一般整个加工厂中布置独自的有线传感器。现场传感器需求常常清洗、校准和替换。无线网络可削减一些这样的担负，但一般被以为不行牢靠，不能布置在这些运用的恶劣环境中。

　　跟着科技的开展，现在选用新的丈量和网络技能可以完成高牢靠性无线传感网络。本文介绍一款演示渠道，它将ADuCM355的通用传感器接口功用与ADI公司的SmartMesh®IP 技能线状牢靠性相结合，构成稳健的低功耗无线水质监测体系，专用于水质目标pH值丈量。将该原理轻松扩展到其他电化学参数，可以针对每个无线传感节点构成一系列水质丈量。

　　pH值是衡量水溶液中氢离子和氢氧化物离子相对量的一项目标。中性溶液指氢离子浓度正好等于氢氧化物离子浓度的溶液。pH值是标明氢离子浓度、衡量溶液酸碱度的另一种方法，界说如下：

　　溶液的pH值为0至14，中性溶液的pH值为7，酸性溶液的pH值小于7，碱性溶液的pH值大于7。

　　将pH探针刺进溶液中时，丈量电极会发生一个电压，该电压取决于溶液的氢离子活性，然后该电压与内部参比电极的电位进行比较。丈量电极和参比电极之间的电位差便是测得的电位，用能斯特方程标明为：

　　此方程标明发生的电压以已知方法随pH值改动。还标明发生的电压与溶液温度成正比。跟着溶液温度上升，两个电极之间的电位差增大，反之亦然。抱负的pH探针在25°C下会发生±59.154 mV/pH单位。

　　温度改动也或许改动丈量电极的灵敏度，然后引起丈量差错。该差错是可猜测的，而且可经过全温度范围内的探针校准和后续丈量期间的温度校正来处理。温度传感器一般集成到pH探针中。温度传感器可以是负温度系数(NTC)热敏电阻或RTD，如PT100或PT1000。图3所示为带有温度传感器的pH探针。

　　假如温度传感器丈量到温度改动，则会向终究的pH读数运用校正系数，然后外表将显现校正后的更精确的读数。该机制可以很好地补偿因为温度改动引起的pH值差错。

　　这是业界高度集成的先进化学传感器丈量前端，它为pH值丈量供给了一个渠道处理方案，而且将一切必要的丈量功用与低功耗微处理器相集成。ADuCM355是一款低功耗丈量渠道，尺度很小，足以集成在传感器外壳内，而功用和功能堪比台式仪器。图4显现了ADuCM355的pH值丈量板，其间的BNC和RCA衔接器用于衔接pH探针和温度传感器。该丈量板来自CN-0428参阅规划，更多相关概况见图5。

　　SmartMesh是ADI根据IEEE 802.15.4e规范的专有2.4 GHz多跳无线Mesh网络处理方案。其包括AES 128加密和身份验证，然后供给牢靠的端到端安全性。它具有超低功耗和高能效，使每个传感器节点都可以经过电池供电运转。

　　SmartMesh网络运用时隙信道跳频(TSCH)链路层进行通讯，该链路层可供给三重播映冗余。SmartMesh网络办理器（网关的一部分）全天候和谐方案，办理安全性，履行无线编程(OTAP)，并主动优化衔接。该网络办理器还经过API供给具体的网络运转状况陈述。关于小型网络，一个嵌入式办理器可支撑多达100个传感器节点（也称为终端）。而VManager支撑多达50,000个节点的大型装置。

　　严厉的网络压力测验可保证99.999%以上的数据牢靠性，使SmartMesh成为工业无线传感器网络的抱负处理方案，可以坚持高网络牢靠性，一起不丢包。

　　■ 每个传感器节点都包括一个现成的玻璃电极pH探针，而且集成温度传感器衔接到ADuCM355和SmartMesh IP终端，如图6所示。

　　■ pH探针检测pH值，ADuCM355履行丈量和核算，并以数字输出供给测得的pH值，然后经过无线SmartMesh网络传输至SmartMesh IP办理器。

　　出于演示意图，咱们运用的是错列三格鱼缸，水从顶格流到后边每格。每格中都刺进一个pH传感器探针。咱们在远处参阅溶液中放置了第四个探针（图9未显现），以标明SmartMesh长途无线通讯。当咱们改动顶格中溶液的pH值时，Node-RED上的数据随之更新，显现新的pH值。因为新的pH溶液从顶格流到后边每格，其他两个pH传感器也会更新其丈量值，屏幕上显现其数据。因为第四个传感器坐落pH值没有改动的参阅溶液中，因而该传感器的读数不变。以下各节供给了有关Node-RED和测得数据的更多信息。

　　Node-RED是一个具有Web浏览器的编程东西，答应衔接硬件设备、API和其他在线服务。演示的JSON流如图11所示。

　　本文介绍运用ADI的ADuCM355和SmartMesh IP技能的无线水质监测体系。这些产品具有小尺度和低功耗特性，因而传感器节点可以由电池供电。即便在恶劣的外部环境中，选用稳健的SmartMesh技能也能牢靠地传输数据。该演示说明晰一个高度牢靠的无线监测体系以及云衔接。关于不同的终究运用，都极具运用远景，使用该技能，不只可以在难以接近的方位监测水质，为不同的水质阈值创立警报和正告，还可以使用丈量数据继续取得更多牢靠的水质信息。

　　在此感谢Scott Hunt和Bill Lindsay在演示开发期间供给的协助，以及拨冗审理本文。一起感谢Dan Braunworth和Dan Burton协助审理和校正本文，并提出了名贵的定见和主张。

　　Piyu Dhaker是ADI公司北美中心运用部的一名运用工程师。2007年结业于圣何塞大学，获电气工程硕士学位。2017年6月参加北美中心运用部分。她还曾在ADI的轿车动力总成部和电源办理部作业。