基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种供水管道泄漏监测装置，更确切地说，本发明涉及一种基于 ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统。
【背景技术】
[0002] 水资源是关系国计民生的一项重要资源，目前全世界范围内对节水工作都非常重 视。我国是世界缺水大国之一，节水形势非常严峻，大部分城市供水系统的质量并未随着经 济的快速增长而改善，而是老化度和复杂度逐年增长，状况堪忧，据统计数据显示我国大城 市每年的水资源的漏失率普遍超过20%，为了减少漏失率，一套可靠的管道泄漏监测装置 是十分必要的。
[0003]目前无线管道监测装置大多是采用GPRS无线传输通信方式，直接将数据从数据 采集节点经由通信基站发回数据中心，它们没有采用无线传感器网络，具有节点功率高、成 本高、需要较高的服务费用的缺点，而采用基于ZigBee无线传感器网络的系统监测管道， 造价低，用电省，无需使用长距离线缆，可靠性高、服务免费。在检测和定位方法方面一般仅 监测压力改变情况或在泄漏发生后采用音波检测法，监测的准确度和定位的精确度都难以 保证。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是克服了目前供水管道泄漏监测装置造价高、耗电 多、需要服务费用、泄漏点定位不准确的问题，提供了一种基于ZigBee无线传感器网络的 供水管道监测系统和方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的基于ZigBee无 线传感器网络的供水管道监测系统包括终端节点E、路由器节点R、ZigBee-GPRS网关G与 数据处理中心A ;
[0006] 所述的终端节点E包括1号终端节点、2号终端节点、……、N号终端节点；其中： N取大于等于1的自然数。
[0007] 所述的路由器节点R包括1号路由器节点、2号路由器节点、……、M号路由器节 点；其中：M取大于等于0的整数。
[0008] 终端节点E与1号路由器节点采用无线传输方式连接，1号路由器节点与2号 路由器节点采用无线传输方式连接，以此类推，（M-I)号路由器节点与M号路由器节点采 用无线传输方式连接;M号路由器节点与ZigBee-GPRS网关G采用无线传输方式连接， ZigBee-GPRS网关G与数据处理中心A采用无线传输方式连接。
[0009] 技术方案中所述的依次采用无线传输方式连接的1号路由器节点至M号路由器节 点的个数为小于等于5。
[0010] 技术方案中所述的1号终端节点、2号终端节点、……、N号终端节点的结构相同， 皆包括供电单元、压力传感器、声波传感器、PH值传感器、压力信号采集单元、声波信号调理 单元、pH值信号调理单元、控制和数据处理单元、时间同步单元、ZigBee通信单元与GPS天 线。所述的供电单元输出端和控制和数据处理单元、时间同步单元、压力传感器、PH值信号 调理单元与声波信号调理单元的输入端电连接。ZigBee通信单元的电容C371、C381的一 端分别与控制和数据处理单元中型号为CC2538的芯片U的RF_P脚、RF_N脚电连接；压力 传感器的信号线与压力信号采集单元中的精密可变电阻R58的一端电连接；声波传感器的 BNC接头与声波传感器调理单元电连接；pH值传感器的BNC接头与pH传感器调理单元电连 接；压力信号采集单元的输出端和控制和数据处理单元中型号为CC2538的芯片U的I/O 口 19脚即PA3电连接；声波传感器调理单元的输出端即型号为INA128P的放大器芯片U9的6 脚与控制和数据处理单元中型号为CC2538的芯片U的I/O 口 20脚PA4电连接；pH值传感 器调理单元的输出端即型号为LM124J的四运算放大器UlOA的1脚与控制和数据处理单元 中型号为CC2538的芯片U的I/O 口 21脚即PA5电连接；GPS天线通过SMA接口 J4与时间 同步单元电连接；时间同步单元的21脚即RXD1、20脚即TXDl依次与控制和数据处理单元 中型号为CC2538的芯片的17脚即PA1、16脚即PAO电连接。
[0011] 技术方案中所述的供电单元输出端和控制和数据处理单元、时间同步单元、压力 传感器、PH值信号调理单元与声波信号调理单元的输入端电连接是指：所述的供电单元由 5V转3. 3V电路、5V转12V升压电路、5V转-12V电路与5V转+-15V电路组成。供电单元中 5V转3. 3V电路中的型号为AMS1117的芯片Ul的输出端即2脚和控制和数据处理单元中型 号为CC2538的芯片U的10脚、15脚、24脚、32脚、55脚、33脚、36脚、39脚、40脚、41脚与 43脚电连接，5V转3. 3V电路中的型号为AMS1117的芯片Ul的输出端即2脚和时间同步单 元中型号为UK1612U7M3L的GPS模块UlO的23脚电连接；供电单元中5V转12V电路的输 出端即肖特基二极管D5的负端与pH值信号调理单元中型号为CA3140的高阻集成运算放 大器Al的7脚电连接；供电单元中5V转12V电路的输出端与压力传感器的电源端电连接； 供电单元中5V转-12V电路输出端即肖特基二极管D6的负端与pH值信号调理单元中型号 为CA3140的高阻集成运算放大器A2的4脚电连接；供电单元中5V转+-15V电路中+15V 的输出端即型号为TPS61080的芯片U13的9脚和声波信号调理单元的型号为0P37GS的运 算放大器芯片U6的7脚、型号为0P37GS的运算放大器芯片U7的7脚、型号为INA128P的 放大器芯片U8的7脚与型号为INA128P的放大器芯片U9的7脚电连接；-15V的输出端即 肖特基二极管D8的正端和声波信号调理电路的型号为0P37GS的运算放大器芯片U6的4 脚、型号为0P37GS的运算放大器芯片U7的4脚、型号为INA128P的放大器芯片U8的4脚 与型号为INA128P的放大器芯片U9的4脚电连接，-15V的输出端即肖特基二极管D8的正 端和PH值信号调理单元中型号为LM124J的四运算放大器UlOA的4脚电连接。
[0012] 技术方案中所述的1号路由器节点、2号路由器节点、……与M号路由器节点的 结构相同，路由器节点R的结构和终端节点E的结构相同，路由器节点R包括供电单元、压 力传感器、声波传感器、PH值传感器、压力信号采集单元、声波信号调理单元、pH值信号调 理单元、控制和数据处理单元、时间同步单元、ZigBee通信单元与GPS天线，且路由器节点R 中每个单元的电路依次与终端节点E中相对应的单元的电路相同。
[0013] 技术方案中所述数据处理中心A包括数据处理与预警单元、数据存储单元、GPRS 通信单元、控制中心与响应中心。所述的数据处理与预警单元、数据存储单元、GPRS通信单 元、控制中心与响应中心都是独立的服务器或电脑，更确切地说：数据处理及预警单元是一 台联接互联网的数据处理及预警单元电脑，数据存储单元是一台联接互联网的数据存储单 元服务器，GPRS通信单元的串口 RS232通过串口连接线与数据存储单元的串口连接，控制 中心是一台联接互联网的控制中心电脑，响应中心是一台联接互联网的响应中心电脑，数 据处理与预警单元、数据存储单元、控制中心与响应中心之间采用互联网连接。
[0014] 与现有技术相比本发明的有益效果是：
[0015] 1.价格低廉
[0016] 本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统采用基于ZigBee 无线传感器网络技术的节点为主要器件，无需采用线缆，大大降低了系统的价格。
[0017] 2.便于大规模部署
[0018] 本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统采用无线传感器 网络技术，每个节点的体积都比较小，价格低廉，耗电量小，可以沿着供水管道大规模部署。
[0019] 3.可靠性高
[0020] 本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统采用ZigBee技 术，路由器节点负责路由的发现和维护，它们能够自愈ZigBee网络，为断开的网络链接寻 找新的路径，基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统的整体可靠性高。
[0021] 4.定位精确度高
[0022] 本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统综合采用负压波 法和声波检测法，既能及时对泄漏发生进行预警，又能够准确定位泄漏点的位置。
【附图说明】
[0023] 下面结合附图对本发明作进一步的说明：
[0024] 图1为本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统的结构原 理示意框图；
[0025] 图2为本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统中终端节 点安装位置的示意图；
[0026] 图3为本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统中终端节 点的结构原理框图；
[0027] 图4为本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统中数据处 理中心的结构原理框图；
[0028] 图5-1为本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统中终端 节点的供电单元中的5V转3. 3V电路的结构原理图；
[0029] 图5-2为本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统中终端 节点的供电单元中的5V转12V升压电路的结构原理图；
[0030] 图5-3为本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统中终端 节点的供电单元中的5V转-12V电路的结构原理图；
[0031] 图5-4为本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统中终端 节点的供电单元中的5V转+-15V电路的结构原理图；
[0032] 图6-1为本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统中终端 节点的控制和数据处理单元的电源调节部分电路结构原理图；
[0033] 图6-2为本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统中终端 节点的控制和数据处理单元、ZigBee通信单元的电路结构原理图；
[0034] 图7为本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统中终端节 点的压力信号采集单元的电路结构原理图；
[0035] 图8为本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统中终端节 点的声波信号调理单元的电路结构原理图；
[0036] 图9为本发明所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统中终端节 点的PH值信号调理单元的电路结构原理图；
[0037] 图10为本发明所述的基于ZigBee