基于ZigBee无线通信水库安全在线监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于ZigBee无线通信水库安全在线监测系统，包括：监控中心站和远程测站；所述远程测站包括远程终端单元RTU、Zigbee终端网络和传感器；远程终端单元RTU通过Zigbee终端网络与传感器无线相连，用于实现数据的采集与显示，采集到的数据以超短波的方式传输到监控中心站的计算机中，并进行分析处理，为防洪，抗旱提供实时数据。本实用新型专利技术的ZigBee为短距离、低速率、无线传输网络技术，具有低成本、低功耗、低速率、低时延、数据安全等特性，实现了各监测传感器节点之间以及各监测传感器节点与远程终端单元RTU之间的电气隔离，具有安全性和可靠性高、施工方便、布线简单、成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于水库安全监测
，尤其涉及一种基于ZigBee无线通信水库安全在线监测系统。
技术介绍
水库具有防洪、灌溉、供水、发电等作用，水库的安全与人民生命财产安全息息相关，因此对水库的安全在线监测至关重要。水库安全监测信息包括水位、雨量、流速、渗流、水质、风速、湿度、温度、气压、浸润线等多种参数。不同的水坝对监测信息的要求不同，所需测量的信息参数也不同。从解放后至今，国内已建成的八万多座水坝中，土石坝约占90％左右。而对土石坝坝体而言，渗透破坏是其常见病害，设计一套可靠的监测系统是保证水库安全的必备措施。土石坝浸润线位置的高低是影响坝体渗透稳定和抗滑稳定的最重要的因素之一。对于土石坝渗透水溢出点的渗透坡降较陡时，坝坡就会发生流土、管涌，甚至滑坡、垮坝。实时地对土石坝浸润线进行在线监测，为水库安全运行、坝体安全稳定提供科学依据。为了了解土坝内浸润线的位置变化，掌握坝体在运行期间的渗透情况，必须在坝体内埋设测压管，通过测压管传输出来的数据来确定土坝浸润线。水库大坝分布在野外，春季库区空气湿度比较大，土壤含水率高，电阻率低，是最易受雷击的地方。已有的监测系统采用有线的485连接方式，而位于大坝上的传感器监测节点多，且信号线路很长，这给线路本身和监测系统的防雷带来大的难度，容易被雷击，导致关联设备的损坏。水库安全监测在水库运行管理中起重要作用，在已有的系统中，采集数据通常采用基于485串口的有线传输方式，该有线网络存在布线困难、施工周期长、成本高和易受自然雷击放电影响等缺点。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于ZigBee无线通信水库安全在线监测系统，旨在解决现有的水库安全监测存在有线网络存在布线困难、施工周期长、成本高和易受自然雷击放电影响的问题。本技术是这样实现的，一种基于ZigBee无线通信水库安全在线监测系统，所述基于ZigBee无线通信水库安全在线监测系统包括：远程测站和监控中心站；所述远程测站，用于采集数据；所述监控中心站，用于数据的处理；所述远程测站包括远程终端单元RTU、Zigbee终端网络和传感器；远程终端单元RTU通过Zigbee终端网络与传感器无线相连，用于实现数据的采集与显示，采集到的数据以超短波的方式传输到监控中心站的计算机中，并进行分析处理，为防洪，抗旱提供实时数据。进一步，所述Zigbee终端网络包括终端设备和协调器；终端设备，通过终端设备中的485接口与传感器相连，用于组织传输数据；协调器，通过协调器中的485接口与远程终端单元RTU相连，用于提供所传输的数据。进一步，所述终端设备包括：485模块、辅助电源模块、CPU模块和ZigBee终端；485模块，通过收数据、发数据引脚端(MAX3485芯片的1、4引脚，电路图如图3所示)与CPU模块的单片机异步串行模块(单片机PIC18LF23K22的27、28引脚，电路图如图4所示)相连，用于实现数据以485形式接收或发送；CPU模块，通过单片机的两个异步串行通信模块(单片机PIC18LF23K22的17、18引脚和27、28引脚，电路图如图4所示)分别与485模块、ZigBee终端(XBEE-PRO模块的2、3引脚，电路图如图5所示)相连，用于实现通信，即实现有线传输方式与无线传输方式的转变；ZigBee终端，通过异步串行输入输出端与单片机的异步串行通信模块相连，用于实现数据的无线收发；辅助电源模块，用于给485模块、CPU模块和ZigBee终端供电，辅助电源模块输出部分(电容C12两端电压3.3V，电路图如图6所示)与485模块(MAX3485芯片的8、5引脚，电路图如图3所示)、CPU模块(单片机PIC18LF23K22的20、19引脚，电路图如图4所示)和ZigBee终端(XBEE-PRO模块的1、10引脚，电路图如图5所示)的输入电源部分连接。本技术提供的基于ZigBee无线通信水库安全在线监测系统，ZigBee技术是一种面向短距离、架构简单、具备延长电池寿命、低消耗功率与低传输速率的无线通讯技术。ZigBee具有低成本(通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以805l的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费)、低功耗(由于ZigBee的传输最大数据数率是250kpbs，发射功率极低仅为1mW，增加发射功率后也仅为50mW，再加上可以让终端进入休眠模式)、低速率(最大数据数率是250kpbs)、传输距离短(传输范围一般介于10～100m之间，在增加RF发射功率后，也可以增加到1～3km)、低时延(ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需l5ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s)、数据安全(ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接人控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AESl28)的对称密码，各个应用可以灵活确定其安全属性)等特性，具有强大的组网能力与较大的网络容量(ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点，同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。相比较，蓝牙最多只能组成10个节点，WiFi最多只能组成100个节点)，克服了有线连接的缺陷，且能达到系统信息实时传输的目的。本技术实现了各传感器监测节点之间以及各传感器监测节点与远程终端单元RTU之间的电气隔离，具有安全性和可靠性高、施工方便、布线简单、成本低等优点；经过福州领里中型水库现场调试及运行后，运行稳定、可靠，达到了预期的设计目的和要求。本技术通过ZigBee无线通信技术构建一个网络，采用星形网络拓扑结构，对加入该网络的传感器节点进行土石坝水库安全信息采集和分析，避免了有线网络的布线和成本问题，同时通过无线通讯技术突出地解决了实际中系统易受雷击等自然放电现象带来的系统损坏问题，解决了基于485总线的监控系统在雷电瞬变引起的多个485收发器损坏问题，提高了系统构成的可靠性，同时为分散点和移动点的测控系统布线的困难提供了解决的途径；完成的无线传输系统已应用于福州领里中型水库安全在线监测系统，通过对系统的测试与分析，很好的完成了预计的要求，并能够准确稳定的实现数据的传输。附图说明图1是本技术实施例提供的基于ZigBee无线通信远程测站结构框图。图2是本技术实施例提供的485模块电路图。图3是本技术实施例提供的CPU模块电路图。图4是本技术实施例提供的ZigBee模块电路图。图5是本技术实施例提供的辅助电源模块电路图。图6是本技术实施例提供的辅助电源模块的电路原理图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。下面结合附图对本技术的应用原理作详细的描述。本技术实施例的基于ZigBee无线通信水库安全在线监测系统包括：远程测站和监控中心站两部分。远本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ZigBee无线通信水库安全在线监测系统，其特征在于，所述基于ZigBee无线通信水库安全在线监测系统包括：远程测站和监控中心站；远程测站与监控中心站无线通讯；所述远程测站包括远程终端单元RTU、Zigbee终端网络和传感器；远程终端单元RTU通过Zigbee终端网络与传感器无线相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于ZigBee无线通信水库安全在线监测系统，其特征在于，所述基于ZigBee无线通信水库安全在线监测系统包括：远程测站和监控中心站；远程测站与监控中心站无线通讯；所述远程测站包括远程终端单元RTU、Zigbee终端网络和传感器；远程终端单元RTU通过Zigbee终端网络与传感器无线相连。2.如权利要求1所述的基于ZigBee无线通信水库安全在线监测系统，其特征在于，所述Zigbee终端网络包括终端设备和协调器；终端设备通过终端设备中的485接口与传感器相连，协...

【专利技术属性】
技术研发人员：林红，毛行奎，林宇航，黄隆，陈香湍，黄起升，
申请(专利权)人：福建省水利管理中心，
类型：新型
国别省市：福建;35