离散测量。目前，国内运用最广泛的仍是离线监测方式，但这种方式普遍存在采样误差大、劳动强度大、监测频次低、监测数据分散以及无法实时反馈水环境状况的连续动态变化等缺陷，难以满足政府相关部门监管和企业自身监测的需求。

[0004] 因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统及方法，以克服现有技术中的所述缺陷。

发明内容

[0005] 为解决上述技术问题，本发明的第一目的在于一种采样误差小、劳动强度低、监测频率高、监测范围广、监测数据集中、可扩展性好、可实时反馈水环境状况的连续动态变化的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统。

[0006] 本发明的第二目的在于一种基于无线传感网的水质多参数在线监测方法。

[0007] 为实现上述第一目的，本发明采取的技术方案为：一种基于无线传感网的水质多参数在线监测系统，其包括至少三个水质多参数监测浮标节点、至少三个汇聚节点、一个网关节点和一个监控中心或数据服务端；其中，所述的水质多参数监测浮标节点形成的多跳自组织网络与所述的汇聚节点连接，所述的汇聚节点形成的多跳自组织网络与所述的网关节点连接，所述的网关节点与所述的监控中心或数据服务端连接。

[0008] 为实现上述第二目的，本发明采取的技术方案为：一种基于无线传感网的水质多参数在线监测系统的监测方法，其包括如下步骤：

[0009] 1)，通过水质多参数监测浮标节点采集水下PH值、电导率、溶解氧、浊度、余氯浓度，通过水质多参数监测浮标节点的第一无线通信单元与汇聚节点的第二无线通信单元以及其它水质多参数监测浮标节点的第一无线通信单元相互通信，以多跳方式传输数据至汇聚节点；

[0010] 2)，汇聚节点将接收到的有效信息进行处理融合并暂存于第一存储单元中，通过汇聚节点的第二无线通信单元与网关节点的第三无线通信单元以及其它汇聚节点的第二无线通信单元相互通信，以多跳方式传输数据至网关节点；

[0011] 3)，网关节点通过其第三无线通信单元与汇聚节点的第二无线通信单元通信，网关节点的第二以太网接口模块与监控中心或数据服务端连接，将接收到的无线传感数据转换成有线网络数据，监控中心或数据服务端通过Internet网络发布水质状况信息。

[0012] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统将无线传感网技术运用到水质监测中，采用低功耗、多功能和部署简易的水质多参数监测浮标节点，多个水质多参数监测浮标节点自组织形成多个多跳分簇网络，每个分簇的簇头通过单跳方式传输数据给附近的汇聚节点，多个汇聚节点自组织形成一个多跳网络，按照最短距离优先原则将数据传输给网关节点，网关节点通过以太网接口模块将无线传感网与有线网络连接，最终实现对大面积水域环境数据的分布式采集、处理和传输。本发明有效解决传统离线水质监测方式存在的问题，具有无需布线、扩展灵活、低功耗、高效率、数据精确、实时性强等特点，为水质监测系统提供一种全新的解决方案，有助于解决水资源紧缺、污染等问题。

附图说明

[0013] 图1是本发明的水质多参数在线监测系统的工作状态示意图。

[0014] 图2是本发明的水质多参数监测浮标节点的结构示意图。

[0015] 图3是本发明的汇聚节点的结构示意图。

[0016] 图4是本发明的网关节点的结构示意图。

[0017] 图5是本发明的传感器模块和信号调理电路模块的电路原理图。

[0018] 图6是本发明的第一无线通信单元的电路原理图。

[0019] 图7是本发明的第一串口单元的电路原理图。

[0020] 图8是本发明的第一微控制器单元的电路原理图。

[0021] 图9是本发明的第一太阳能供电单元的电路原理图。

[0022] 图10是本发明的第一以太网接口模块的电路原理图。

[0023] 图11是本发明的第二无线通信单元的电路原理图。

[0024] 图12是本发明的第二串口单元的电路原理图。

[0025] 图13是本发明的第一存储单元的电路原理图。

[0026] 图14是本发明的第二微控制器单元的电路原理图。

[0027] 图15是本发明的第二供电单元的电路原理图。

[0028] 图16是本发明的北斗定位模块的电路原理图。

[0029] 图17是本发明的水质多参数监测浮标节点的实施方式结构图。

[0030] 图18是本发明的自组织分簇网络的通信格式。

具体实施方式

[0031] 下面结合附图对本发明作进一步描述。

[0032] 参照图1～图18，一种基于无线传感网的水质多参数在线监测系统，包括至少三个水质多参数监测浮标节点1、至少三个汇聚节点2、一个网关节点3和一个监控中心或数据服务端4。所述的水质多参数监测浮标节点形成的多跳自组织网络与所述的汇聚节点连接，所述的汇聚节点形成的多跳自组织网络与所述的网关节点连接，所述的网关节点与所述的监控中心或数据服务端连接。

[0033] 如图2所示，所述的水质多参数监测浮标节点1：包括用于处理传感数据的第一微控制器单元；

[0034] 用于调理微弱电信号的信号调理电路模块；

[0035] 用于与汇聚节点以及其它水质多参数监测浮标节点相互通信的第一无线通信单元；

[0036] 用于串口通信、烧录程序和北斗定位模块对接口的第一串口单元；

[0037] 用于采集物理环境数据的传感器模块；

[0038] 用于为第一微控制器单元、信号调理电路模块、第一无线通信单元、第一串口单元和传感器模块供电的第一太阳能供电单元。

[0039] 所述的传感器模块：包括用于采集水中溶解氧含量的溶解氧传感器；

[0040] 用于采集水中浊度情况的浊度传感器；

[0041] 用于采集水中PH值的PH传感器；

[0042] 用于采集水中余氯浓度的余氯传感器；

[0043] 用于采集水的电导率情况的电导率传感器。

[0044] 当然，也可以包括其他类型的传感器。

[0045] 如图3所示，所述的汇聚节点2：包括用于处理接收和发送数据的第二微控制器单元；

[0046] 用于与水质多参数监测浮标节点、网关节点以及其它汇聚节点相互通信的第二无线通信单元；

[0047] 用于串口通信、烧录程序和北斗定位模块对接口的第二串口单元；

[0048] 用于暂存数据的第一存储单元；

[0049] 用于连接有线网络的第一以太网接口模块；

[0050] 用于为第二微控制器单元、第二无线通信单元、第二串口单元、第一存储单元以及第一以太网接口模块供电的第二供电单元。

[0051] 如图4所示，所述的网关节点3：包括用于处理接收和转换数据的第三微控制器单元；

[0052] 用于与汇聚节点相互通信的第三无线通信单元；

[0053] 用于串口通信、烧录程序和北斗定位模块对接口的第三串口单元；

[0054] 用于暂存数据的第二存储单元；

[0055] 用于连接有线网络的第二以太网接口模块；

[0056] 用于为第三微控制器单元、第三无线通信单元、第三串口单元、第二存储单元以及第二以太网接口模块供电的第三供电单元。

[0057] 如图5所示，所述的传感器模块和信号调理电路模块：集成运算放大器芯片OPA4342内部包含四个放大器，分别为U8_1A、U8_1B、U8_1C、U8_1D，下面描述用集成运算放大器U8_1代替。同理，U9_1A和U9_1B为集成运算放大器U9_1内部的两个放大器。集成运算放大器U8_1的4脚与+5V直流稳压电压连接，11脚接地，1脚与单片机U1_1的15脚连接，2脚与其1脚连接，3脚经电容C38_1后接地，3脚与电阻R13_1的一端连接；电阻R13_1的另一端经电阻R14_1后接地，电阻R13_1的另一端经电阻R12_1后与PH值传感器J4_1的2脚连接；PH传感器J4_1的1脚与+12V直流稳压电压连接，2脚经电阻R12_1、R14_1后接地，3脚接地；集成运算放大器U8_1的7脚与单片机U1_1的16脚连接，6脚与其7脚连接，5脚经电容C33_1后接地，5脚与电阻R17_1的一端连接；电阻R17_1的另一端经电阻R16_1后接地，电阻R17_1的另一端经电阻R15_1后与电导率传感器J5_1的2脚连接；电导率传感器J5_1的1脚与+12V直流稳压电压连接，2脚经电阻R15_1、R16_1后接地，3脚接地；集成运算放大器U8_1的8脚与单片机U1_1的
17脚连接，9脚与其8脚连接，10脚经电容C34_1后接地，10脚与电阻R26_1的一端连接；电阻R26_1的另一端经电阻R25_1后接地，电阻R26_1的另一端经电阻R18_1后与溶解氧传感器J6_1的2脚连接；溶解氧传感器J6_1的1脚与+12V直流稳压电压连接，2脚经电阻R18_1、R25_
1后接地，3脚接地；集成运算放大器U8_1的14脚与单片机U1_1的18脚连接，13脚与其14脚连接，12脚经电容C35_1后接地，12脚与电阻R23_1的一端连接；电阻R23_1的另一端经电阻R22_1后接地，电阻R23_1的另一端经电阻R24_1后与浊度传感器J7_1的2脚连接；浊度传感器J7_1的1脚与+12V直流稳压电压连接，2脚经电阻R24_1、R22_1后接地，3脚接地。集成运算放大器U9_1的4脚与+5V直流稳压电压连接，11脚接地，1脚与电阻R28_1的一端连接，电阻R28_1的另一端与单片机U1_1的33脚连接，电阻R28_的另一端经电阻R29_1后接地；集成运算放大器U9_1的2脚与其1脚连接，3脚经电容C36_1后接地，3脚经电阻R27_1后与余氯传感器J8_1的2脚连接，7脚与电阻R31_1的一端连接；电阻R31_1的另一端与单片机U1_1的34脚连接，电阻R31_1的另一端经电阻R32_1后接地；集成运算放大器U9_1的6脚与其7脚连接，5脚经电容C37_1后接地，5脚经电阻R30_1后与余氯传感器J8_1的3脚连接；余氯传感器J8_1的1脚与+6V直流稳压电压连接，2脚经电阻R27_1后与U9_1的3脚连接，3脚经电阻R30_1后与U9_1的5脚连接，4脚接地。

[0058] 如图6所示，所述的第一无线通信单元电路：射频收发芯片U3_1的1～4脚、10脚、14脚、15脚、17脚、18脚、20脚、26脚、35脚、37脚、42脚、44脚、48脚与+1.8V直流稳压电压连接，25、43脚与+3.3V直流稳压电压连接，5脚、9脚、19脚、22～24脚接地，6脚与电感L1_1的一端连接，6脚与电容C11_1的一端连接，6脚经电感L3_1后与其7脚连接，7脚经电容C13_1后接地，8脚与电感L1_1的另一端连接，8脚经电容C12_1后接地，8脚与电感L2_1的一端连接，电感L2_1的另一端与电容C11_1的另一端连接，电感L2_1的另一端经电容C14_1与天线Antenna连接；射频收发芯片U3_1的21脚与单片机U1_1的26脚连接，21脚经电阻R6_1后与+
3.3V直流稳压电压连接，27～34脚、41脚分别与单片机U1_1的71脚、70脚、24脚、25脚、29脚、
30脚、32脚、31脚、67脚连接，33脚经电阻R5_1后与+3.3V直流稳压电压连接，34脚经电阻R4_
1后与+3.3V直流稳压电压连接，38脚经电容C15_1后接地，39脚经电容C16_1后接地，42脚经电容C17_1后接地，45脚经电阻R2_1后接地，11～12脚、13脚、16脚、36脚、40脚、46脚、47脚悬空；晶振Y3_1的两端分别与U3_1的38脚、39脚连接。电容C18_1、C19_1、C20_1、C21_1是去耦电容，它们并联在+1.8V直流稳压电压和地之间。

[0059] 如图7所示，所述的第一串口单元电路：电平转换芯片U2_1的1脚经电容C9_1后与其3脚连接，2脚经电容C7_1与+3.3V直流稳压电压连接，4脚经电容C10_1后与其5脚连接，6脚经电容C6_1后接地，7脚、8脚分别与9针串口接口J2_1的2脚、3脚连接，9脚、10脚分别与单片机U1_1的69、68脚连接，9脚、10脚经拨码开关S1后分别与北斗定位模块U1的2脚、1脚连接，15脚接地，16脚与+3.3V直流稳压电压连接，15脚经电容C8_1后与其16脚连接，11～14脚悬空；9针串口接口J2_1的2脚、3脚与电平转换芯片U2_1的7、8脚连接，5脚接地，1脚、4脚、6～9脚悬空。

[0060] 如图8所示，所述的第一微控制器单元电路：单片机U1_1的6脚、11脚、21～22脚、28脚、50脚、75脚、100脚与+3.3V直流稳压电压连接，10脚、19～20脚、27脚、49脚、74脚、99脚接地，8脚经电容C1_1后接地，9脚经电容C2_1后接地，12脚经电容C3_1后接地，13脚经电容C4_1后接地，晶振Y1_1的两端分别与单片机U1_1的8脚、9脚连接，晶振Y2_1的两端分别与单片机U1_1的12脚、13脚连接；单片机U1_1的14脚经按键S1_1后接地，14脚经电容C5_1后接地，
14脚经电阻R1_1后与+3.3V直流稳压电压连接，15～18脚分别与集成运算放大器U8_1的1脚、7脚、8脚、14脚连接，24～26脚、29～32脚、67脚、70～71脚分别与射频收发芯片U3_1的29～30脚、21脚、31～32脚、34脚、33脚、41脚、28脚、27脚连接，33～34脚分别与集成运算放大器U9_1的1脚、7脚连接，37脚与锁扣开关S3_1的2脚连接；锁扣开关S3_1的1脚经电阻R8_1后与+3.3V直流稳压电压连接，3脚接地；单片机U1_1的68～69脚分别与电平转换芯片U2_1的
10脚、9脚连接，94脚与锁扣开关S2_1的2脚连接；锁扣开关S2_1的1脚经电阻R7_1后与+3.3V直流稳压电压连接，3脚接地；单片机U1_1的97～98脚、1～5脚、38～46脚、23脚、35～36脚、
89～91脚分别与预留接口J9_1的1～22脚连接，92～93脚、95～96脚、47～48脚、51～54脚、
63～66脚、78～85脚分别与预留接口J10_1的1～22脚连接，86～88脚、55～62脚分别与预留接口J11_1的1～11脚连接；预留接口J11_1的12～16脚接地，17～22脚与+3.3.V直流稳压电压连接；电容C40_1、电容C41_1、电容C42_1、电容C43_1是去耦电容，它们并联在+3.3V直流稳压电压和地之间。

[0061] 如图9所示，所述的第一太阳能供电单元电路：包括第一+12V直流稳压电压输出电路、第一+5V直流稳压电压输出电路、第一+6V直流稳压电压输出电路、第一+3.3V直流稳压电压输出电路和第一+1.8V直流稳压电压输出电路。

[0062] 第一+12V直流稳压电压输出电路：电源管理芯片U4_1的2脚与太阳能电池板J3_1的正极连接，4脚接地，2脚经电阻R19_1后与其6脚连接，6脚经电容C22_1后接地，2脚经稳压二极管D1_1的阴极后接地，2脚与场效应晶体管Q1_1的源极连接，太阳能电池板J3_1的负极接地；电源管理芯片U4_1的1脚输出+12V直流稳压电压，1脚与可充电池BAT1的正极连接，1脚与场效应晶体管Q1_1的漏极连接，3脚与场效应晶体管Q1_1的栅极连接，5脚悬空，可充电池BAT1的负极接地。

[0063] 第一+5V直流稳压电压输出电路：电源管理芯片U5_1的1脚与锁扣开关S4_1的1脚连接，锁扣开关S4_1的3脚悬空，2脚与+12V直流稳压电压连接，滤波电容C23_1和去耦电容C24_1并联在+12V直流稳压电压和地之间；电源管理芯片U5_1的3脚接地，2脚经二极管D2_1的阴极后接地，2脚经电感L4_1后输出+5V直流稳压电压，4脚经电容C25_1后与+5V直流稳压电压连接，4脚经电阻R20_1后与其5脚连接，4脚与电位器R21_1的3脚连接，5脚接地；电位器R21_1的1脚悬空，2脚与+5V直流稳压电压连接，3脚与电源管理芯片U5_1的4脚连接。

[0064] 第一+6V直流稳压电压输出电路：电源管理芯片U10_1的1脚与+12V直流稳压电压连接，3脚接地，2脚经二极管D3_1的阴极后接地，2脚经电感L6_1后输出+6V直流稳压电压，4脚经电容C39_1后与+6V直流稳压电压连接，4脚经电阻R33_1后与其5脚连接，4脚与电位器R34_1的3脚连接，5脚接地；电位器R34_1的1脚悬空，2脚与+6V直流稳压电压连接，3脚与电源管理芯片10_1的4脚连接。

[0065] 第一+3.3V直流稳压电压和第一+1.8V直流稳压电压输出电路：电源管理芯片U6_1的1脚接地，3脚与+5V直流稳压电压连接，3脚与电容C27_1的一端连接，3脚与电容C26_1的阳极连接；电容C27_1的另一端与电容C26_1的阴极连接，电容C26_1的阴极经电感L5_1后接地。电源管理芯片U6_1的2脚输出+3.3V直流稳压电压，滤波电容C28_1、去耦电容C29_1、C30_1并联在+3.3V直流稳压电压和地之间。电源管理芯片U7_1的3脚与+3.3V直流稳压电压连接，1脚接地，2脚输出+1.8V直流稳压电压，滤波电容C31_1、去耦电容C32_1并联在+1.8V直流稳压电压和地之间。电源指示灯D4_1的阳极经电阻R35_1后与+5V直流稳压电压连接，阴极接地；电源指示灯D5_1的阳极经电阻R36_1后与+3.3V直流稳压电压连接，阴极接地；电源指示灯D6_1的阳极经电阻R37_1后与+1.8V直流稳压电压连接，阴极接地。

[0066] 所述的单片机U1_1的芯片型号为STM32F103V8，STM32F103V8是基于ARM核心的带64K字节闪存的32位微控制器，高达20K字节的SRAM，可实现水质多参数监测浮标节点1的数据接收、处理和发送。所述的PH传感器J4_1的型号为WQ201，4-20mA输出的三线制配置，量程为0-14PH，精度为满量程的2％，低功耗输出；所述的电导率传感器J5_1的型号为WQ301，4-
20mA输出的三线制配置，量程为0-5000、0-10000/0-20000MS/cm，精度为满量程的1％，低功耗输出；所述的溶解氧传感器J6_1的型号为WQ401，4-20mA输出的三线制配置，量程0-100％饱和度，0-8ppm，温度补偿到25摄氏度，精度为满量程的0.5％，低功耗输出；所述的浊度传感器J7_1的型号为WQ710，4-20mA输出的三线制配置，量程为0-50NTU和0-1000NTU，精度为满量程的5％，低功耗输出；所述的余氯传感器J8_1的型号为DAW2402，四线制配置，量程0-
5mg/L，低功耗输出；所述的集成运算放大器U8_1、U9_1的型号为OPA4342，此集成运放为单电源放大器，可以实现对模拟信号的线性放大和滤波，能够缓冲隔离前后级电路间阻抗的影响；所述的射频收发芯片U3_1的型号为CC2420，所述的电平转换芯片U2_1的型号为MAX3232，所述的电源管理芯片U4_1的型号为LTC4357，所述的电源管理芯片U5_1和U10_1的型号为LM2596，所述的电源管理芯片U6_1的型号为AMS1117-3.3，所述的电源管理芯片U7_1的型号为AMS1117-1.8，所述的太阳能电池板J3_1的型号为SP102。

[0067] 如图10所示，所述的第一以太网接口模块电路：以太网控制器U4_2的1脚经电容C22_2的阳极后接地，2脚、11脚、18脚、21～22脚接地，4脚、6～10脚分别与单片机U1_2的47～48脚、51～54脚连接，12脚、13脚分别与水晶头RJ45接口U5_2的6脚、3脚连接，12脚与电阻R18_1的一端连接，13脚与电阻R7_2的一端连接，14脚经电阻R8_2后接地，电阻R18_2的另一端与电阻R7_2的另一端连接，电阻R7_2的另一端经电容C23_2后接地；以太网控制器U4_2的15脚、19～20脚、25脚、28脚与+3.3V直流稳压电压连接，16～17脚分别与水晶头RJ45接口U5_2的2脚、1脚连接，16脚与电阻R10_2的一端连接，17脚与电阻R9_2的一端连接，电阻C10_
2的另一端与电阻R9_2的另一端连接，电阻R9_2的另一端经电容C24_2后接地，电阻R9_2的另一端经电感L4_2后与+3.3V直流稳压电压连接；以太网控制U4_2的23脚经电容C26_2后接地，24脚经电容C25_2后接地，26脚经电阻R12_2后与水晶头RJ45接口U5_2的12脚连接，27脚经电阻R11_2后与水晶头RJ45接口U5_2的9脚连接，28脚经电容C27_2后接地，3脚、5脚悬空，晶振Y4_2的两端分别与以太网控制器U4_2的23脚、24脚连接；水晶头RJ45接口U5_2的1～3脚、6脚分别与以太网控制器U4_2的17脚、16脚、13脚、12脚连接，4脚经电容C28_2后接地，5脚经电容C29_2后接地，9脚经电阻R11_2后与以太网控制器U4_2的27脚连接，12脚经电阻R12_2后与以太网控制器U4_2的26脚连接，8脚、10～11脚、13脚接地，7脚悬空。

[0068] 如图11所示，所述的第二无线通信单元电路：射频收发芯片U3_2的1～4脚、10脚、14脚、15脚、17脚、18脚、20脚、26脚、35脚、37脚、42脚、44脚、48脚与+1.8V直流稳压电压连接，25、43脚与+3.3V直流稳压电压连接，5脚、9脚、19脚、22～24脚接地，6脚与电感L1_2的一端连接，6脚与电容C11_2的一端连接，6脚经电感L3_2后与其7脚连接，7脚经电容C13_2后接地，8脚与电感L1_2的另一端连接，8脚经电容C12_2后接地，8脚与电感L2_2的一端连接，电感L2_2的另一端与电容C11_2的另一端连接，电感L2_2的另一端经电容C14_2与天线Antenna连接；射频收发芯片U3_2的21脚与单片机U1_2的26脚连接，21脚经电阻R6_2后与+
3.3V直流稳压电压连接，27～34脚、41脚分别与单片机U1_2的71脚、70脚、24脚、25脚、29脚、
30脚、32脚、31脚、67脚连接，33脚经电阻R5_2后与+3.3V直流稳压电压连接，34脚经电阻R4_
2后与+3.3V直流稳压电压连接，38脚经电容C15_2后接地，39脚经电容C16_2后接地，42脚经电容C17_2后接地，45脚经电阻R2_2后接地，11～12脚、13脚、16脚、36脚、40脚、46脚、47脚悬空；晶振Y3_2的两端分别与U3_2的38脚、39脚连接。电容C18_2、C19_2、C20_2、C21_2是去耦电容，它们并联在+1.8V直流稳压电压和地之间。

[0069] 如图12所示，所述的第二串口单元电路：电平转换芯片U2_2的1脚经电容C9_2后与其3脚连接，2脚经电容C7_2与+3.3V直流稳压电压连接，4脚经电容C10_2后与其5脚连接，6脚经电容C6_2后接地，7脚、8脚分别与9针串口接口J2_2的2脚、3脚连接，9脚、10脚分别与单片机U1_2的69、68脚连接，9脚、10脚经拨码开关S1后分别与北斗定位模块U1的2脚、1脚连接，15脚接地，16脚与+3.3V直流稳压电压连接，15脚经电容C8_2后与其16脚连接，11～14脚悬空；9针串口接口J2_2的2脚、3脚与电平转换芯片U2_2的7、8脚连接，5脚接地，1脚、4脚、6～9脚悬空。

[0070] 如图13所示，所述的第一存储单元电路：存储芯片U8_2的7～9脚、16～18脚、29～32脚、41～44脚分别与单片机U1_2的63脚、66脚、79脚、78脚、64脚、65脚、81～88脚连接，7脚经电阻R13_2后与+3.3V直流稳压电压连接，9脚经电阻R14_2后+3.3V直流稳压电压连接，12脚、37脚与+3.3V直流稳压电压连接，12脚经电容C37_2后接地，37脚经电容C39_2后接地，13脚、36脚接地，17脚经电容C38_2后接地，19脚与锁扣开关S2_2的2脚连接，锁扣开关S2_2的1脚接地，3脚经电阻R15_2后与+3.3V直流稳压电压连接。存储芯片U8_2的1～6脚、10脚、14～
15脚、20～28脚、33～35脚、38～40脚、45～48脚悬空。

[0071] 如图14所示，所述的第二微控制器单元电路：单片机U1_2的6脚、11脚、21～22脚、28脚、50脚、75脚、100脚分别与+3.3V直流稳压电压连接，10脚、19～20脚、27脚、49脚、74脚、
99脚接地，8脚经电容C1_2后接地，9脚经电容C2_2后接地，12脚经电容C3_2后接地，13脚经电容C4_2后接地，晶振Y1_2的两端分别与单片机U1_2的8脚、9脚连接，晶振Y2_2的两端分别与单片机U1_2的12脚、13脚连接；单片机U1_2的14脚经按键S1_2后接地，14脚经电容C5_2后接地，14脚经电阻R1_2后与+3.3V直流稳压电压连接，24～26脚、29～32脚、67脚、70～71脚分别与射频收发芯片U3_2的29～30脚、21脚、31～32脚、34脚、33脚、41脚、28脚、27脚连接，
37脚与锁扣开关S4_2的2脚连接；锁扣开关S4_2的1脚经电阻R17_2后与+3.3V直流稳压电压连接，3脚接地；单片机U1_2的47～48脚、51～54脚分别与以太网控制器U4_2的4脚、6～10脚连接，68～69脚分别与电平转换芯片U2_2的10脚、9脚连接，63～66脚、78～79脚、81～88脚分别与存储芯片U8_2的7脚、17～18脚、8脚、16脚、9脚、29～32脚、41～44脚连接，94脚与锁扣开关S3_2的2脚连接；锁扣开关S3_2的1脚经电阻R16_2后与+3.3V直流稳压电压连接，3脚接地；单片机U1_2的97～98脚、1～5脚、38～46脚、23脚、72脚、76～77脚、35～36脚分别与预留接口J5_2的1～22脚连接，89～93脚、95～96脚、15～18脚、33～34脚、55～62脚分别与预留接口J4_2的1～14脚连接，预留接口J4_2的22～24脚接地，25～28脚与+3.3V直流稳压电压连接；电容C40_2、电容C41_2、电容C42_2、电容C43_2是去耦电容，它们并联在+3.3V直流稳压电压和地之间。

[0072] 如图15所示，所述的第二供电单元：包括第二+3.3V直流稳压电压输出电路和第二+1.8V直流稳压电压输出电路。

[0073] 第二+3.3V直流稳压电压输出电路：电源管理芯片U6_2的3脚与电源插头接口J3_2的3脚连接，3脚与电容C31_2的一端连接，3脚与电容C30_2的阳极连接，电容C30_2的阴极与电容C31_2的另一端连接，电容C31_2的另一端经电感L5_2后接地；电源管理芯片U6_2的1脚接地，2脚输出+3.3V直流稳压电压，滤波电容C32_2、去耦电容C33_2、C34_2并联在+3.3V直流稳压电压和地之间，电源插头接口J3_2的3脚输出+5V直流稳压电压，1脚、2脚接地；

[0074] 第二+1.8V直流稳压电压输出电路：电源管理芯片U7_2的3脚与+3.3V直流稳压电压连接，1脚接地，2脚输出+1.8V直流稳压电压，滤波电容C35_2、去耦电容C36_2并联在+1.8V直流稳压电压和地之间；电源指示灯D1_2的阳极经电阻R19_2后与+5V直流稳压电压连接，阴极接地；电源指示灯D2_2的阳极经电阻R20_2后与+3.3V直流稳压电压连接，阴极接地；电源指示灯D3_2的阳极经电阻R21_2后与+1.8V直流稳压电压连接，阴极接地；

[0075] 所述的单片机U1_2的芯片型号为STM32F103V8，STM32F103V8是基于ARM核心的带64K字节闪存的32位微控制器，高达20K字节的SRAM，可实现汇聚节点2的数据接收和处理。
所述的以太网控制器U4_2的型号为ENC28J60CSS，实现无线传感网络与有线网络之间的连接和转换。所述的存储芯片U8_2的型号为K9F4G08U0C，所述的水晶头RJ45接口的型号为HR911105A，所述的射频收发芯片U3_2的型号为CC2420，所述的电平转换芯片U2_2的型号为MAX3232，所述的电源管理芯片U6_2的型号为AMS1117-3.3，所述的电源管理芯片U7_2的型号为AMS1117-1.8。

[0076] 如图10～15所示，所述的网关节点电路：包括第二以太网接口模块电路、第三无线通信单元电路、第三串口单元电路、第二存储单元电路、第三微控制器单元电路以及第三供电电路。所述的网关节点的电路与所述的汇聚节点电路完全相同。

[0077] 如图16所示，所述的北斗定位模块电路：在水质多参数监测浮标节点1或汇聚节点2或网关节点3中，GPS北斗双模定位模块U1的1脚、2脚经拨码开关S1后分别与电平转换芯片U2_1或U2_2的10脚、9脚连接，6脚与+3.3V直流稳压电压连接，6脚经电容C1后接地，7脚、13～14脚、15脚、17脚接地，11脚经电阻R1后与备用电源BT1(2.7V～3.3V)的正极连接，备用电源BT1的负极接地；GPS北斗双模定位模块U1的16脚与双模天线E1连接，18脚经电阻R2后与
19脚连接。所述的北斗定位模块U1的型号为BD-1722，BD-1722是一款支持北斗和GPS的高性能集成模块，具备全方位功能。

[0078] 如图17所示，所述的水质多参数监测浮标节点硬件电路安装在第一层保护壳4中，通过天线1接收和发送数据，天线1暴露在第一层保护壳4外面，安装在第二层保护壳2里面；太阳能电池板3放置在第一层保护壳4和第二层保护壳2之间，第二层保护壳2采用透明防水防腐材料，太阳能电池板可以充分接触阳光，对可充电池BAT1进行充电，第一层保护壳4和第二层保护壳2之间采用无缝对接技术，起到防尘防水作用；传感器接口5采用螺旋式接口无缝对接技术，传感器具有防腐防水特点，配有有线电缆，可浸入水中检测水域环境情况。

[0079] 如图1所示，使用本发明时，将水质多参数监测浮标节点1安装在水上浮标上，采集水下PH值、电导率、溶解氧、浊度、余氯浓度等信息，通过水质多参数监测浮标节点1的第一无线通信单元与汇聚节点2的第二无线通信单元以及其它水质多参数监测浮标节点1的第一无线通信单元相互通信；汇聚节点2安装在被监测水域附近或岸边的百叶箱中，将接收到的有效信息进行处理融合并暂存于第一存储单元中，通过汇聚节点2的第二无线通信单元与网关节点3的第三无线通信单元以及其它汇聚节点2的第二无线通信单元相互通信；网关节点3安装在陆地基站，通过其第三无线通信单元与汇聚节点2的第二无线通信单元通信，网关节点3的第二以太网接口模块与监控中心或数据服务端4连接，将无线传感数据转换成有线网络数据，监控中心或数据服务端4通过Internet网络发布水质状况信息。使用本发明时，将水质多参数监测浮标节点1的第一串口单元、汇聚节点2的第二串口单元均配置北斗定位模块，则多个水质多参数监测浮标节点1以及多个汇聚节点2可以根据地理位置运行相应的路由协议，减少节点能耗。

[0080] 本发明的具体工作过程如下：

[0081] 所述的水质多参数浮标节点1的具体工作过程：首先，第一+12V直流稳压电压为PH传感器J4_1、电导率传感器J5_1、溶解氧传感器J5_1和浊度传感器J6_1提供+12V电源，如图9所示，太阳能电池板J3_1受到充足阳光的照射时，对电池BAT1(12V)进行充电，同时为电路提供+12V电源，电源管理芯片U4_1负责吸收任何多余的充电电流，以防止过度充电。如果正向电流大于25mV/RDS(ON)，则场效应晶体管Q1_1得到全面的强化，且电压降将按照RDS(ON)·(IBAT1+ILOAD)上升。在黑暗条件下，或者在太阳能电池板J3_1的两端发生短路或失效时，太阳能电池板J3_1的输出电压将低于电池BAT1的电压。在这种场合，电源管理芯片U4_1将关闭场效应晶体管Q1_1，保护电源电路，则电池BAT1为电路提供+12V电源。

[0082] 进一步，第一+5V直流稳压电压为集成运算放大器U8_1、U9_1提供+5V电源，如图9所示，电源管理芯片U5_1、锁扣开关S4_1、电容C23_1、C24_1、C25_1二极管D2_1、电感L4_1、电阻R20_1、电位器R21_1连接成稳压电路，调节电位器R21_1将+12V直流稳压电压降压到+5V直流稳压电压输出。

[0083] 再进一步，第一+6V直流稳压电压为余氯传感器J8_1提供+6V电源电压，如图9所示，电源管理芯片U10_1、二极管D3_1、电感L6_1、电阻R33_1、电位器R34_1、电容C39_1连接成稳压电路，调节电位器R34_1将+12V直流稳压电压降压到+6V直流稳压电压输出。

[0084] 更进一步，第一+3.3V直流稳电压为单片机U1_1、射频收发芯片U3_1、电平转换芯片U2_1提供+3.3V电源，第一+1.8V直流稳压电压为射频收发芯片U3_1提供+1.8V电源，如图9所示，电源管理芯片U6_1、电容C26_1、C27_1、C28_1、C29_1、电感L5_1连接成稳压电路，将+
5V直流稳压电压降压到+3.3V直流稳压电压输出；电源管理芯片U7_1、电容C30_1、C31_1、C32_1连接成稳压电路，将+3.3V直流稳压电压降压到1.8V直流稳压电压。使用本发明时，按下锁扣开关S4_1后，打开电源，电源指示灯D4_1、D5_1、D6_1点亮。

[0085] 第一串口单元为水质多参数监测浮标节点1提供串口通信接口、烧录接口和北斗定位模块接口，如图7所示，电平转换芯片U2_1的型号为MAX3232，是单电源双RS-232收发芯片，采用单一+3.3V直流稳压电压供电，与电容C6_1、C7_1、C8_1、C9_1、C10_1连接成标准的RS-232串口通信接口，实现单片机U1_1的TTL电平与计算机的RS-232电平之间的转换。在使用本发明时，可通过第一串口单元将编译成功的程序烧录入单片机U1_1中，可通过第一串口单元与计算机进行数据通信。如图16所示，当串口空闲时，设置拨码开关S1，将北斗定位模块与第一串口单元连接；北斗定位模块实现水质多参数监测浮标节点1的定位功能，标记水质采样的具体地理位置，且多个水质多参数监测浮标节点1与多个汇聚节点2可以根据地理位置运行相应的路由协议，减少能耗。另外，如图17所示，当具有防水功能的水质多参数监测浮标节点1被水流冲走，可根据探测定位信息寻回节点。

[0086] 第一无线通信单元为水质多参数监测浮标节点1提供无线通信接口，如图6所示，射频收发芯片U3_1的信号收发采用差分方式传送，使用不平衡变压天线Antenna，电容C11_1、C12_1、C13_1、C14_1、电感L1_1、L2_1、L3_1连接成不平衡变压器，电阻R2_1为电流基准发生器的精密偏置电阻，晶振Y3_1、电容C15_1、C16_1连接成外部时钟振荡源，射频收发芯片U3_1的工作状态通过单片机U1_1的IO控制口控制。

[0087] 传感器模块提供模拟信号源，信号调理电路将信号源调理成第一微控制器单元可处理的信号，如图5所示，PH传感器J4_1、电导率传感器J5_1、溶解氧传感器J5_1和浊度传感器J6_1采用+12V直流稳压电压供电，余氯传感器J8_1采用+6V直流稳压电压供电，而单片机U1_1内部ADC模块的通道输入电压范围为0～3.3V，因此需要在进入ADC模块之前进行信号分压、滤波、放大以及相关的信号调理处理。首先，PH传感器J4_1为三线制配置，电阻R12_1和电阻R14_1连接成信号分压电路，其输出信号的电压降到Vout＝Vin*R14_1/(R12_1+R14_1)；电阻R13_1和电容C38_1连接成RC滤波电路，集成运算放大器U8_1连接成电压跟随电路，以实现对模拟信号的调理电路，其输出的PH值模拟信号送入单片机U1_1进行模数转换处理。进一步，同理可得，电阻R15_1和电阻R16_1连接成信号分压电路，其输出信号的电压降到Vout＝Vin*R16_1/(R15_1+R16_1)；电阻R17_1和电容C33_1连接成RC滤波电路，集成运算放大器U8_1连接成电压跟随电路，以实现对模拟信号的调理电路，其输出的电导率模拟信号送入单片机U1_1进行模数转换处理；电阻R18_1和电阻R25_1连接成信号分压电路，其输出信号的电压降到Vout＝Vin*R25_1/(R18_1+R25_1)；电阻R26_1和电容C34_1连接成RC滤波电路，集成运算放大器U8_1连接成电压跟随电路，以实现对模拟信号的调理电路，其输出的溶解氧模拟信号送入单片机U1_1进行模数转换处理；电阻R24_1和电阻R22_1连接成信号分压电路，其输出信号的电压降至Vout＝Vin*R22_1/(R22_1+R24_1)；电阻R23_1和电容C35_1连接成RC滤波电路，集成运算放大器U8_1连接成电压跟随电路，以实现对模拟信号的调理电路，其输出的浊度模拟信号送入单片机U1_1进行模数转换处理。再进一步，余氯传感器J8_1为四线制配置，电阻R27_1和电容C36_1连接成RC滤波电路，集成运算放大器U9_1连接成线性放大和电压跟随电路，电阻R28_1和电阻R29_1连接成信号分压电路，输出信号的电压降到Vout＝Vin*R29_1/(R28_1+R29_1)，其输出的次氯酸模拟信号送入单片机U1_1进行模数转换处理；电阻R30_1和电容C37_1连接成RC滤波电路，集成运算放大器U9_1连接成线性放大和电压跟随电路，电阻R31_1和电阻R32_1连接成信号分压电路，输出信号的电压降到Vout＝Vin*R32_1/(R31_1+R32_1)，其输出的温度模拟信号送入单片机U1_1进行模数转换处理。

[0088] 第一微处理器单元是水质多参数监测浮标节点1的控制核心。如图8所示，首先，通过锁扣开关S2_1、S3_1选择单片机U1_1的启动模式，按键S1_1、电容C5_1、R1_1连接成复位电路，晶振Y1_1、电容C1_1、C2_1连接成32.768KHZ外部振荡源电路，晶振Y2_1、电容C3_1、C4_1连接成8MHZ外部振荡源电路；进一步，开启第一太阳能供电单元，第一微控制器单元初始化并开启第一无线通信单元，全网周期性更新路由表，各节点向一跳范围内的邻居点周期性发送hello消息，hello消息包含发送节点的ID和发送节点的经纬度。再进一步，各节点利用

[0089] D＝111.12cos{1/[sinφA·sinφB+cosφA·cosφB·cos(λB-λA)]}

[0090] 计算两节点之间的距离，其中λA、φA分别是A点的经度和纬度，λB、φB分别是B点的经度和纬度，D是A、B两点之间的距离。再进一步，开启AD转换开关，对送入的PH值模拟信号、电导率模拟信号、溶解氧模拟信号、浊度模拟信号、次氯酸模拟信号、温度信号进行AD转换；更进一步，根据更新后的路由表信息选择最优路由进行数据传输，第一微控制器单元通过第一无线通信单元发送信息包(TDMA方式)，如图18所示，信息包包含数据包头、路由表ID、数据总长度、节点ID、有效数据区、保留区和检验位。其中数据包头用于判断监测水域位置，路由表ID用于判断下一跳中继节点，节点ID用于判断水质多参数监测浮标节点1的编号地址，有效数据区包括PH值、电导率、溶解氧、浊度和余氯浓度数据，保留区用于水质多参数监测节点1在脱离网络后存放经纬度信息，检验位用于接收数据时的检验。其中，水质多参数监测浮标节点1每半钟传输一次数据。当然，分簇网络中的簇头可以接收汇聚节点2的控制信息包(如1211XXXXYYP，12代表命令头，11代表命令长度，XXXX代表被控水质多参数监测浮标节点1的编号地址，YY代表状态，P代表结束符号)，从而在不需要的情况下关闭第一无线通信单元或更改上传数据的周期，减少能耗。

[0091] 所述的汇聚节点2的具体工作过程：首先，第二+3.3V直流稳压电压为以太网控制器U4_2、射频收发芯片U3_2、电平转换芯片U2_2、存储芯片U8_2、单片机U1_2提供+3.3V电压。如图15所示，当外部电源接口J3_2输入电源电压为+5V直流稳压电压，电源指示灯D1_2点亮，电源管理芯片U6_2、电容C30_2、C31_2、C33_2、C36_2、电感L5_2连接成稳压电路，将+5V直流稳压电压降压到+3.3V直流稳压电压输出。进一步，第二+1.8V直流稳压电压为射频收发芯片U3_2提供+1.8V电源，电压管理芯片U7_2、电容C34_2、C35_2、C36_2连接成稳压电路，将+3.3V直流稳压电压降压到+1.8V直流稳压电压输出。上电后，电源指示灯D1_2、D2_2、D3_2点亮。

[0092] 第二串口单元为汇聚节点2提供串口通信、烧录接口和北斗定位模块接口，如图12所示，电平转换芯片U2_2的型号为MAX3232，是单电源双RS-232收发芯片，采用单一+3.3V直流稳压电压供电，与电容C6_2、C7_2、C8_2、C9_2、C10_2连接成标准的RS-232串口通信接口，实现单片机U1_2的TTL电平与计算机的RS-232电平之间的转换。在使用本发明时，可通过第二串口单元将编译成功的程序烧录入单片机U1_2中，可通过第二串口单元与计算机进行数据通信；当串口空闲时，设置拨码开关S1，将北斗定位模块与第二串口单元连接；

[0093] 第二无线通信单元为汇聚节点2提供无线通信接口，如图11所示，射频收发芯片U3_2的信号收发采用差分方式传送，使用不平衡变压天线Antenna，电容C11_2、C12_2、C13_2、C14_2、电感L1_2、L2_2、L3_2连接成不平衡变压器，电阻R2_2为电流基准发生器的精密偏置电阻，晶振Y3_2、电容C15_2、C16_2连接成外部时钟振荡源，射频收发芯片U3_2的工作状态通过单片机U1_2的IO控制口控制。

[0094] 使用本发明时，汇聚节点2无需第一以太网接口模块的功能，当汇聚节点2当作网关节点3使用时，则可实现无线传感数据与有线网络数据的转换。

[0095] 第二微控制器单元是汇聚节点2的控制核心，第一存储单元、第二无线通信单元均由第二微控制器单元控制。首先，通过锁扣开关S3_2、S4_2选择单片机U1_2的启动模式，按键S1_2、电容C5_2、R1_2连接成复位电路，晶振Y1_2、电容C1_2、C2_2连接成32.768KHZ外部振荡源电路，晶振Y2_2、电容C3_2、C4_2连接成8MHZ外部振荡源电路；进一步，第二微控制器单元初始化第二无线通信单元和第一存储单元，开启第二无线通信单元接收来自水质多参数监测浮标节点1形成的自组织分簇网络上报的数据信息包；再进一步，第二微控制器将数据进行处理，将得到的连续五个同类型的传感数据取平均值后暂存于第一存储单元中，如每二分三十秒将得到的五个PH值数据取平均值暂存于第一存储单元中，然后通过第二无线通信单元以多跳方式发送信息包(如1842XXWZZYYYYWZZYYYYWZZYYYYWZZYYYYWZZYYYYP，18代表数据包头，42代表数据总长度，XX代表汇聚节点2的编号地址，ZZ代表水质多参数监测浮标节点1的编号地址，W代表数据类型，YYYY代表有效数据信息，P代表结束符号，第一个W代表PH值，第二个W代表电导率，第三个W代表溶解氧，第四个W代表浊度，第五个W代表余氯)到网关节点3。其中，汇聚节点2正常情况下不上传水质多参数浮标节点1的地理位置，只有当水质多参数监测浮标节点1脱离汇聚节点2的通信范围或水质参数指标不正常时才将地理位置上报给网关节点3，从而获知水质污染来源。

[0096] 所述的网关节点3的具体工作过程：网关节点3的硬件设计与汇聚节点2相同，但功能不同。汇聚节点2是汇聚数据、融合处理、中继传感数据、上报非正常水质多参数监测浮标节点地理位置的功能，而网关节点3则是将汇聚后的无线传感数据通过第二以太网接口模块转换为有线网络数据信息。最后，监控中心或数据服务端通过Internet网络发布水环境数据，为研究技术人员、水利水电管理部门等提供数据参考和依据。

[0097] 综上所述，本发明运用PH值传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、浊度传感器和余氯传感器多种水下环境信息的感知设备，实现水下的物理环境数据采集。系统配备无线通信模块，水质多参数监测浮标节点1以多跳方式将数据传输至汇聚节点2，汇聚节点2又以多跳方式将采集五次数据后的平均值传输至网关节点3，实现大范围水域的分区域采样监测。系统配备以太网接口模块，实现无线传感数据转换为有线网络数据。系统设计防尘防水的水质多参数监测浮标节点1，实现太阳能可充电方式供电，可作为长期可使用的多功能设备。本发明可有效解决传统人工水质采样存在的问题，具有采样误差小、劳动强度低、监测频率高、监测数据集中、可扩展性好等特点，为智能水务提供一种水质多参数在线监测的解决手段。

[0098] 以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。