基于ZigBee无线通信水库安全在线监测系统及方法技术方案

技术编号:15180459 阅读:173 留言:0更新日期:2017-04-16 07:39
本发明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及方法,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。本发明专利技术的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】

本专利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及方法
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
本专利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及方法,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。本专利技术是这样实现的,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2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3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3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4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5所示)与485模块(MAX3485芯片的8、5引脚,电路图如图2所示)、CPU模块(单片机PIC18LF23K22的20、19引脚,电路图如图3所示)和ZigBee终端(XBEE-PRO模块的1、10引脚,电路图如图4所示)的输入电源部分连接。本专利技术的另一目的在于提供一种所述的基于ZigBee无线通信水库安全在线监测系统的基于ZigBee无线通信水库安全在线监测方法,所述基于ZigBee无线通信水库安全在线监测方法通过ZigBee组网与远程终端单元RTU组成站点采集数据传输网络,如图1所示。其工作流程图如图6所示,RTU在预定时刻通过485形式发送测水位或者测温度命令,协调器部分的485模块接到该命令并把它传送到协调器部分的CPU模块中(本实施例485模块与单片机异步串行端口2相连),单片机产生接收中断,进入中断程序,其中断流程图如图7所示,读取该指令并选择另一异步串行通信端口(即串口1)发送指令到ZigBee协调器(本实施例ZigBee协调器与单片机异步串行端口1相连),而后开启定时器(通过定时器是否超时来判断有无数据接收),其程序流程图如图8所示,ZigBee协调器以无线的形式的将接到的指令发出,ZigBee终端接到该指令并将该指令发送到终端设备的CPU模块中(本实施例ZigBee终端与单片机异步串行端口1相连),单片机产生接收中断,进入中断程序,读取接收到的指令并选择另一异步串行通信端口(即串口2),经校验无误后,将终端设备的485模块置为发送状态,而后发送该指令到终端设备的485模块再到大坝内的压力传感器,此后程序将终端设备的485模块置为接收状态,等待接收数据,其程序流程图如图9所示。压力传感器接到命令后,响应测量并将测得的数据以485的形式发送出去,终端设备的485模块接到数据并把它传送到终端设备的CPU模块中(即终端设备的单片机串口2接收),单片机产生接收中断,进入中断程序,读取接收到的数据并选择另一异步串行通信端口(即串口1)发送数据到ZigBee终端(参照图9),ZigBee终端以无线的形式的将接到的数据发出,ZigBee协调器接到该数据并将该数据发送到协调器的CPU模块中(即协调器的单片机串口1接收),单片机产生接收中断,进入中断程序,读取接收到的数据并选择另一异步串行通信端口(即串口2),而后清零定时器并校验,若校验后无误,置485模块为发送状态并将该数据通过485模块发送到RTU,而后置485模块为接收状态,等待下一命令送达;若校验后有误,单片机重新发送上次接到的命令到终端设备,重新测量。若协调器并无数据接收,则定时器超时,单片机清零关闭定时器并重新发送命令到终端设备,重新测量(参照图8)。本专利技术提供的基于ZigBee无线通信水库安全在线监测系统及方法,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方法,其特征在于,所述基于ZigBee无线通信水库安全在线监测方法通过ZigBee组网与远程终端单元RTU组成站点采集数据传输网络,传感器数据通过ZigBee无线传输,在协调器转换为485形式与远程终端单元RTU通讯,远程终端单元RTU在预订时刻通过ZigBee无线传输发送命令给传感器,启动采集并返回数据,协调器与终端设备实现数据的传输、有线与无线的转换和数据的校验。

【技术特征摘要】
1.一种基于ZigBee无线通信水库安全在线监测方法,其特征在于,所述基于ZigBee无线通信水库安全在线监测方法通过ZigBee组网与远程终端单元RTU组成站点采集数据传输网络,传感器数据通过ZigBee无线传输,在协调器转换为485形式与远程终端单元RTU通讯,远程终端单元RTU在预订时刻通过ZigBee无线传输发送命令给传感器,启动采集并返回数据,协调器与终端设备实现数据的传输、有线与无线的转换和数据的校验。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方法,其特征在于,所述基于ZigBee无线通信水库安全在线监测方法具体包括:RTU在预定时刻通过485形式发送测水位或者测温度命令,协调器部分的485模块接到该命令并把它传送到协调器部分的CPU模块中,单片机产生接收中断,进入中断程序;读取该指令并选择另一异步串行通信端口发送指令到ZigBee协调器,而后开启定时器;ZigBee协调器以无线的形式的将接到的指令发出,ZigBee终端接到该指令并将该指令发送到终端设备的CPU模块中,单片机产生接收中断,进入中断程序,读取接收到的指令并选择另一异步串行通信端口,经校验无误后,将终端设备的485模块置为发送状态,而后发送该指令到终端设备的485模块再到大坝内的压力传感器,将终端设备的485模块置为接收状态,等待接收数据;压力传感器接到命令后,响应测量并将测得的数据以485的形式发送出去,终端设备的485模块接到数据并把它传送到终端设备的CPU模块中,单片机产生接收中断,进入中断程序,读取接收到的数据并选择另一异步串行通信端口发送数据到ZigBee终端;ZigBee终端以无线的形式的将接到的数据发出,ZigBee协调器接到该数据并将该数据发送到协调器的CPU模块中,单片机产生接收中断,进入中断程序,读取接收到的数据并选择另一异步串行通信端口,而后清零定时器并校验,若校验后...

【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:发明
国别省市:福建;35

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