基于ZigBee無線通信水庫安全在線監測系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種基于ZigBee無線通信水庫安全在線監測系統，包括：監控中心站和遠程測站；所述遠程測站包括遠程終端單元RTU、Zigbee終端網絡和傳感器；遠程終端單元RTU通過Zigbee終端網絡與傳感器無線相連，用于實現數據的采集與顯示，采集到的數據以超短波的方式傳輸到監控中心站的計算機中，并進行分析處理，為防洪，抗旱提供實時數據。本實用新型專利技術的ZigBee為短距離、低速率、無線傳輸網絡技術，具有低成本、低功耗、低速率、低時延、數據安全等特性，實現了各監測傳感器節點之間以及各監測傳感器節點與遠程終端單元RTU之間的電氣隔離，具有安全性和可靠性高、施工方便、布線簡單、成本低等優點。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于水庫安全監測
，尤其涉及一種基于ZigBee無線通信水庫安全在線監測系統。
技術介紹
水庫具有防洪、灌溉、供水、發電等作用，水庫的安全與人民生命財產安全息息相關，因此對水庫的安全在線監測至關重要。水庫安全監測信息包括水位、雨量、流速、滲流、水質、風速、濕度、溫度、氣壓、浸潤線等多種參數。不同的水壩對監測信息的要求不同，所需測量的信息參數也不同。從解放后至今，國內已建成的八萬多座水壩中，土石壩約占90％左右。而對土石壩壩體而言，滲透破壞是其常見病害，設計一套可靠的監測系統是保證水庫安全的必備措施。土石壩浸潤線位置的高低是影響壩體滲透穩定和抗滑穩定的最重要的因素之一。對于土石壩滲透水溢出點的滲透坡降較陡時，壩坡就會發生流土、管涌，甚至滑坡、垮壩。實時地對土石壩浸潤線進行在線監測，為水庫安全運行、壩體安全穩定提供科學依據。為了了解土壩內浸潤線的位置變化，掌握壩體在運行期間的滲透情況，必須在壩體內埋設測壓管，通過測壓管傳輸出來的數據來確定土壩浸潤線。水庫大壩分布在野外，春季庫區空氣濕度比較大，土壤含水率高，電阻率低，是最易受雷擊的地方。已有的監測系統采用有線的485連接方式，而位于大壩上的傳感器監測節點多，且信號線路很長，這給線路本身和監測系統的防雷帶來大的難度，容易被雷擊，導致關聯設備的損壞。水庫安全監測在水庫運行管理中起重要作用，在已有的系統中，采集數據通常采用基于485串口的有線傳輸方式，該有線網絡存在布線困難、施工周期長、成本高和易受自然雷擊放電影響等缺點。
技術實現思路
本技術的目的在于提供一種基于ZigBee無線通信水庫安全在線監測系統，旨在解決現有的水庫安全監測存在有線網絡存在布線困難、施工周期長、成本高和易受自然雷擊放電影響的問題。本技術是這樣實現的，一種基于ZigBee無線通信水庫安全在線監測系統，所述基于ZigBee無線通信水庫安全在線監測系統包括：遠程測站和監控中心站；所述遠程測站，用于采集數據；所述監控中心站，用于數據的處理；所述遠程測站包括遠程終端單元RTU、Zigbee終端網絡和傳感器；遠程終端單元RTU通過Zigbee終端網絡與傳感器無線相連，用于實現數據的采集與顯示，采集到的數據以超短波的方式傳輸到監控中心站的計算機中，并進行分析處理，為防洪，抗旱提供實時數據。進一步，所述Zigbee終端網絡包括終端設備和協調器；終端設備，通過終端設備中的485接口與傳感器相連，用于組織傳輸數據；協調器，通過協調器中的485接口與遠程終端單元RTU相連，用于提供所傳輸的數據。進一步，所述終端設備包括：485模塊、輔助電源模塊、CPU模塊和ZigBee終端；485模塊，通過收數據、發數據引腳端(MAX3485芯片的1、4引腳，電路圖如圖3所示)與CPU模塊的單片機異步串行模塊(單片機PIC18LF23K22的27、28引腳，電路圖如圖4所示)相連，用于實現數據以485形式接收或發送；CPU模塊，通過單片機的兩個異步串行通信模塊(單片機PIC18LF23K22的17、18引腳和27、28引腳，電路圖如圖4所示)分別與485模塊、ZigBee終端(XBEE-PRO模塊的2、3引腳，電路圖如圖5所示)相連，用于實現通信，即實現有線傳輸方式與無線傳輸方式的轉變；ZigBee終端，通過異步串行輸入輸出端與單片機的異步串行通信模塊相連，用于實現數據的無線收發；輔助電源模塊，用于給485模塊、CPU模塊和ZigBee終端供電，輔助電源模塊輸出部分(電容C12兩端電壓3.3V，電路圖如圖6所示)與485模塊(MAX3485芯片的8、5引腳，電路圖如圖3所示)、CPU模塊(單片機PIC18LF23K22的20、19引腳，電路圖如圖4所示)和ZigBee終端(XBEE-PRO模塊的1、10引腳，電路圖如圖5所示)的輸入電源部分連接。本技術提供的基于ZigBee無線通信水庫安全在線監測系統，ZigBee技術是一種面向短距離、架構簡單、具備延長電池壽命、低消耗功率與低傳輸速率的無線通訊技術。ZigBee具有低成本(通過大幅簡化協議(不到藍牙的1/10)，降低了對通信控制器的要求，按預測分析，以805l的8位微控制器測算，全功能的主節點需要32KB代碼，子功能節點少至4KB代碼，而且ZigBee免協議專利費)、低功耗(由于ZigBee的傳輸最大數據數率是250kpbs，發射功率極低僅為1mW，增加發射功率后也僅為50mW，再加上可以讓終端進入休眠模式)、低速率(最大數據數率是250kpbs)、傳輸距離短(傳輸范圍一般介于10～100m之間，在增加RF發射功率后，也可以增加到1～3km)、低時延(ZigBee的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態只需l5ms，節點連接進入網絡只需30ms，進一步節省了電能。相比較，藍牙需要3～10s、WiFi需要3s)、數據安全(ZigBee提供了三級安全模式，包括無安全設定、使用接人控制清單(ACL)防止非法獲取數據以及采用高級加密標準(AESl28)的對稱密碼，各個應用可以靈活確定其安全屬性)等特性，具有強大的組網能力與較大的網絡容量(ZigBee可采用星狀、片狀和網狀網絡結構，由一個主節點管理若干子節點，最多一個主節點可管理254個子節點，同時主節點還可由上一層網絡節點管理，最多可組成65000個節點的大網。相比較，藍牙最多只能組成10個節點，WiFi最多只能組成100個節點)，克服了有線連接的缺陷，且能達到系統信息實時傳輸的目的。本技術實現了各傳感器監測節點之間以及各傳感器監測節點與遠程終端單元RTU之間的電氣隔離，具有安全性和可靠性高、施工方便、布線簡單、成本低等優點；經過福州領里中型水庫現場調試及運行后，運行穩定、可靠，達到了預期的設計目的和要求。本技術通過ZigBee無線通信技術構建一個網絡，采用星形網絡拓撲結構，對加入該網絡的傳感器節點進行土石壩水庫安全信息采集和分析，避免了有線網絡的布線和成本問題，同時通過無線通訊技術突出地解決了實際中系統易受雷擊等自然放電現象帶來的系統損壞問題，解決了基于485總線的監控系統在雷電瞬變引起的多個485收發器損壞問題，提高了系統構成的可靠性，同時為分散點和移動點的測控系統布線的困難提供了解決的途徑；完成的無線傳輸系統已應用于福州領里中型水庫安全在線監測系統，通過對系統的測試與分析，很好的完成了預計的要求，并能夠準確穩定的實現數據的傳輸。附圖說明圖1是本技術實施例提供的基于ZigBee無線通信遠程測站結構框圖。圖2是本技術實施例提供的485模塊電路圖。圖3是本技術實施例提供的CPU模塊電路圖。圖4是本技術實施例提供的ZigBee模塊電路圖。圖5是本技術實施例提供的輔助電源模塊電路圖。圖6是本技術實施例提供的輔助電源模塊的電路原理圖。具體實施方式為了使本技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本技術，并不用于限定本技術。下面結合附圖對本技術的應用原理作詳細的描述。本技術實施例的基于ZigBee無線通信水庫安全在線監測系統包括：遠程測站和監控中心站兩部分。遠本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于ZigBee無線通信水庫安全在線監測系統，其特征在于，所述基于ZigBee無線通信水庫安全在線監測系統包括：遠程測站和監控中心站；遠程測站與監控中心站無線通訊；所述遠程測站包括遠程終端單元RTU、Zigbee終端網絡和傳感器；遠程終端單元RTU通過Zigbee終端網絡與傳感器無線相連。

【技術特征摘要】
1.一種基于ZigBee無線通信水庫安全在線監測系統，其特征在于，所述基于ZigBee無線通信水庫安全在線監測系統包括：遠程測站和監控中心站；遠程測站與監控中心站無線通訊；所述遠程測站包括遠程終端單元RTU、Zigbee終端網絡和傳感器；遠程終端單元RTU通過Zigbee終端網絡與傳感器無線相連。2.如權利要求1所述的基于ZigBee無線通信水庫安全在線監測系統，其特征在于，所述Zigbee終端網絡包括終端設備和協調器；終端設備通過終端設備中的485接口與傳感器相連，協...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林紅，毛行奎，林宇航，黃隆，陳香湍，黃起升，
申請(專利權)人：福建省水利管理中心，
類型：新型
國別省市：福建;35