專利名稱：基于無線傳感網絡的水庫汛情實時監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水庫汛情監(jiān)測系統(tǒng)，尤其涉及一種基于無線傳感網絡的水庫 汛情實時監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
長期以來，我國水庫防洪與興利的矛盾十分尖銳。如汛期前段出現較大暴雨 時，為了水庫安全不敢蓄水，到了后期往往又無水可蓄，于是安全利用洪水資源、 優(yōu)化調控便成為水利工作者甚為關注的課題之一。其主要內容包括1、 根據面臨時段實現天氣趨勢的分析；2、 實時監(jiān)測水情變化及水庫流域的汛期降雨量；3、 根據水庫流域汛期降雨量預測未來一定時段的汛情變化，并結合水庫實時水情狀態(tài)作出優(yōu)化的庫容調控策略，從而達到提高水資源興利效益的目的。 顯而易見，建立一個實時、可靠的水庫汛情監(jiān)測系統(tǒng)平臺是關鍵所在。 目前，實時監(jiān)測水情變化及精確采集水庫流域的汛期降雨量仍然是水利界的 難題。傳統(tǒng)的水情監(jiān)測方法耗費了大量人力、物力和財力，而汛期降雨量的采集 依然沒有一個簡單可行的辦法，且采集的數據不夠精確。為實現庫區(qū)水位實時監(jiān) 測，近年來國內外相繼推出磁浮珠、壓力、超聲等水位自動測量裝置，由于存在諸多問題，尚未或難以在庫區(qū)水位測量中推廣應用；而庫區(qū)雨情實時監(jiān)測，由于 受制于雨量傳感器價格和能源的苛刻要求，至今尚為空白。發(fā)明人自行研發(fā)的電子水位標尺和雨量傳感節(jié)點恰恰能彌補這兩點不足電 子水位標尺能實時將水位數據傳出，而基于電容雨量傳感器的雨量傳感節(jié)點沿水 庫區(qū)域布置成網絡便能實時采集水庫區(qū)域各處的降雨情況。關于電子水位標尺和雨量傳感節(jié)點的發(fā)明創(chuàng)造，本發(fā)明人已申請發(fā)明專利兩項 1、 基于平面電容式的電子水位標尺(ZL200610019108. 0);2、 基于電容雨量傳感器的無線傳感網絡節(jié)點(ZL200610019165.9)。發(fā)明內容本發(fā)明的目的就在于克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種基于無線傳 感網絡的水庫汛情實時監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是這樣實現的一、水庫汛情實時監(jiān)測系統(tǒng)(本發(fā)明的基本方案，適用于大、中型水庫)如圖l、圖2，本發(fā)明包括子區(qū)域節(jié)點群l，電子水位標尺2， RS232接口電 路5和終端數據處理機6;還包括偵訊節(jié)點3和終端匯聚節(jié)點4;子區(qū)域節(jié)點群1和電子水位標尺2無線連通；子區(qū)域節(jié)點群l、終端匯聚節(jié)點4、 RS232接口電路5和終端數據處理機6依次連通；偵訊節(jié)點3和終端匯聚節(jié)點4無線連通；子區(qū)域節(jié)點群1內的雨量傳感節(jié)點1A和鄰近的電子水位標尺2分別將采集 到的雨量數據及水位數據傳送至所處子區(qū)域的匯聚節(jié)點1B，再按洪泛方式或地 理能量高效路由機制(GEAR)沿著數據傳輸梯度的方向將數據回傳至設置在汛情 終端數據中心7的終端匯聚節(jié)點4 (設置在汛情終端數據中心D的還有RS232接 口電路5和終端數據處理機6)，經終端數據處理機6處理實時得到水庫汛情；所述的子區(qū)域節(jié)點群l，即無線傳感水情網絡的n個子區(qū)域，包括雨量傳感 節(jié)點1A和匯聚節(jié)點1B，用于采集和傳輸整個水庫區(qū)域的水情信息(見 ZL200610019165.9)。所述的電子水位標尺2，在無線傳感網絡子區(qū)域節(jié)點群l附近布置，用于釆 集河道及壩區(qū)的水位信息(見ZL 200610019108.0)。所述的偵訊節(jié)點3置于汛情終端數據中心7附近，由穩(wěn)恒電源(如用交流電 源整流為直流)供電，用于全天候監(jiān)測降雨信息(一般不工作于休眠態(tài))。所述的終端匯聚節(jié)點4位于汛情終端數據中心7，與子區(qū)域節(jié)點群1中與之 鄰近的匯聚節(jié)點1B和偵訊節(jié)點3無線通信；在偵訊節(jié)點3探知降雨信息后，立 即通過終端匯聚節(jié)點4告知汛情終端數據中心7，汛情終端數據中心7再通過終 端匯聚節(jié)點4按洪泛方式或地理能量高效路由機制"喚醒"各子區(qū)域節(jié)點群1中 處于休眠態(tài)的雨量傳感節(jié)點1A和電子水位標尺2。所述的"喚醒"，對于匯聚節(jié)點1B和電子水位標尺2來說，是將其內部的 微處理器從休眠態(tài)變?yōu)楣ぷ鲬B(tài)；對于雨量傳感節(jié)點1A來說，除了將內部的微處 理器從休眠態(tài)變?yōu)楣ぷ鲬B(tài)外，還將休眠時內部被切斷的信號調理電路的電源接 通。所述的洪泛方式和地理能量高效路由機制(GEAR )均為無線傳感網絡的 路由協議1、 洪泛方式這種協議是一種古老的協議。它不需要維護網絡的拓撲結構 和路由計算，接收到消息的節(jié)點以廣播形式轉發(fā)數據包給所有的鄰節(jié)點。對于自 組織的傳感器網絡，洪泛式路由協議是一種較直接的實現方法，但容易帶來消息 的"內爆"和"重疊"，而且它沒有考慮能源方面的限制，具有"資源盲點"的 缺點。2、 地理能量高效路由機制(GEAR):它利用節(jié)點的位置信息，把查詢或者 數據轉發(fā)給需要的地域，從而縮減數據的傳送范圍。實際上許多傳感器網絡的路 由協議都假設節(jié)點的位置信息為已知，所以可以方便地利用節(jié)點的位置信息將節(jié) 點分為不同的域?；谟蜻M行數據傳送能縮減傳送范圍緩和中間節(jié)點，從而延長 網絡生命周期。二、水庫汛情實時監(jiān)測流程如圖3，水庫汛情實時監(jiān)測流程包括① 依次為開始a，偵訊節(jié)點監(jiān)測降雨b，降雨C一否，偵訊節(jié)點監(jiān)測降雨b;② 依次為開始a，偵訊節(jié)點監(jiān)測降雨b，降雨c一是，通知終端汛情數據 中心d，汛情終端數據中心發(fā)出査詢任務e，喚醒各子區(qū)域所有節(jié)點及電子水位 標尺f,各子區(qū)域進行雨量及水位的數據采集g，各子區(qū)域向汛情終端數據中心 回傳雨量及水位數據h，汛情終端數據中心處理數據及統(tǒng)一調控i。本發(fā)明的工作原理是子區(qū)域節(jié)點群1中的雨量傳感節(jié)點1A、匯聚節(jié)點1B平時都處于休眠態(tài)，電 子水位標尺2常態(tài)采用定時監(jiān)測傳輸或休眠態(tài)。當位于大壩8的汛情終端數據中 心7附近的偵訊節(jié)點3探知降雨信息后，立即通知汛情終端數據中心7，汛情終 端數據中心7再通過終端匯聚節(jié)點4按洪泛方式或地理能量高效路由機制 (GEAR )喚醒子區(qū)域節(jié)點群1中的全部或部分雨量傳感節(jié)點1A、匯聚節(jié)點IB 以及電子水位標尺2。詳細地說，即終端匯聚節(jié)點4先喚醒子區(qū)域節(jié)點群1中與之鄰近的匯聚節(jié)點 1B，并向其傳送終端數據處理機6發(fā)來的指令，再由匯聚節(jié)點1B喚醒其所處子 區(qū)域節(jié)點群1中的其它雨量傳感節(jié)點1A及附近河道的電子水位標尺2，同時將 收到的指令轉發(fā)給下一級子區(qū)域節(jié)點群邊界上的匯聚節(jié)點1B，下一級子區(qū)域節(jié) 點群邊界上的匯聚節(jié)點1B被喚醒后再重復相同的動作，喚醒所在子區(qū)域內的所 有節(jié)點以及附近河道的電子水位標尺2，……，各子區(qū)域節(jié)點群1通過位于其邊 界的匯聚節(jié)點1B之間的通信來實現信息的傳遞，這樣一直將終端數據處理機6 發(fā)來的査詢任務指令傳遞到子區(qū)域節(jié)點群1，實現喚醒全部區(qū)域的所有雨量傳感 節(jié)卓1A、匯聚節(jié)點1B以及電子水位標尺2。然后，子區(qū)域節(jié)點群1內的雨量傳感節(jié)點1A和電子水位標尺2分別將采集 到的雨量數據及水位數據傳送至所處子區(qū)域的匯聚節(jié)點1B，再按洪泛方式或地 理能量高效路由機制(GEAR )沿著數據傳輸梯度的方向將數據回傳至汛情終 端數據中心7，即按從第1子區(qū)域節(jié)點群1. 1到第n子區(qū)域節(jié)點群1. n的方向傳 送采集的數據，由第n子區(qū)域節(jié)點群1. n中的匯聚節(jié)點1B將整合后的數據傳到 終端匯聚節(jié)點4，再經RS232接口電路5輸入到終端數據處理機6。結合水庫實 時水情狀態(tài)作出優(yōu)化的庫容調控策略，從而達到提高水資源興利效益的目的。本發(fā)明具有下列優(yōu)點和積極效果1、 能實時采集到水庫區(qū)域的雨量、水位和徑流信息，特別是對雨量的采集， 更是很好地彌補了現有手段對雨量信息監(jiān)測的不足。2、 在汛期只需要在汛情終端數據中心7便可全面監(jiān)控整個水庫區(qū)域的汛情， 節(jié)省了大量的人力、物力和財力。另外根據水庫流域汛期降雨量預測未來一定時 段的汛情變化，并結合水庫實時汛情狀態(tài)作出優(yōu)化庫容調控的策略，從而達到提 高水資源興利效益的目的。3、 通信可靠，實時性好，射頻控制靈活，特別適合通訊環(huán)境甚差的地域。 當然，在有條件的地方也亦可采用GPRS公網取代數傳電臺進行無線傳輸。4、 結構簡單，計量準確，微功耗，低成本。
圖l一本發(fā)明結構框圖； 圖2—本發(fā)明現場布置示意圖； 圖3—水庫汛情實時監(jiān)測流程圖； 圖4一匯聚節(jié)點1B的電路原理圖； 圖5. 1+圖5. 2—偵訊節(jié)點3的電路原理圖；圖6—終端匯聚節(jié)點4的電路原理圖；圖7—超大型水庫汛情監(jiān)測系統(tǒng)結構框圖；圖8—超大型水庫汛情監(jiān)測系統(tǒng)現場布置示意圖。其中l(wèi)一子區(qū)域節(jié)點群，1. 1—第1子區(qū)域節(jié)點群，1. 2—第2子區(qū)域節(jié)點群；...... l.n—第n子區(qū)域節(jié)點群，n<500;1A—雨量傳感節(jié)點； 1B—匯聚節(jié)點，IB. 1—16位超低功耗微處理器；IB. 2—電池電量監(jiān)測電路；IB. 3—無線傳輸模塊；2— 電子水位標尺，2. l—第1電子水位標尺，2. 2—第2電子水位標尺， ...... 2.nr"第m電子水位標尺，m<20;3— 偵訊節(jié)點，3. l—雨量傳感器及信號調理電路， 3.2—電源交直流變換電路，3. 3—微處理器， 3.4—DS1820數字溫度計， 3. 5—DS1302時鐘芯片， 3. 6—ADC0809A/D轉換電路， 3.7—無線傳輸模塊PTR2000; 4— 終端匯聚節(jié)點；4. 1一16位超低功耗微處理器， 4. 2—電池電量監(jiān)測電路， 4. 3—TRF6900無線傳輸模塊， 4. 4"~MAX232電平轉換電路， 4. 5—電源交直流變換電路， 4. 6—4066四雙向模擬開關；5— RS232接口電路； 6—終端數據處理機； 7—汛情終端數據中心； 8—大壩；9一數傳電臺， 9.1—第1數傳電臺，......9.x—第x數傳電臺；IO—終端數傳電臺； 11—流速儀；12—超大型水庫子區(qū)域節(jié)點群。
具體實施方式
下面結合附圖及實施例，對本發(fā)明進一步說明一、對于普通中大型水庫汛情監(jiān)測系統(tǒng)，按圖l、圖2實施。1、子區(qū)域節(jié)點群l每個子區(qū)域里面分布了很多節(jié)點，節(jié)點之間無線通信。節(jié)點包括雨量傳感節(jié)點1A和匯聚節(jié)點1B兩種，其中雨量傳感節(jié)點1A用于采集所處子區(qū)域的雨量數 據(見ZL 200610019165. 9);匯聚節(jié)點1B為去掉雨量傳感器和信號調理電路的 雨量傳感節(jié)點，用來對所處子區(qū)域中雨量傳感節(jié)點1A和鄰近電子水位標尺2傳 來的雨量和水位數據進行處理，并向下一子區(qū)域中的與之位置較近的匯聚節(jié)點 1B傳送處理后的水情數據。n個子區(qū)域中的傳感節(jié)點平時都保持休眠態(tài)，子區(qū)域節(jié)點群1中與終端匯聚 節(jié)點4相近的匯聚節(jié)點1B來負責接收及向其它節(jié)點轉發(fā)終端匯聚節(jié)點4發(fā)來的 查詢任務信息，并向終端匯聚節(jié)點4發(fā)送所有子區(qū)域節(jié)點群1傳來的雨量和水位 數據。子區(qū)域節(jié)點群1沿河道每隔一定距離就布置一個，即成無線傳感雨情網絡 的一個子區(qū)域， 一直布置到大壩8附近，用于采集和傳輸整個水庫區(qū)域的水情信 息。匯聚節(jié)點1B和某些雨量傳感節(jié)點1A為精確地理位置已知的，組成子區(qū)域的
邊界，其它普通雨量傳感節(jié)點1A可采用編號標識。匯聚節(jié)點1B可根據情況設計為單匯聚節(jié)點方式或雙匯聚節(jié)點方式。雙匯聚 節(jié)點方式盡管增加硬件開銷，但當某一匯聚節(jié)點1B失效后，便于路由變更，增 加了路由的可靠性，加之雙匯聚節(jié)點1B的交替工作延長了匯聚節(jié)點1B的生存期， 起到節(jié)省能耗的作用。本發(fā)明中采用雙匯聚節(jié)點方式，且由于匯聚節(jié)點1B能耗 大，可采用雙電池組供電。如圖3，匯聚節(jié)點1B包括16位超低功耗微處理器1B. 1,電池電量監(jiān)測電路 1B. 2和TRF6900無線傳輸模塊1B. 3。電池電量監(jiān)測電路1B. 2與16位超低功耗 微處理器1B. 1的Mil 口相連，TRF6900無線傳輸模塊1B. 3的數據端與16位超 低功耗微處理器1B. 1的串口及I/O 口相連。其工作原理是-TRF6900無線傳輸模塊1B. 3先接收鄰近雨量傳感節(jié)點1A和電子水位標尺2 傳來的雨量和水位數據，并傳送給16位超低功耗微處理器1B. 1， 16位超低功耗 微處理器1B. 1對傳來的數據進行處理后，再將處理后的數據發(fā)至TRF6900無線 傳輸模塊1B. 3，由TRF6900無線傳輸模塊1B. 3發(fā)送給下一個鄰近匯聚節(jié)點1B。 電池電量監(jiān)測電路1B. 2負責監(jiān)測電池組的電量。2、 電子水位標尺2一般來說，電子水位標尺2并不需要在無線傳感網絡各個子區(qū)域節(jié)點群附近 都布置一根，故電子水位標尺2的總數m實際上應該小于子區(qū)域節(jié)點群的個數n。 通常，電子水位標尺2在河道沿途子區(qū)域節(jié)點群1的起始處、河流入庫口、大壩 8附近都要放置，另外，在河道沿途某些子區(qū)域節(jié)點群l的附近視情況也要視情 況放置。電子水位標尺2放置的位置與其鄰近的子區(qū)域節(jié)點群1中的匯聚節(jié)點 1B的位置盡量靠近，以便兩者無線通信。電子水位標尺2常態(tài)可采用定時監(jiān)測 傳輸或休眠態(tài)。電子水位標尺2與其各自鄰近的子區(qū)域節(jié)點群1中的匯聚節(jié)點1B無線通信。 電子水位標尺2接收來自鄰近的子區(qū)域節(jié)點群中1的匯聚節(jié)點1B發(fā)來的查詢任 務信息，并向鄰近的子區(qū)域節(jié)點群1中的匯聚節(jié)點1B發(fā)送采集到的水位數據。3、 偵訊節(jié)點3如圖5.1、圖5. 2，偵訊節(jié)點3包括雨量傳感器及信號調理電路3.1,電源
交直流變換電路3. 2， 單片機3. 3, DS1820數字溫度計3. 4， DS1302時鐘芯片 3.5， ADC0809 A/D轉換電路3.6， PTR2000無線傳輸模塊3.7;電源交直流變換電路3.2與其它各部分的電源端相連，提供所需的工作電 壓；單片機3. 3分別與DS1820數字溫度計3. 4、 DS1302時鐘芯片3. 5、 ADC0809 A/D轉換電路3. 6及PTR2000無線傳輸模塊3. 7連接。詳細地說，偵訊節(jié)點3外接交流電源，經電源交直流變換電路3.2后為其它 各部分提供所需的工作電壓，DS1820數字溫度計3. 4的輸出端與單片機3. 3的 I/O 口相連，DS1302時鐘芯片3. 5的數據端與單片機3. 3的I/O 口相連，PTR2000 無線傳輸模塊3. 7的數據端與單片機3. 3的串口及I/O 口相連，ADC0809 A/D轉 換電路3. 6的數字輸出端與單片機3. 3的8位數據口相連。 ，其工作原理是雨量傳感器及信號調理電路3.1將監(jiān)測到的降雨信號進行處理后經ADC0809 A/D轉換電路3.6轉化成數字信號，再送至單片機3.3， DS1820數字溫度計3. 4 將采集到的周圍環(huán)境溫度送至單片機3. 3， DS1302時鐘芯片3. 5為單片機3. 3提 供時間，單片機3.3將收到的降雨、溫度和時間信息通過PTR2000無線傳輸模塊 3.7傳送至終端匯聚節(jié)點4。4、終端匯聚節(jié)點4如圖6，終端匯聚節(jié)點4位于汛情終端數據中心7，包括16位超低功耗微處 理器4. 1，電池電量監(jiān)測電路4. 2， TRF6900無線傳輸模塊4. 3， MAX232電平轉 換電路4.4，電源交直流變換電路4.5， 4066四雙向模擬開關4.6;16位超低功耗微處理器4.1分別與電池電量監(jiān)測電路4. 2， TRF6900無線傳 輸模塊4.3， MAX232電平轉換電路4.4， 4066四雙向模擬開關4. 6連接；電源交 直流變換電路4. 5與其它各部分的電源端相連，提供穩(wěn)恒的工作電壓。詳細地說，電池電量監(jiān)測電路4. 2與16位超低功耗微處理器4. 1的NMI 口 相連，TRF6900無線傳輸模塊4. 3的數據端與4066四雙向模擬開關4. 6的輸出 及16位超低功耗微處理器4.1的I/O 口相連，MAX232電平轉換電路4. 4與4066 四雙向模擬開關4.6的輸出相連，且收、發(fā)保持一致，4066四雙向模擬開關4.6 的輸入接16位超低功耗微處理器4.1的串口及I/O 口 ，由16位超低功耗微處理 器4.1控制4066四雙向模擬開關4. 6的通斷，從而選擇是TRF6900無線傳輸模12
塊4. 3還是MAX232電平轉換電路4. 4與16位超低功耗微處理器4. 1的串口相連； 電源交直流變換電路4. 5為其它模塊提供穩(wěn)恒的工作電壓。 其本工作原理是終端匯聚節(jié)點4接收數據時，16位超低功耗微處理器4. 1通過4066四雙向 模擬開關4. 6選擇先與TRF6900無線傳輸模塊4. 3連接，與MAX232電平轉換電 路4. 4斷開，接收TRF6900無線傳輸模塊4. 3傳來的雨量及水位數據，然后再通 過4066四雙向模擬開關4. 6選擇與TRF6900無線傳輸模塊4. 3斷開，與MAX232 電平轉換電路4. 4連接，將雨量及水位數據經MAX232電平轉換電路4. 4送至終 端數據處理機6。終端匯聚節(jié)點4發(fā)送數據時，16位超低功耗微處理器4.1通過4066四雙向 模擬開關4. 6選擇先與TRF6900無線傳輸模塊4. 3斷開，與MAX232電平轉換電 路4.4連接，接收終端數據處理機6發(fā)來的任務信息，然后再通過4066四雙向 模擬開關4. 6選擇與TRF6900無線傳輸模塊4. 3連接，與MAX232電平轉換電路 4. 4斷開，將終端數據處理機6發(fā)來的任務信息經TRF6900無線傳輸模塊4. 3發(fā) 送至鄰近子區(qū)域節(jié)點群1中的匯聚節(jié)點1B。5、 RS232接口電路5RS232接口電路5由串口線連接，置于汛情終端數據中心7。6、 終端數據處理機6終端數據處理機6采用普通或更高性能的PC，置于汛情終端數據中心7。 二、對于超大型水庫汛情監(jiān)測系統(tǒng)，按圖7、圖8實施。 超大型水庫上游主河道長度通常大于數十公里，河道較深、水面較寬、特別 是汛期流態(tài)環(huán)境復雜多變，其水庫汛情監(jiān)測系統(tǒng)無線傳感網絡布置方案相對普通 水庫的來說要稍做改變，通常需考慮采用數傳電臺(在有條件的地方亦可通過 GPRS公網)通信。在遠離大壩8的上游河道區(qū)域，以數傳電臺為基站、結合傳感節(jié)點1A、匯 聚節(jié)點1B和電子水位標尺2組網。由于距離汛情終端數據中心7很遠，故可考 慮在每相鄰6 10個節(jié)點群之間放置一個數傳電臺9,由數傳電臺9接收來自鄰 近匯聚節(jié)點1B傳來的雨量和水位數據，再由數傳電9臺依次接力傳輸，將雨量 和水位數據傳回汛情終端數據中心7。 在距離大壩8較近的河道區(qū)域，可按圖l、圖2方案(即中大型水庫監(jiān)測系 統(tǒng)的實施方案)布置無線傳感網絡系統(tǒng)，特別是入庫口河面徑流變化復雜的流態(tài) 環(huán)境可采用聲學多普勒流速儀(ADCP) 11采集、監(jiān)測徑流信息，并直接通過配 置的數傳電臺9將徑流數據信息發(fā)送至汛情終端數據中心7。在庫區(qū)水中央的島 山與上亦可置放電子水位標尺2和雨量傳感節(jié)點IA，布置成一個子區(qū)域，利用數 傳電臺9與汛情終端數據中心7進行通信，用于彌補庫區(qū)水面區(qū)域汛情信息的采 集?？傊笮退畮煅辞楸O(jiān)測系統(tǒng)是在上述的本發(fā)明的基本方案(適用于普通 中、大型水庫)中，用超大型水庫的子區(qū)域節(jié)點群12取代原子區(qū)域節(jié)點群1， 用終端數傳電臺10取代原終端匯聚節(jié)點4，添加流速儀11;所述的超大型水庫的子區(qū)域節(jié)點群12包括子區(qū)域節(jié)點群1和數傳電臺9， 在洵道區(qū)的每6 10個子區(qū)域節(jié)點群1之間設置有一臺數傳電臺9，并通過數傳 電臺9無線連通；終端數傳電臺10分別與超大型水庫的子區(qū)域節(jié)點群12、偵訊 節(jié)點3、流速儀11和RS232接口電路無線連通。1、設置于河道的子區(qū)域節(jié)點群1在遠離大壩8的上游主河道沿途每隔若干距離就布置一個子區(qū)域節(jié)點群1， 從第一個河道開始， 一直到河流入庫口附近，用于采集和傳輸上游主河道區(qū)域的 雨量信息。每個子區(qū)域節(jié)點群1里面包含1匯聚節(jié)點1B和若干雨量傳感節(jié)點1A。 在每6 10個相鄰子區(qū)域節(jié)點群1中放置一個數傳電臺9，此范圍內各河道的子 區(qū)域節(jié)點群1所采集到的雨量及水位數據經各自區(qū)域內的匯聚節(jié)點1B整理后接 力傳送至該數傳電臺9。設置于河道的子區(qū)域節(jié)點群1平時都保持休眠狀態(tài)，在汛期由汛情終端數據 中心7通過數傳電臺9發(fā)布査詢任務信息，喚醒設置于河道的子區(qū)域節(jié)點群1的 匯聚節(jié)點1B，并由匯聚節(jié)點1B向其所處子區(qū)域中的其它雨量傳感節(jié)點1A發(fā)布 周期偵聽接力和休眠的指令，即使設置于河道的子區(qū)域節(jié)點群1中隨時保持各有 一個雨量傳感節(jié)點1A處于偵聽狀態(tài)，而其它雨量傳感節(jié)點1A處于休眠狀態(tài)，各 雨量傳感節(jié)點1A按次序定時輪換進入偵聽狀態(tài)。處于偵聽狀態(tài)的節(jié)點用來監(jiān)測 設置于河道的子區(qū)域節(jié)點群1區(qū)域中的實時降雨情況，發(fā)現降雨則立即喚醒其所 處節(jié)點群區(qū)域中其它處于休眠狀態(tài)的雨量傳感節(jié)點1A，使所有雨量傳感節(jié)點1A
都工作起來。設置于河道的子區(qū)域節(jié)點群1中的匯聚節(jié)點1B將各自區(qū)域內的雨量傳感節(jié) 點1A傳來的雨量數據和與之鄰近的電子水位標尺2發(fā)來的水位數據處理后，再 把處理后的雨量數據和水位數據發(fā)送給鄰近的數傳電臺9，再由數傳電臺9按9. 1 到9. x的方向依次相傳，接力傳送回汛情終端數據中心7。2、 電子水位標尺2電子水位標尺2的布置與普通中大型水庫監(jiān)測系統(tǒng)中的布置方案保持一致， 也是電子水位標尺2與鄰近子區(qū)域節(jié)點群1的匯聚節(jié)點1B保持較近的距離，兩 者之間無線通信，電子水位標尺2接收來自鄰近子區(qū)域節(jié)點群1中的匯聚節(jié)點 1B發(fā)來的查詢任務信息，并向鄰近子區(qū)域節(jié)點群1的匯聚節(jié)點1B發(fā)送實時水位{曰息。3、 數傳電臺9在遠離大壩8的上游主河道沿途，于每6 10個子區(qū)域節(jié)點群1之間放置一 個數傳電臺9;另外在庫區(qū)水中央的島嶼上所布置的子區(qū)域節(jié)點群l中也放置一 個數傳電臺9。數傳電臺9.1 9.x與各自鄰近設置于河道的子區(qū)域節(jié)點群1的 匯聚節(jié)點1B無線通信，且數傳電臺9.1 9. x兩兩相鄰互通，數傳電臺9. x與終 端數傳電臺10無線通信。在汛期，終端數傳電臺10向數傳電臺9發(fā)布指示設置于河道的子區(qū)域節(jié)點 群1中雨量傳感節(jié)點1A周期偵聽接力和休眠的任務。數傳電臺9. x收到任務信 息后，喚醒其設置于河道的子區(qū)域節(jié)點群1中的匯聚節(jié)點1B，并由匯聚節(jié)點1B 向各自河道設置于河道的子區(qū)域節(jié)點群1中的雨量傳感節(jié)點1A發(fā)布周期偵聽接 力和休眠的任務，同時數傳電臺9.x向下一級數傳電臺轉發(fā)來自終端數傳電臺 10的任務消息，下一級數傳電臺再重復9.x相同的動作， ，這樣終端數傳電 臺10發(fā)布的任務被一直接力傳輸下去，直到數傳電臺9.1也接收到終端數傳電臺io發(fā)布的任務消息。在數傳電臺9接收到來自設置于河道的子區(qū)域節(jié)點群1中匯聚節(jié)點1B發(fā)來 的雨量和水位數據后，按9.1到9. x的傳輸方向，向汛情終端數據中心7回傳數 據信息，最后經數傳電臺9.x傳至終端數傳電臺10，然后通過RS232接口電路5 輸入到終端數據處理機6進行處理。4、 設置于壩區(qū)的子區(qū)域節(jié)點群1設置于壩區(qū)的子區(qū)域節(jié)點群1的布置方案與普通中大型水庫監(jiān)測系統(tǒng)中在 壩區(qū)的布置方案保持一致，壩區(qū)周圍的電子水位標尺2將水位數據傳送給各自鄰 近設置于大壩8的子區(qū)域節(jié)點群1的匯聚節(jié)點1B，匯聚節(jié)點IB再將水位數據和 雨量傳感節(jié)點1A傳來的雨量數據沿著數據傳輸梯度的方向回傳至汛情終端數據 中心7，即最后經設置于大壩8附近的子區(qū)域節(jié)點群1中的匯聚節(jié)點IB將水位 和雨量數據發(fā)送到終端數傳電臺10。5、 流速儀IO流速儀10選用ADCP流速儀，ADCP流速儀即一種聲學多普勒流速剖面儀， 通常放于船上，船上同時搭載數傳電臺9，直接將測得的徑流數據信息發(fā)送至汛 情終端數據中心7的終端數傳電臺10。測量船通常置于河流入庫口附近水域。 '6、終端數傳電臺10 終端數傳電臺10置于汛情終端數據中心7，負責接收來自流速儀ll、偵訊 節(jié)點3、第n子區(qū)域節(jié)點群1. n中的匯聚節(jié)點1B、以及遠離大壩8的設置于河道 的第x數傳電臺9. x發(fā)來的雨情及水情信息，并向設置于壩區(qū)的子區(qū)域節(jié)點群1 中的匯聚節(jié)點1B、以及第x數傳電臺9. x發(fā)布查詢任務信息。
權利要求
1、一種基于無線傳感網絡的水庫汛情實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括子區(qū)域節(jié)點群(1)，電子水位標尺(2)，RS232接口電路(5)和終端數據處理機(6)；其特征在于還包括偵訊節(jié)點(3)和終端匯聚節(jié)點(4)；子區(qū)域節(jié)點群(1)和電子水位標尺(2)無線連通；子區(qū)域節(jié)點群(1)、終端匯聚節(jié)點(4)、RS232接口電路(5)和終端數據處理機(6)依次連通；偵訊節(jié)點(3)和終端匯聚節(jié)點(4)無線連通；子區(qū)域節(jié)點群(1)內的雨量傳感節(jié)點(1A)和電子水位標尺(2)分別將采集到的雨量數據及水位數據傳送至所處子區(qū)域的匯聚節(jié)點(1B)，再按洪泛方式或地理能量高效路由機制沿著數據傳輸梯度的方向將數據回傳至置于汛情終端數據中心(7)的終端匯聚節(jié)點(4)，經終端數據處理機(6)處理實時得到水庫汛情；所述的子區(qū)域節(jié)點群(1)，即無線傳感水情網絡的n個子區(qū)域，包括雨量傳感節(jié)點(1A)和匯聚節(jié)點(1B)，用于采集和傳輸整個水庫區(qū)域的水情信息；所述的電子水位標尺(2)，在無線傳感網絡子區(qū)域節(jié)點群(1)附近布置，用于采集河道及壩區(qū)的水位信息；所述的偵訊節(jié)點(3)置于汛情終端數據中心(7)附近，用于全天候監(jiān)測降雨信息；所述的終端匯聚節(jié)點(4)位于汛情終端數據中心(7)，與子區(qū)域節(jié)點群(1)中與之鄰近的匯聚節(jié)點(1B)和偵訊節(jié)點(3)無線通信；在偵訊節(jié)點(3)探知降雨信息后，立即通過終端匯聚節(jié)點(4)告知汛情終端數據中心(7)，汛情終端數據中心(7)再通過終端匯聚節(jié)點(4)按洪泛方式或地理能量高效路由機制喚醒各子區(qū)域節(jié)點群(1)中處于休眠態(tài)的雨量傳感節(jié)點(1A)、匯聚節(jié)點(1B)和電子水位標尺(2)。
2、按權利要求1所述的一種基于無線傳感網絡的水庫汛情實時監(jiān)測系統(tǒng)， 其特征在于匯聚節(jié)點(1B)為雙匯聚節(jié)點方式，每個匯聚節(jié)點(1B)包括16位超低功耗微處理器(IB. 1)，電池電量監(jiān)測電路(1. B2 )和TRF6900無線傳輸模塊(IB. 3 ); 電池電量監(jiān)測電路(IB. 2)與16位超低功耗微處理器(IB. 1)的醒I 口相連， TRF6900無線傳輸模塊(IB. 3)的數據端與16位超低功耗微處理器(IB.l)的 串口及I/0 口相連。
3、 按權利要求1所述的一種基于無線傳感網絡的水庫汛情實時監(jiān)測系統(tǒng)， 其特征在于偵訊節(jié)點(3)包括雨量傳感器及信號調理電路(3.1)，電源交直流變換電 路(3. 2)，單片機(3. 3)， DS1820數字溫度計(3. 4), DS1302時鐘芯片(3. 5)， ADC0809 A/D轉換電路(3.6)， PTR2000無線傳輸模塊(3.7);單片機(3.3)分別與DS1820數字溫度計(3.4)、 DS1302時鐘芯片(3.5)、 ADC0809 A/D轉換電路(3.6)及PTR2000無線傳輸模塊(3.7)連接；電源交直 流變換電路(3.2)與其它各部分的電源端相連，提供所需的工作電壓。
4、 按權利要求1所述的一種基于無線傳感網絡的水庫汛情實時監(jiān)測系統(tǒng)， 其特征在于終端匯聚節(jié)點(4)包括16位超低功耗微處理器(4.1)，電池電量監(jiān)測電路 (4.2), TRF6900無線傳輸模塊(4.3)， MAX232電平轉換電路(4.4)，電源交直 流變換電路(4.5)， 4066四雙向模擬開關(4.6);16位超低功耗微處理器(4.1)分別與電池電量監(jiān)測電路(4.2)， TRF6900 無線傳輸模塊(4. 3)，區(qū)X232電平轉換電路(4. 4)， 4066四雙向模擬開關(4. 6) 連接；電源交直流變換電路(4.5)與其它各部分的電源端相連，提供穩(wěn)恒的工 作電壓。
5、 按權利要求1所述的一種基于無線傳感網絡的水庫汛情實時監(jiān)測系統(tǒng)， 其特征在于用超大型水庫的子區(qū)域節(jié)點群(12)取代原子區(qū)域節(jié)點群(1)，用終端數傳 電臺(10)取代原終端匯聚節(jié)點(4)，添加流速儀(11);所述的超大型水庫的子區(qū)域節(jié)點群(12)包括子區(qū)域節(jié)點群(1)和數傳電 臺(9)，在遠離壩區(qū)的河道沿途每6 10個子區(qū)域節(jié)點群1之間設置有一臺數傳 電臺(9)，并通過數傳電臺(9)無線連通；終端數傳電臺(10)分別與超大型 水庫的子區(qū)域節(jié)點群(12)、偵訊節(jié)點(3)、流速儀(11)無線連通，并通過RS232接口電路(5)與終端數據處理機(6)連通。
6、 一種基于無線傳感網絡的水庫汛情實時監(jiān)測流程，其特征在于-① 依次為開始(a)，偵訊節(jié)點監(jiān)測降雨(b)，降雨(c)—否，偵訊節(jié)點 監(jiān)測降雨(b);② 依次為開始(a)，偵訊節(jié)點監(jiān)測降雨(b)，降雨(c) 一是，通知終端 汛情數據中心(d)，汛情終端數據中心發(fā)出査詢任務(e)，喚醒各子區(qū)域所有節(jié) 點及電子水位標尺(f)，各子區(qū)域進行雨量及水位的數據采集(g),各子區(qū)域向 汛情終端數據中心回傳雨量及水位數據(h)，汛情終端數據中心處理數據及統(tǒng)一 調控(i)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無線傳感網絡的水庫汛情實時監(jiān)測系統(tǒng)，涉及一種水庫汛情監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明包括子區(qū)域節(jié)點群(1)，電子水位標尺(2)，RS232接口電路(5)和終端數據處理機(6)，偵訊節(jié)點(3)和終端匯聚節(jié)點(4)；子區(qū)域節(jié)點群(1)內的雨量傳感節(jié)點(1A)和電子水位標尺(2)分別將采集到的雨量數據及水位數據傳送至所處子區(qū)域的匯聚節(jié)點(1B)，再按洪泛方式或地理能量高效路由機制(GEAR)沿著數據傳輸梯度的方向將數據回傳至設置在汛情終端數據中心(7)的終端匯聚節(jié)點(4)，經終端數據處理機(6)處理實時得到水庫汛情。本發(fā)明能實時采集到水庫區(qū)域的雨量、水位和徑流信息；通信可靠，實時性好，計量準確，微功耗、低成本。
文檔編號H04L12/28GK101166127SQ20061012477
公開日2008年4月23日 申請日期2006年10月16日 優(yōu)先權日2006年10月16日
發(fā)明者文必洋, 濤 熊, 熊昌侖, 宏 鄭 申請人:武漢大學