基于ZigBee技術的水文水利監(jiān)測無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡
一、應用需求
我國對于江河水文的監(jiān)測非常重視,在原有的水文監(jiān)測點的基礎上,各地的水文監(jiān)測站紛紛建立了一些無人值守的水文檢測點,以監(jiān)測更廣的水文和水利情況,包括水流速度、水面高度、水質(zhì)、流量、潮位、降水量等參數(shù)。
二、監(jiān)測系統(tǒng)概述
一套由水文遙測系統(tǒng)和計算機通信網(wǎng)絡組成的水文計算機防汛檢測系統(tǒng),可以通過設立在各個水文監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集單元和無線傳送及網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)將各監(jiān)測點搜集的水文信息及時傳送到水利局或防汛指揮部,供防汛調(diào)度決策使用。
系統(tǒng)組成:
水文與防汛監(jiān)測系統(tǒng)由流域管理中心、分中心(各縣市)監(jiān)測站、現(xiàn)場水文遙測單元構成一套三級網(wǎng)絡。系統(tǒng)的建成,將改善水文信息的收集、傳遞和處理手段,縮短數(shù)據(jù)收集和預報作業(yè)所需的時間,提高信息收集和傳遞的可靠性,提高流域防汛信息處理能力。
流域管理中心通過計算機局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)與各地分中心監(jiān)測站之間進行數(shù)據(jù)傳輸,每隔一段時間對各分中心監(jiān)測站的數(shù)據(jù)進行收集,并主要為以下應用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù):
·防汛信息收集處理系統(tǒng)
·汛情監(jiān)視系統(tǒng)
·防汛會商顯示系統(tǒng)
·信息查詢系統(tǒng)
·氣象服務系統(tǒng)
·洪水預報調(diào)度系統(tǒng)
·災情評估系統(tǒng)等
通信網(wǎng)絡:
分中心監(jiān)測站由一臺微機或幾臺微機構成的局域網(wǎng)作為水文監(jiān)測工作站,通過ZIGBEE無線方式,能在很短的時間內(nèi)完成一次轄區(qū)范圍內(nèi)各監(jiān)測站的掃描,監(jiān)測水文遙測系統(tǒng)的工作狀態(tài),并能判斷各設備是否正常工作,可方便擴充,并能實現(xiàn)狀態(tài)采集和遙控輸出。分中心流域管理中心通過有線方式或GPRS通信模式接受流域中心管理,與各水文遙測單元(HTU)以無線ZIGBEE方式通信,除可正常采集數(shù)據(jù)外,還可對各監(jiān)測單元進行遠程組態(tài)配置,修改設定。
各水文遙測單元根據(jù)防汛水文監(jiān)測要求,安裝在河流、水庫的指定地點,以野外無人值守方式工作,配備一臺數(shù)據(jù)采集單元、無線電臺、和雨量計、水位計、風向風速計等水文監(jiān)測儀表,本站可保留六個月以上數(shù)據(jù),通過ZIGBEE無線通訊可受上級監(jiān)測站(分中心)的控制,任意設定測試時段,校準機時上下一致,系統(tǒng)供電具有雙電源系統(tǒng)和蓄電池以及太陽能電池,停電時太陽能電池自動供電,確保正常有效工作。對山區(qū)和距離較遠的監(jiān)測點,還有遙測中繼站,能接受并轉發(fā)信號,亦由太陽能電池供電,保持長期可靠運行。
1、建立一個綜合水文監(jiān)測系統(tǒng),每隔一段時間就可對全流域的水文信息進行一次收集,及時準確地掌握流域水文情況。
2、在汛期,對各地的雨量和水位的漲落趨勢進行準確定位,為防汛決策提供了可靠的資料和依據(jù),使有關部門能及時采取對策,化解險情。
3、系統(tǒng)采用模塊化結構,可方便擴充,且具有遠程診斷功能,安裝維護方便。 將遠端采集點的數(shù)據(jù)實時、可靠地發(fā)送到各級監(jiān)控中心。并接收各級監(jiān)控中心的控制指令。隨著無線通信技術的不斷發(fā)展,近年來出現(xiàn)了面向低成本設備無線聯(lián)網(wǎng)要求的技術,稱之為zigbee,它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術,主要適合于自動控制、遠程控制領域及家用設備聯(lián)網(wǎng),我們采用zigbee技術和GPRS/CDMA技術結合,可以為水文水利系統(tǒng)的遠程數(shù)據(jù)傳輸通信提供很好的解決方案。
四、Zigbee技術特點
通信可靠
系統(tǒng)采用了CSMA-CA的碰撞避免機制,避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突;采用完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制,保證信息傳輸?shù)目煽啃裕?/P>
網(wǎng)絡的自組織、自愈能力強
zigbee的自組織功能:無需人工干預,網(wǎng)絡節(jié)點能感知其他節(jié)點的存在,并確定連接關系,組成結構化的網(wǎng)絡;
zigbee自愈功能:增加、刪除或移動節(jié)點,節(jié)點發(fā)生故障等等,網(wǎng)絡都能夠自我修復無需人工干預,保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作。
成本低廉
設備的復雜程度低,且Zigbee協(xié)議是免專利費的,這些可以有效地降低設備成本;Zigbee的工作頻段靈活,為免執(zhí)照頻段的2.4GHz,就是沒有使用費的無線通信。
網(wǎng)絡容量大
一個ZigBee網(wǎng)絡可以容納最多254個從設備和一個主設備,一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在200多個ZigBee網(wǎng)絡。
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