基于物联网的沿海湿地环境监测系统技术领域
本发明涉及一种环境监测系统，具体地涉及一种基于物联网的沿海湿地环境监测
系统。
背景技术
湿地指天然或人工形成的沼泽地等带有静止或流动水体的成片浅水区，还包括在
低潮时水深不超过6米的水域。
湿地是地球上具有多种独特功能的生态系统，它不仅为人类提供大量食物、原料
和水资源，而且在维持生态平衡、保持生物多样性和珍稀物种资源以及涵养水源、蓄洪防
旱、降解污染调节气候、补充地下水、控制土壤侵蚀等方面均起到重要作用。湿地覆盖地球
表面仅有6%，却为地球上20%的已知物种提供了生存环境，具有不可替代的生态功能，因此
享有“地球之肾”的美誉。湿地与森林、海洋并称全球三大生态系统，是人类最重要的生存环
境之一，很多湿地被列为自然保护区。因此湿地是珍贵的自然资源，也是重要的生态系统，
具有不可替代的综合功能。
传统的湿地环境监测，是在湿地区域安排人员定期进行巡查，其财力、物力、劳力
的开销较大，且无法实现大面积、周期性的实时监测。
近年来，物联网技术被国家列为战略性新兴产业，并被写入国家战略发展规划而
受到重点支持发展。物联网就是物物相连的网络，它主要通过把传感器、RFID（Radio
Frequency Identification）、二维码等智能感知系统嵌入“物理实体”以随时获取其信息，
从而将它们连接起来。在物联网中，“物理实体”无需人工干预就能够彼此“交流”，以实现智
能识别、定位、跟踪、监控和管理。
无线传感网是物联网的核心技术之一。无线传感网是由一组传感器节点以自组织
方式构成的无线多跳网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知
对象的信息，并进行发布。通过无线传感网可以实现人与物、物与物的深度感知和互联，人
们可以更加深入地感知物理世界。
发明内容
针对上述技术问题，本发明目的是：提供一种基于物联网的沿海湿地环境监测系
统，利用物联网技术构建湿地环境监测无线传感网，实现对大面积湿地环境的感知覆盖。感
知的湿地环境数据，实时上传到后台数据中心，用户可通过PC客户端、手机APP等方式实时
查看湿地环境数据。当发生异常，可通过短信等方式向用户报警。从而实现实时、自动化的
沿海湿地环境的智能监测，提高湿地环境监测效率，促进沿海湿地环境保护。
本发明的技术方案是：
一种基于物联网的沿海湿地环境监测系统，其特征在于，包括湿地环境传感器网络和
与其连接的上位机，所述上位机连接服务器和移动监测终端；
所述湿地环境传感器网络包括布设于沿海湿地不同场所的多种类型的传感器节点，所
述多种类型的传感器节点通过Zigbee协议自组织形成无线多跳网络，并连接协调器；
所述上位机连接协调器，对环境数据进行处理，并存储于服务器，与移动监测终端进行
通信；
所述上位机包括：
数据分析模块，用于数据分类、数据汇总、数据分发和数据库管理；
上位机监测模块，用于监控协调器，并对移动监测终端访问服务器进行监控，并对数据
分析模块处理后的环境数据进行实时动态曲线展示；
异常报警模块，用于设定不同类型的传感器采集的环境数据的报警阈值，当监控的环
境数据超过设定报警阈值时进行报警；
所述移动监测终端安装有监测控制APP，所述监测控制APP，用于对环境数据进行分类
实时动态曲线展示，历史数据查询，设定报警阈值。
优选的，所述传感器节点为低功耗无线传感器节点，至少包括温度传感器节点、湿
度传感器节点、光照传感器节点、PH传感器节点、水体浊度传感器节点、PM2.5传感器节点、
结露传感器节点、气压传感器节点、以及烟雾传感器节点。
优选的，所述无线多跳网络的形状为树状、星形或网状。
优选的，所述上位机还包括数据预测和建议模块，用于对数据分析模块处理的数
据通过预测模型进行预测分析，并根据预测分析的结果提供维护建议。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、利用物联网技术构建湿地环境监测无线传感网，实现对大面积湿地环境的感知覆
盖。感知的湿地环境数据，实时上传到后台数据中心，用户可通过PC客户端、手机APP等方式
实时查看湿地环境数据。当发生异常，可通过短信等方式向用户报警。从而实现实时、自动
化的沿海湿地环境的智能监测，提高湿地环境监测效率，促进沿海湿地环境保护。
2、可以对湿地环境数据进行自动、实时感知；实现湿地环境数据自动存储、多种方
式的实时访问和展现；实现湿地环境数据发生异常时的及时报警；针对湿地环境数据的变
化，给出后续数据预测、以及保护管理方面的建议。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明基于物联网的沿海湿地环境监测系统的结构框图；
图2为本发明基于物联网的沿海湿地环境监测系统的湿地环境传感器网络的结构图；
图3为本发明DHT11温湿度传感器模块的硬件框图；
图4为本发明光敏传感器模块的硬件框图；
图5为本发明浊度传感器模块的硬件框图；
图6为本发明CC2530核心板原理框图；
图7为本发明移动监测终端的监控界面。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参
照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发
明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本
发明的概念。
实施例：
如图1所示，一种基于物联网的沿海湿地环境监测系统，包括湿地环境传感器网络和与
其连接的上位机，所述上位机连接服务器和移动监测终端。
如图2所示，湿地环境传感器网络多种不同类型的传感器节点组成，多种不同类型
的传感器节点通过Zigbee协议自组织形成无线多跳网络，传感器节点为低功耗无线传感器
节点，至少包括温度传感器节点、湿度传感器节点、光照传感器节点、PH传感器节点、水体浊
度传感器节点、PM2.5传感器节点、结露传感器节点、气压传感器节点、以及烟雾传感器节
点。传感器节点根据不同类型布设于沿海湿地的不同场所。采集沿海湿地环境的温度数据、
湿度数据、光照数据、水体PH值、水体浊度数据、PM2.5数据、结露数据、气压数据、以及烟雾
数据等环境数据参数，所采集的相关参数数据，至少要达到个位数的精度；信息采集可以实
现实时采集，从发送到展现所用时间不多于1s。
传感器节点基于CC2530芯片实现，使用Z-Stack协议栈实现节点组网功能。
图3所示为DHT11温湿度传感器模块的硬件框图，DHT11传感器供电为3.3V，通过
Data口与CC2530的P0_7口相连。
图4所示为光敏传感器模块的硬件框图，光敏传感器供电为3.3V，输出为模拟电
压，连接到CC2530的P0_5口。CC2530通过AD转换读取光敏数据。
PM2.5传感器模块的供电电压为5V，输出数据通过串口发送，使用2根线RXD和TXD。
为此PM2.5传感器模块的数据输出口连接到CC2530的串口0的P0_2和P0_3口。
PH传感器模块的供电电压为5V，输出数据使用2根线P线和T线。P线输出PH值的对
应模拟数据，T线输出液体温度的对应模拟数据。为此PH传感器模块的P线连接到CC2530的
P0_4口，T线连接到CC2530的P0_5口。CC2530通过P0_4和P0_5口的AD转换得到PH和温度值，
但是在计算中需要对PH值，利用液体温度值进行补偿。
图5所示为浊度传感器模块的硬件框图，浊度传感器供电为5V，输出为模拟电压，
连接到CC2530的P0_5口。CC2530通过AD转换读取液体的浊度数据，并利用液体浊度与输出
电压之间的线性关系，计算当前液体浊度值。
图6所示为CC2530核心板原理框图。该CC2530核心板原理框图借鉴了TI的
CC2530DB的设计，只完成了最小系统的设计。
该CC2530节点的底板，主要分为能量模块、JATAG与LCD模块、LED与按键模块、串口
模块、IO口模块。
能量模块负责为CC2530核心板功能，并进而为整个传感器节点的所有部件，包括
传感器模块功能，提供3.3V和5V两种供电电压。
JTAG与LCD模块，负责提供2*5的JTAG接口，用户通过该接口向CC2530芯片烧写程
序和调试程序。LCD模块可以连接OLED显示屏，用于显示相关信息，便于用户查看和调试。
LED与按键模块，负责提供LED点灯和按键触发接口。用户可以通过LED闪灯，了解
程序的执行情况，也可通过按键触发程序的执行条件或中断等。
串口模块，通过利用PL2303芯片，将USB转换为串口，用户可以在电脑上通过串口
调试助手查看程序上传的数据，便于用户掌握程序的执行进度，也便于用户的高层应用开
发。
IO口模块，将CC2530的所有IO口全部引出，提供2.54mm的插针接口。这样，便于用
户充分利用CC2530的所有接口，也便于用户连接各种类型的传感器模块。
每个传感器节点之间，在空旷地区的通信距离最远可达1km；网络可以依据需要组
织网络结构，支持星形、树形、网状3种不同的网络结构；网络中可以支持至少100个节点组
网；每个节点在使用2节干电池供电情况下可以正常工作12个月；网络支持自组织特性，节
点可以动态加入网络或退出网络。
上位机通过协调器连接湿地环境传感器网络，协调器通过串口与上位机连接，对
协调器上报的环境数据进行处理，并存储于服务器，通过Socket与移动监测终端进行通信。
上位机包括数据分析模块，上位机监测模块，异常报警模块，及数据预测和建议模
块。
数据分析模块，用于对协调器上报的环境数据进行数据分类、数据汇总、数据分发
和数据库管理等等处理。
上位机监测模块，用于实时监控协调器，监控其有没有上报数据；并对移动监测终
端访问服务器进行监控，并对数据分析模块处理后的环境数据进行实时动态曲线分类展
示。
异常报警模块，用于设定不同类型的传感器采集的环境数据的报警阈值，当监控
的环境数据超过设定报警阈值时进行报警。
数据预测和建议模块，用于对数据分析模块处理的数据通过预测模型进行预测分
析，并根据预测分析的结果提供维护建议，使用的预测模块可以为人工神经网络（如BPNN，
ESN）或者SVR等等。
移动监测终端可以为智能手机、平板电脑或者其他终端，安装有监测控制APP。监
测控制APP，用于对环境数据进行分类实时动态曲线展示如图7所示。还包括一些功能，如历
史数据查询，通过设定时间条件选择不同的数据进行查询，并以曲线展示结果。设定报警阈
值和报警手机等等。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的
原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨
在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修
改例。