本系统软件包含三部分:溶解氧浓度采集节点程序、增氧机控制节点程序和协调器节点程序。三个子程序即相互独立又相互联系,其相互联系之处就是其自组网络时采用核心模块CC2530支持的ZigBee协议栈软件Z-Stack,在其通用模板的基础上,通过改动应用层APP 程序来完成网络的建立和功能的实现:网络组建、节点加入、数据收发等功能[6]。
3.1 协调器程序设计
在星型拓扑结构中,协调器主要功能:网络的建立和维护、与上位机进行通信以及和所有的终端设备直接通信(包括向上位机发送数据和接收上位机的数据并无线转发给下面各个节点)。其程序编写主要调用Z-Stack的一些API,其程序流程图见图2。
3.2 传感器程序设计
传感器终端设备主要根据协调器发送的命令来执行数据采集或控制被控对象。本系统采用极谱式传感器,流过溶解氧电极的电流与氧分压成正比,在温度不变的情况下氧浓度与电流之间呈线性关系,检测此电流并经运算变换成氧浓度[2]。通过硬件电路处理,电流信号转化为电压信号,溶解氧的溶度C和电压信号的关系为下式表示:
C=K×Vout+B(1)
其中Vout表示溶解氧传感器模拟信号放大后的电压信号。该信号经A/D转换成数字信号进行运算处理,即可实现溶解氧浓度信号采集。K和B为不同传感器标校后的模型系数。传感器作为终端设备,在系统网络中有接受控制指令和发送溶解氧浓度信号功能,其接收和发送数据程序流程图见图3。
4 测试与实验分析
4.1 发射功率测试
设定发射频率为2 475 MHz时,使用频谱仪测量出对应的发射功率,测试结果如图4所示,捕捉到的最电感加工厂大输出功率为-25 dBm。
4.2 功耗测试
核心模块CC2530工作于电压2.0 V~3.6 V,本测试是要测量在不同电压供电情况下的功耗情况,见图5,可见模块CC2530能耗很低,最大电流为40 mA。
4.3 功能测试
选中测试功能,选择曲线显示命令,点击“确定”开始当前值曲线显示,一段时间后,可得如图6所示各参数测试值曲线,横坐标为时间周期,纵坐标为各项参数浓度值。
5 结论
本系统利用CC2530无线传输特性,设计编写了溶解氧浓度采集节点、增氧机控制节点和协调器节点的硬件及软件,通过测试验证,实现了水中溶解氧浓度检测和增氧机无线智能控制,进而实现水中溶解氧浓度的智能监控。实践证明,以ZigBee无线通信方式实现溶解氧浓度的采集和控制,是一种经济、方便、可行的方法,适合渔业养殖业的发展需要,易于推广应用。
参考文献
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[2] 蒋挺,赵成林.紫蜂技术及其应用[M].北京:北京邮电大学出版社,2006.
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[5] 陈凯,韩焱,张丕状.基于SPI总线的无线传感网络节点设计[J].仪表技术与传感器,2008(12):90-92.
[6] 姜仲,刘丹.基于CC2530的无线传感网技术[M].北京:清华大学出版社,2014.
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