专利名称：基于ZigBee技术的水流速度无线监测设计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于ZigBee技术的水流速度无线监测设计，该系统包括基于ZigBee无线技术的水环境监测节点和一个协调处理的监测平台设备。属于无线网络通信技术和片上嵌入式系统领域。
背景技术：
水环境监测是水资源管理与保护的重要手段，我国水资源紧缺、水污染严重，如何高效、实时、准确地获取水环境参数，研究开发网络化、智能化的水环境实时监测系统已成为迫切需要。现有的水环境监测方法主要分为两种:1)采用便携式水质监测仪人工采样、实验室分析的方式；2)采用由远程监测中心和若干个监测子站组成的水环境自动监测系统。前者无法对水环境参数远程实时监测，存在监测周期长、劳动强度大、数据采集慢等问题，无法反映水环境动态变化，不易及早发现污染源并报警。后者虽能较好解决上述存在的问题，但由于有预先铺设电缆和建立多个监测子站的施工要求，故有系统成本高、监测水域范围有限、易对监测区域造成破环等缺点。随着无线通信技术的不断发展，近年来出现了面向低成本设备无线联网要求的技术，称之为ZigBee，它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。CC2530是一个真正的用于IEEE 802.15.4，ZigBee和RF4CE应用的片上系统(SoC)解决方案，它能够以非常低的总材料成本建立强大的网络节点，CC2530集成了业界领先的RF收发器、增强工业标准的8051MCU，在系统可编程Flash存储器，8_KB RAM,32/64/128/256KB闪存，以及其他强大的支持功能和外设。CC2530提供了 IOldB的链路质量，优秀的接收器灵敏度和健壮的抗干扰性，四种供电模式，多种闪存尺寸，以及一套广泛的外设集-包括2个USART、12位ADC和21个通用GP10，以及更多。除了通过优秀的RF性能、选择性和业界标准增强8051MCU内核，支持一般的低功耗无线通信，CC2530还可以配备TI的一个标准兼容或专有的网络协议栈(RemoTI，Z-Stack，或SimpliciTI)来简化开发。基于ZigBee技术的水环境无线监测设计应运而生。适应发展，具有低功耗、低成本、通信可靠、组网灵活、便于维护等优点。可应用于水文监测、远传水表、预防矿井中水的危害等领域。
发明内容
本发明的目的是针对实际生活中的需求，为解决现有技术的不足，提供了一种基于ZigBee无线技术的水环境中的水的流速监测系统。本发明基于ZigBee无线技术的水的流速监测系统，包括分布在水环境监测区域中的一个或多个水环境监测节点和一个协调控制平台。通过本发明相对于现有技术，具有以下有益效果:1、本发明可实现实时采集、传输水的流速参数。传感器节点利用现有的智能水表，具有部署方便，维护简单，成本低廉。
2、数据通信能力强、网络覆盖范围广。本发明采用新兴的ZigBee技术实现无线传感器节点之间与无线传感器网络间的数据双向通信。应用新兴、高效的无线通信技术，使得整个系统的通信具有传输速率快、通信质量高、功耗小、成本低、网络容量大等特点，实现了水环境监测系统中水环境参数中忽视的水的流速参数的监测。本发明系统通过利用现有常用智能水表，结合ZigBee无线网络技术实现信息远距离传输与PC机信息处理，实现了对水环境中水流速度信息的监测，具有工作时间较长(两节五号干电池可使用6-24个月)、方便维护、成本较低(ZigBee协议免专利费且免执照频段费)、灵活布设(拆装方便且不需布设电缆)等特点。另外本发明在煤矿安全等其他相关领域依然具有相当大的应用前景。
图1为本发明整体结构示意图。图2为本发明所用智能水表图。图3为ZigBee电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明提供的监测系统作进一步描述。本实施方式由以下单元组成:附图1，为本发明的整个系统结构示意图。它包含了采集发射和接收处理两部分。上为本发明的采集发射节点示意图，可分为两个部分:采集水参数部分和分析发射数据部分。前端的采集部分由智能水表负责采集一段时间内流经水表的水的流量，主要是计数脉冲信号，CC2530芯片对采集到的脉冲信号数进行处理，负责计算出水的流速，并发射出去，此时ZigBee作为终端节点或路由节点。下为本发明的接受处理平台示意图。此时的ZigBee作为协调器，负责将接收到的数据信号实时的通过RS232串口传递给计算机进行分析处理，并接收来自计算机的指令，而对采集节点实施相应控制措施。附图2为系统所用智能水表示意图，输出由两根导线直接与CC2530芯片的IO 口连接，通过微处理器计算出水的流速。附图3为ZigBee电路原理图，包括主芯片CC2530系统、射频信号处理模块、JTAG调试下载接口、串口通信RS232接口、电源稳压模块、LED灯指示模块。JTAG调试下载接口供调试程序使用，串口 RS232采用MAX232芯片完成电平的转换，实现人机交互作用，电源稳压采用AMSl 17芯片将输入电压稳定到3.3V供片上系统CC2530使用，LED灯起指示作用。系统工作流程为:1、智能水表采集流量数据，经导线与CC2530 IO 口连接。2、ZigBee (作为终端节点或路由器)片上系统CC2530通过IO 口接收到来自智能水表的采集流量数据。3、已知管道横截面积，CC2530的微处理器根据公式:流速=流量/管道横截面积，计算出水的流速，将流速信息参数进行内部编码，经天线(工作在2.4GHz免费频段)发射出去。
4、无线接收模块ZigBee (作为协调器)经天线接收到已编码的信息。5、微处理对接收到的信息进行解码，经RS232串口交给计算机进行处理。6、计算机对接收到的数据进行实时有效监控处理，并可发送相应命令实现双向通 目。该系统完成了水的流速实时无线传输监测的功能，并可双向无线通信。可应用于水文监测、远传水表、预 防矿井中水的危害等多领域。
权利要求
1.基于ZigBee技术的水流速度无线监测设计系统，其特征在于: 该系统包括分布在水环境监测区域中的一个或多个水环境监测节点和一个协调处理的监测平台。
2.根据权利要求1所述基于ZigBee技术的水流速度无线监测设计系统，其特征是，所述的水环境监测的一个节点是基于ZigBee无线技术，它包括水的流速采集模块、微处理器模块、无线收发模块、电源管理模块: 水的流速采集模块采用市面上常见的智能水表，已知水管横截面积，根据公式:流速=流量/横截面积，计算出水的流速，与微处理器模块相连接；微处理器模块与无线收发模块采用ZigBee无线片上系统CC2530芯片(此时作为终端节点或路由器)，完成采集数据的编码加密与无线传输功能；电源管理模块采用锂电池供电，并采用稳压芯片AMS117将电压稳定在3.3V为系统供电，实现使用不同供电模式的长电池寿命的低功耗模式。
3.根据权利要求1所述基于ZigBee技术的水流速度无线监测设计系统，其特征是，所述的协调处理监测平台，基于ZigBee无线技术，它包括无线收发模块、微处理器模块、串口通信模块、PC机处理模块和电源稳压模块: 无线收发模块与微处理器模块采用ZigBee无线片上系统CC2530芯片(此时作为协调器)，完成接收数据与数据解密解码的功能；串口通信采用RS232技术，MAX232芯片可完成TTL — — EIA双向电平转换；PC机处理模块负责分析处理数据，并可通过串口进行相应调度处理；电源模块根据需要对PC机采用市电供电，CC2530采用锂电池或USB供电。
4.根据权利I所述的基于ZigBee技术的水流速度无线监测设计系统，其特征在于，采集节点可根据实际应用情况进行拓扑组网，可构成星型、树型、网状等拓扑结构。
5.根据权利I所述的基于ZigBee技术的水流速度无线监测设计系统，其特征是，包括以下步骤流程: 第一步:采集传感器(智能水表)采集水的流量数据信息，经导线将数据传给ZigBee无线模块CC2530 (作为终端节点或路由器)微处理器IO 口。
第二步:微处理器经IO 口接收到来自智能水表的采集流量数据参数。
第三步:已知管道横截面积，CC2530的微处理器根据公式:流速=流量/管道横截面积，计算出水的流速，将流速信息参数进行编码加密，经天线(工作在2.4GHz免费频段)发射出去。
第四步=ZigBee无线模块CC2530(作为协调器)经天线接收到已编码的信息。
第五步:微处理对接收到的信息进行解密解码，经RS232串口交给计算机进行处理。
第六步:计算机对接收到的数据进行实时有效监控处理，同时可通过串口发送相应命令实现双向通信。
全文摘要
基于ZigBee技术的水流速度无线监测设计，涉及一种基于ZigBee无线技术在水文环境监测系统中的应用。本发明是对水文环境中容易忽视的水的流速进行监测，利用ZigBee无线传输，将采集到的水流速度参数发送给控制设备实现实时无线监测作用。系统主要包括采集发射和接收处理两个部分。采集发射部分利用智能水表采集水的流速，将采集到的数据交给ZigBee片上系统CC2530微处理器进行分析与编码加密处理，再经过天线(免申请2.4GHz频段)发射出去；接收处理部分经天线接收数据，无线片上系统CC2530对接收数据进行解密解码操作，然后通过RS2332串口与计算机进行通信处理，实现了实时监测水文环境中对水的流速的无线监测。该系统可应用于水文监测、远传水表、预防矿井中水的危害等多领域。
文档编号G08C17/02GK103163321SQ20111044330
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月17日 优先权日2011年12月17日
发明者宇文家宝, 余本纯, 朱士永 申请人:淮南师范学院