基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種供水管道泄漏監(jiān)測裝置，更確切地說，本發(fā)明涉及一種基于 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 水資源是關(guān)系國計(jì)民生的一項(xiàng)重要資源，目前全世界范圍內(nèi)對節(jié)水工作都非常重 視。我國是世界缺水大國之一，節(jié)水形勢非常嚴(yán)峻，大部分城市供水系統(tǒng)的質(zhì)量并未隨著經(jīng) 濟(jì)的快速增長而改善，而是老化度和復(fù)雜度逐年增長，狀況堪憂，據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示我國大城 市每年的水資源的漏失率普遍超過20%，為了減少漏失率，一套可靠的管道泄漏監(jiān)測裝置 是十分必要的。
[0003]目前無線管道監(jiān)測裝置大多是采用GPRS無線傳輸通信方式，直接將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù) 采集節(jié)點(diǎn)經(jīng)由通信基站發(fā)回?cái)?shù)據(jù)中心，它們沒有采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有節(jié)點(diǎn)功率高、成 本高、需要較高的服務(wù)費(fèi)用的缺點(diǎn)，而采用基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)監(jiān)測管道， 造價(jià)低，用電省，無需使用長距離線纜，可靠性高、服務(wù)免費(fèi)。在檢測和定位方法方面一般僅 監(jiān)測壓力改變情況或在泄漏發(fā)生后采用音波檢測法，監(jiān)測的準(zhǔn)確度和定位的精確度都難以 保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服了目前供水管道泄漏監(jiān)測裝置造價(jià)高、耗電 多、需要服務(wù)費(fèi)用、泄漏點(diǎn)定位不準(zhǔn)確的問題，提供了一種基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 供水管道監(jiān)測系統(tǒng)和方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：所述的基于ZigBee無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)包括終端節(jié)點(diǎn)E、路由器節(jié)點(diǎn)R、ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)G與 數(shù)據(jù)處理中心A ;
[0006] 所述的終端節(jié)點(diǎn)E包括1號(hào)終端節(jié)點(diǎn)、2號(hào)終端節(jié)點(diǎn)、……、N號(hào)終端節(jié)點(diǎn)；其中： N取大于等于1的自然數(shù)。
[0007] 所述的路由器節(jié)點(diǎn)R包括1號(hào)路由器節(jié)點(diǎn)、2號(hào)路由器節(jié)點(diǎn)、……、M號(hào)路由器節(jié) 點(diǎn)；其中：M取大于等于0的整數(shù)。
[0008] 終端節(jié)點(diǎn)E與1號(hào)路由器節(jié)點(diǎn)采用無線傳輸方式連接，1號(hào)路由器節(jié)點(diǎn)與2號(hào) 路由器節(jié)點(diǎn)采用無線傳輸方式連接，以此類推，（M-I)號(hào)路由器節(jié)點(diǎn)與M號(hào)路由器節(jié)點(diǎn)采 用無線傳輸方式連接;M號(hào)路由器節(jié)點(diǎn)與ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)G采用無線傳輸方式連接， ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)G與數(shù)據(jù)處理中心A采用無線傳輸方式連接。
[0009] 技術(shù)方案中所述的依次采用無線傳輸方式連接的1號(hào)路由器節(jié)點(diǎn)至M號(hào)路由器節(jié) 點(diǎn)的個(gè)數(shù)為小于等于5。
[0010] 技術(shù)方案中所述的1號(hào)終端節(jié)點(diǎn)、2號(hào)終端節(jié)點(diǎn)、……、N號(hào)終端節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)相同， 皆包括供電單元、壓力傳感器、聲波傳感器、PH值傳感器、壓力信號(hào)采集單元、聲波信號(hào)調(diào)理 單元、pH值信號(hào)調(diào)理單元、控制和數(shù)據(jù)處理單元、時(shí)間同步單元、ZigBee通信單元與GPS天 線。所述的供電單元輸出端和控制和數(shù)據(jù)處理單元、時(shí)間同步單元、壓力傳感器、PH值信號(hào) 調(diào)理單元與聲波信號(hào)調(diào)理單元的輸入端電連接。ZigBee通信單元的電容C371、C381的一 端分別與控制和數(shù)據(jù)處理單元中型號(hào)為CC2538的芯片U的RF_P腳、RF_N腳電連接；壓力 傳感器的信號(hào)線與壓力信號(hào)采集單元中的精密可變電阻R58的一端電連接；聲波傳感器的 BNC接頭與聲波傳感器調(diào)理單元電連接；pH值傳感器的BNC接頭與pH傳感器調(diào)理單元電連 接；壓力信號(hào)采集單元的輸出端和控制和數(shù)據(jù)處理單元中型號(hào)為CC2538的芯片U的I/O 口 19腳即PA3電連接；聲波傳感器調(diào)理單元的輸出端即型號(hào)為INA128P的放大器芯片U9的6 腳與控制和數(shù)據(jù)處理單元中型號(hào)為CC2538的芯片U的I/O 口 20腳PA4電連接；pH值傳感 器調(diào)理單元的輸出端即型號(hào)為LM124J的四運(yùn)算放大器UlOA的1腳與控制和數(shù)據(jù)處理單元 中型號(hào)為CC2538的芯片U的I/O 口 21腳即PA5電連接；GPS天線通過SMA接口 J4與時(shí)間 同步單元電連接；時(shí)間同步單元的21腳即RXD1、20腳即TXDl依次與控制和數(shù)據(jù)處理單元 中型號(hào)為CC2538的芯片的17腳即PA1、16腳即PAO電連接。
[0011] 技術(shù)方案中所述的供電單元輸出端和控制和數(shù)據(jù)處理單元、時(shí)間同步單元、壓力 傳感器、PH值信號(hào)調(diào)理單元與聲波信號(hào)調(diào)理單元的輸入端電連接是指：所述的供電單元由 5V轉(zhuǎn)3. 3V電路、5V轉(zhuǎn)12V升壓電路、5V轉(zhuǎn)-12V電路與5V轉(zhuǎn)+-15V電路組成。供電單元中 5V轉(zhuǎn)3. 3V電路中的型號(hào)為AMS1117的芯片Ul的輸出端即2腳和控制和數(shù)據(jù)處理單元中型 號(hào)為CC2538的芯片U的10腳、15腳、24腳、32腳、55腳、33腳、36腳、39腳、40腳、41腳與 43腳電連接，5V轉(zhuǎn)3. 3V電路中的型號(hào)為AMS1117的芯片Ul的輸出端即2腳和時(shí)間同步單 元中型號(hào)為UK1612U7M3L的GPS模塊UlO的23腳電連接；供電單元中5V轉(zhuǎn)12V電路的輸 出端即肖特基二極管D5的負(fù)端與pH值信號(hào)調(diào)理單元中型號(hào)為CA3140的高阻集成運(yùn)算放 大器Al的7腳電連接；供電單元中5V轉(zhuǎn)12V電路的輸出端與壓力傳感器的電源端電連接； 供電單元中5V轉(zhuǎn)-12V電路輸出端即肖特基二極管D6的負(fù)端與pH值信號(hào)調(diào)理單元中型號(hào) 為CA3140的高阻集成運(yùn)算放大器A2的4腳電連接；供電單元中5V轉(zhuǎn)+-15V電路中+15V 的輸出端即型號(hào)為TPS61080的芯片U13的9腳和聲波信號(hào)調(diào)理單元的型號(hào)為0P37GS的運(yùn) 算放大器芯片U6的7腳、型號(hào)為0P37GS的運(yùn)算放大器芯片U7的7腳、型號(hào)為INA128P的 放大器芯片U8的7腳與型號(hào)為INA128P的放大器芯片U9的7腳電連接；-15V的輸出端即 肖特基二極管D8的正端和聲波信號(hào)調(diào)理電路的型號(hào)為0P37GS的運(yùn)算放大器芯片U6的4 腳、型號(hào)為0P37GS的運(yùn)算放大器芯片U7的4腳、型號(hào)為INA128P的放大器芯片U8的4腳 與型號(hào)為INA128P的放大器芯片U9的4腳電連接，-15V的輸出端即肖特基二極管D8的正 端和PH值信號(hào)調(diào)理單元中型號(hào)為LM124J的四運(yùn)算放大器UlOA的4腳電連接。
[0012] 技術(shù)方案中所述的1號(hào)路由器節(jié)點(diǎn)、2號(hào)路由器節(jié)點(diǎn)、……與M號(hào)路由器節(jié)點(diǎn)的 結(jié)構(gòu)相同，路由器節(jié)點(diǎn)R的結(jié)構(gòu)和終端節(jié)點(diǎn)E的結(jié)構(gòu)相同，路由器節(jié)點(diǎn)R包括供電單元、壓 力傳感器、聲波傳感器、PH值傳感器、壓力信號(hào)采集單元、聲波信號(hào)調(diào)理單元、pH值信號(hào)調(diào) 理單元、控制和數(shù)據(jù)處理單元、時(shí)間同步單元、ZigBee通信單元與GPS天線，且路由器節(jié)點(diǎn)R 中每個(gè)單元的電路依次與終端節(jié)點(diǎn)E中相對應(yīng)的單元的電路相同。
[0013] 技術(shù)方案中所述數(shù)據(jù)處理中心A包括數(shù)據(jù)處理與預(yù)警單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、GPRS 通信單元、控制中心與響應(yīng)中心。所述的數(shù)據(jù)處理與預(yù)警單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、GPRS通信單 元、控制中心與響應(yīng)中心都是獨(dú)立的服務(wù)器或電腦，更確切地說：數(shù)據(jù)處理及預(yù)警單元是一 臺(tái)聯(lián)接互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理及預(yù)警單元電腦，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元是一臺(tái)聯(lián)接互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單 元服務(wù)器，GPRS通信單元的串口 RS232通過串口連接線與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的串口連接，控制 中心是一臺(tái)聯(lián)接互聯(lián)網(wǎng)的控制中心電腦，響應(yīng)中心是一臺(tái)聯(lián)接互聯(lián)網(wǎng)的響應(yīng)中心電腦，數(shù) 據(jù)處理與預(yù)警單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、控制中心與響應(yīng)中心之間采用互聯(lián)網(wǎng)連接。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是：
[0015] 1.價(jià)格低廉
[0016] 本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)采用基于ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的節(jié)點(diǎn)為主要器件，無需采用線纜，大大降低了系統(tǒng)的價(jià)格。
[0017] 2.便于大規(guī)模部署
[0018] 本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)采用無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的體積都比較小，價(jià)格低廉，耗電量小，可以沿著供水管道大規(guī)模部署。
[0019] 3.可靠性高
[0020] 本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)采用ZigBee技 術(shù)，路由器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)路由的發(fā)現(xiàn)和維護(hù)，它們能夠自愈ZigBee網(wǎng)絡(luò)，為斷開的網(wǎng)絡(luò)鏈接尋 找新的路徑，基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)的整體可靠性高。
[0021] 4.定位精確度高
[0022] 本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)綜合采用負(fù)壓波 法和聲波檢測法，既能及時(shí)對泄漏發(fā)生進(jìn)行預(yù)警，又能夠準(zhǔn)確定位泄漏點(diǎn)的位置。
【附圖說明】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：
[0024] 圖1為本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原 理示意框圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)中終端節(jié) 點(diǎn)安裝位置的示意圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)中終端節(jié) 點(diǎn)的結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0027] 圖4為本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處 理中心的結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0028] 圖5-1為本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)中終端 節(jié)點(diǎn)的供電單元中的5V轉(zhuǎn)3. 3V電路的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0029] 圖5-2為本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)中終端 節(jié)點(diǎn)的供電單元中的5V轉(zhuǎn)12V升壓電路的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0030] 圖5-3為本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)中終端 節(jié)點(diǎn)的供電單元中的5V轉(zhuǎn)-12V電路的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0031] 圖5-4為本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)中終端 節(jié)點(diǎn)的供電單元中的5V轉(zhuǎn)+-15V電路的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0032] 圖6-1為本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)中終端 節(jié)點(diǎn)的控制和數(shù)據(jù)處理單元的電源調(diào)節(jié)部分電路結(jié)構(gòu)原理圖；
[0033] 圖6-2為本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)中終端 節(jié)點(diǎn)的控制和數(shù)據(jù)處理單元、ZigBee通信單元的電路結(jié)構(gòu)原理圖；
[0034] 圖7為本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)中終端節(jié) 點(diǎn)的壓力信號(hào)采集單元的電路結(jié)構(gòu)原理圖；
[0035] 圖8為本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)中終端節(jié) 點(diǎn)的聲波信號(hào)調(diào)理單元的電路結(jié)構(gòu)原理圖；
[0036] 圖9為本發(fā)明所述的基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供水管道監(jiān)測系統(tǒng)中終端節(jié) 點(diǎn)的PH值信號(hào)調(diào)理單元的電路結(jié)構(gòu)原理圖；
[0037] 圖10為本發(fā)明所述的基于ZigBee