基于Zigbee网络和GPRS网络的泵站水泵机组监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种无线通信和监控系统，本实用新型公开了一种基于Zigbee网络和GPRS网络的泵站水泵机组监测系统，包括若干个传感器节点、网关节点、基站监控中心、远程数据服务器，所述若干个传感器节点通过Zigbee无线网络与网关节点通信连接，网关节点通过GPRS无线网络与基站监控中心通信连接，基站监控中心与远程数据服务器通信连接。本实用新型解决了传统泵站水泵机组监控系统可靠性低的问题，而且增加了新的监测功能，很好地解决了泵站水泵机组工作状态实时监测的问题，在条件恶劣和无人坚守的泵站监测和事件跟踪中显示了很大的应用价倌?
【专利说明】基于Zigbee网络和GPRS网络的泵站水泵机组监测系统
【【技术领域】】
[0001]本实用新型涉及一种无线通信和监控系统。具体涉及一种基于Zigbee网络和GPRS网络的泵站水泵机组监测系统。
【【背景技术】】
[0002]泵站在我国已有几十年的发展历史，它在抗洪、排涝、灌溉、调水以及城乡供水、工业供水、航运和改善生态环境等方面发挥着极为重要的作用，其运行状况是否完好，将直接影响到整个系统的益.泵站机组的检修一般采取事后维修或者定期维修，前者可能引起设备的二次损坏，甚至灾难性事故，而且库存备件也会使得投资增多；后者会导致过剩维修，过剩维修则会导致维修费用增加，引起人为维修故障，而且意外停机也会引起泵站机组的损坏.因此，对泵站运行状态监测是十分必要的。
[0003]国内针对泵站监测与故障诊断的研究仍处于理论探讨阶段，至今仅有极少的适用于泵站的监测与故障诊断系统的产品问世，大多数仍然只是依靠有限的几个压力表和指示器来指示系统的工作状态，泵站运行状况的监测及故障排除仍需借助操作人员的经验和手工操作。国外关于泵站监控的相关产品已经研制出来，在我国个别企业得到了应用，但是价格太高，难以推广使用。
[0004]基于无线传感器网络的泵站水泵机组监测系统采用多项创新设计，通过在泵站形成了一个立体的监测网，为监控部门工作的展开提供依据，这对泵站水泵机组的监控起到很大作用。本系统采用无线传感器网络技术，它综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术和分布式信息处理技术等，能够使这些先进技术协同地实时监测和采集网络覆盖区域中各种泵站水泵机组监测对象的信息，并进行处理，处理后的信息通过无线传输方式发送给终端设备。传感器能保证数据的精确采集，无线通信技术能保证数据的可靠、及时的传送等，这种技术能够很好地解决目前泵站水泵机组监测问题。
【
【发明内容】
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[0005]本实用新型的目的是提供一种基于Zigbee网络和GPRS网络的泵站水泵机组监测系统，从而解决了传统有线泵站水泵机组监测系统可靠性低的问题，而且增加了新的监测功能，很好地解决了对泵站水泵机组工作状态实时监测的问题，在条件恶劣和无人坚守的泵站监测和事件跟踪中显示了很大的应用价值。
[0006]为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0007]本实用新型的一种基于Zigbee网络和GPRS网络的泵站水泵机组监测系统，包括若干个传感器节点、网关节点、基站监控中心、远程数据服务器，所述若干个传感器节点通过Zigbee无线网络与网关节点通信连接，网关节点通过GPRS无线网络与基站监控中心通信连接，基站监控中心与远程数据服务器通信连接。
[0008]其中，所述传感器节点包括数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和电源装置，电源装置分别与数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元连接，数据采集单元与数据处理单元连接，数据处理单元与数据传输单元连接。
[0009]其中，所述网关节点包括Zigbee数据传输装置、处理器装置、GPRS装置和电源装置，其中，电源装置分别与Zigbee数据传输装置、处理器装置、GPRS装置连接，Zigbee数据传输装置与处理器装置连接，处理器装置与GPRS装置连接。
[0010]其中，所述电源装置包括太阳能电池板、充电锂电池，太阳能电池板与充电锂电池连接。
[0011]由于采取了以上技术方案，本实用新型的优点在于:
[0012]本实用新型能够及时准确的监测出泵站水泵机组工作的相关数据，并将数据通过GPRS无线传输方式上传至远程数据服务器，实时的观测到泵站水泵机组的工作状态；同时该实用新型采用Zigbee无线传感器自组网络，根据自组网络的特点增加与删除节点无需对系统进行重新配置，并且单个节点采用太阳能电池板充电锂电池供电，节能环保，同时增加了节点的使用寿命，大大的减小了设备维护的难度，提高了化工生产中安全预防，突发事故处理的效率。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0013]图1是本实用新型的系统构架方框图；
[0014]图2是本实用新型传感器节点的系统构架方框图；
[0015]图3是本实用新型网关节点系统构架方框图。
【【具体实施方式】】
[0016]以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0017]如图1所示，本实用新型的一种基于Zigbee网络和GPRS网络的泵站水泵机组监测系统，由若干个传感器节点、网关节点、基站监控中心、远程数据服务器组成，所述若干个传感器节点通过Zigbee无线网络与网关节点通信连接，网关节点通过GPRS无线网络与基站监控中心通信连接，基站监控中心与远程数据服务器通信连接。
[0018]所述传感器节点是无线传感器网络的基本组成部分。传感器节点主要功能是定时采集泵站水泵机组的有功功率，水泵进出口压力，电机和水泵轴承温度，水泵流量，以及水位等信息，并把该信息经A/D转换器转换成数字信号，发送到网关节点，最终将此数据传送到基站监控中心以便远程数据服务器的实时监控和进行数据统计。当采集数据比数据设定值高时，即数据超标时，不论此节点处于何种工作模式下，此节点会立即进入工作模式，向上级发送超标数据，以便监控中心采取有效措施进行处理。
[0019]所述网关节点是泵站监测系统的重要装置，有两种工作模式，即工作模式和休眠模式，主要负责传感器节点与基站监控中心的信息连接。网关节点中设有与传感器节点中匹配的CC2430装置，进行无线短距离通信，同时也有与基站监控中心进行远程无线传输的MC35i装置。当网关节点收到传感器节点发来的数据时，网关节点进入工作模式，网关节点的处理器进行快速处理，将该数据传送给基站监控中心，数据发送完毕后，网关节点立即进入休眠模式。当网关节点收到远程数据服务器发来的命令时，网关节点进入工作模式，经处理器处理后，将命令发送给相应的传感器节点，等待接收传感器节点的信息数据，并转发给基站监控中心，一定时间后进入休眠模式，由于系统需要实时数据传输，所以本实用新型只有一种模式一工作模式。
[0020]如图2是本实用新型传感器节点的系统构架，传感器节点共有四大部分组成，即数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和电源装置。
[0021]数据采集单元:主要功能是采集泵站水泵机组的有功功率，水泵进出口压力，电机和水泵轴承温度，水泵流量，以及水位。在此单元中传感器与处理器之间采用传感器接口实现连接，避免了当传感器使用寿命终止而此节点报废的状况。考虑到传感器采集到的信息为模拟量，因此需要在选择处理器时采用自带A/D转换功能的单片机。
[0022]数据处理单元:主要功能是对传感器采集的数据进行初步的处理，并将此数据传送到数据传输单元。此单元由处理器、内存、应用程序及报警指示灯构成。处理器采用的是MSP430系列单片机。MSP430系列单片机对数据进行初步判断后，将数据传送到数据传输单元，如果此数据超标即出现事故，报警指示灯会作出反应，相应的指示灯变亮，完成声光报警。同时，本单元可以数据传输单元接收到经网关节点转发的远程数据服务器控制命令，进行命令处理判断，使此节点进入工作模式，进行数据采集，向上级发送采集的信息。
[0023]数据传输单元:主要功能是传输数据或接收命令。考虑到无线传感器网络在通信方面的功耗问题，本单元采用德州仪器(TI)公司的Zigbee无线收发芯片CC2430。数据传输单元接收到数据处理单元的数字信息后，会立即将此数字信息经zigbee无线网络传送给网关节点。如果此节点收到网关节点传送的命令时，会将此命令转入数据处理单元，并等待处理单元的相应命令。
[0024]电源装置，主要功能是给以上三个功能单元提供电能。由于我们所设计的传感器节点为低功耗的设备，采用太阳能电池板充电锂电池供电。这样节约了成本，方便了设备的维护，减少了工作人员的工作量。
[0025]如图3是本实用新型网关节点系统构架，网关节点包括无线传输装置、处理器装置、GPRS装置和电源装置四部分。
[0026]无线传输装置:本实用新型仍然采用与参考节点相匹配的德州仪器(TI)公司推出的射频收发器CC2430。
[0027]处理器装置:本实用新型采用德州仪器(TI)公司推出的超低功耗16位RISC混合信号处理器的MSP430系列单片机完成Zigbee无线网络与GPRS无线网络的协议转换。
[0028]GPRS装置，本实用新型采用的是新一代西门子GSM/GPRS双模模块一MC35i，MC35i是Siemens公司推出的，可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。模块的工作电压为3.3?4.8V,可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为2W(900M)和1W(1800M)。该装置包括了前期版本TC35的所有功能，同时新增加了快速的GPRS技术，采用GPRS分时复用的CLASS8标准，具有始终在线的功能且理论上传输速率最高可达171.2kb/s，通信传输时延较小，最长不超过3s。模块有AT命令集(见附录5)接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50 Ω天线连接器，可分别连接SM卡支架和天线。
[0029]电源装置，通过本节点的设计指标参数可知，本节点的耗能较大，如果按照传统做法采用普通干电池供电，由于电池容量有限，即使节点本身功耗极小，电池漏电流的存在也将大大缩短电池的寿命，特别是在较潮湿的环境中使用而未采用一定保护措施，或电池本身的质量问题等造成电池的自身放电，节点也将由于能量耗尽而很快失效。考虑到在化工区污染区域环境中或多或少地总有直射光或反射光，这就使得利用太阳能对节点供电成为可能。由于存在太阳能的非连续性和节点工作连续性的矛盾，不能直接利用太阳能对节点进行供电，所以节点采用太阳能电池板充电锂电池供电，并用电池电压测量单元对充电电池电压进行监测，当低于某个阈值时，控制太阳能电池板给充电电池充电，直到电压高于某值时，切断太阳能电池板对充电电池的充电。这种充电可以是断续的，即太阳能电池板的电压足以给充电电池充电时就自动给充电电池充电，直到监测到电压高于某值。
[0030]显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
【权利要求】
1.一种基于Zigbee网络和GPRS网络的泵站水泵机组监测系统，其特征在于:包括若干个传感器节点、网关节点、基站监控中心、远程数据服务器，所述若干个传感器节点通过Zigbee无线网络与网关节点通信连接，网关节点通过GPRS无线网络与基站监控中心通信连接，基站监控中心与远程数据服务器通信连接； 所述传感器节点包括数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和电源装置，电源装置分别与数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元连接，数据采集单元与数据处理单元连接，数据处理单元与数据传输单元连接； 所述网关节点包括Zigbee数据传输装置、处理器装置、GPRS装置和电源装置，其中，电源装置分别与Zigbee数据传输装置、处理器装置、GPRS装置连接，Zigbee数据传输装置与处理器装置连接，处理器装置与GPRS装置连接； 所述电源装置包括太阳能电池板、充电锂电池，太阳能电池板与充电锂电池连接； 其中，所述传感器节点的所述数据采集单元用于采集泵站水泵机组的有功功率，水泵进出口压力，电机和水泵轴承温度，水泵流量，以及水位；所述数据处理单元的所述处理器采用的是MSP430系列单片机。
【文档编号】G08C17/02GK204029129SQ201320892179
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】王钢, 白晶, 刘德君, 李鹏威, 山传文, 卢乃辰, 邢吉生, 牛国成, 浦铁成, 姜亮, 钟绵虎, 褚宏伟, 李燕飞, 吉虎 申请人:北华大学