9脚）和声波信号调理电路E06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E06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E07中型号为LM124J的四运算放大器UlOA的4脚电连接。
[0081] ZigBee通信单元ElO与控制和数据处理单元E08中CC2538芯片的RF_P、RF_N脚 电连接；压力传感器E02通过它的信号线与压力信号采集单元E05中的精密可变电阻R58 的一端电连接；声波传感器E03通过BNC接头连接到声波传感器调理单元E06 ;pH值传感器 E04通过BNC接头连接到pH传感器调理单元E07 ;压力信号采集单元E05的输出接入控制 和数据处理单元E08中CC2538芯片的I/O 口 19脚即PA3 ;声波传感器调理单元E06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E08中CC2538 芯片的I/O 口 20脚PA4电连接；pH值传感器调理单元E07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E08中CC2538芯片的I/O 口 21脚PA5 电连接；GPS天线Ell通过SMA接口 J4接到时间同步单元E09上；时间同步单元E09的21 脚RXD1、20脚TXDl分别与控制和数据处理单元E08中CC2538芯片的17脚即PA1、16脚即 PAO相连。
[0082] 所述的路由器节点R包括1号路由器节点R_l、2号路由器节点R-2、……、M号路 由器节点R-M，其中：M为大于等于0的整数。1号路由器节点R-I通过无线传输的方式从终 端节点E接收上述各类传感器数据信号，并将数据传递到下一个路由器节点即2号路由器 节点R-2,依次类推，下面的每一个路由器节点即M号路由器节点R-M接收上一个即M-I号 路由器节点R-(M-I)的数据，将数据传递到下一个路由器节点即M号路由器节点R-M，直到 M号路由器节点R-M将数据通过无线传输的方式传递到ZigBee-GPRS网关G，对于每一次信 息传递，这里的η < 5, η为路由器节点传递次数。
[0083] 本发明所述的终端节点Ε、路由器节点R与ZigBee-GPRS网关G组成的ZigBee无 线传感器网络遵循TI制定的ZSTACK2007协议栈，即无线传感器网络的信号处理流程与网 络结构都需要按照ZSTACK2007协议栈规定执行。按照ZSTACK2007协议栈规定，ZigBee无 线传感器网络的最大节点数是65535,最大网络深度为5,每个父节点拥有的子节点最大数 目为20,每个父节点拥有的子节点中路由器节点的最大数量为6,也就是从ZigBee-GPRS 网关G到终端节点最多只能经过5个路由器节点，直接连接到ZigBee-GPRS网关G和路由 器节点R的下级路由器节点R-M和终端节点E的数量最多为20个，其中路由器节点R最多 为6个，组成一个网的节点总数不超过65535个。也即N+M〈 = 65534。
[0084] 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与终端节点E同样 包括供电单元ROl、压力传感器R02、声波传感器R03、pH值传感器R04、压力信号采集单元 R05、声波信号调理单元R06、pH值信号调理单元R07、控制和数据处理单元R08、时间同步单 元R09、ZigBee通信单元RlO与GPS天线Rll等部分，且每个单元的电路与终端节点E的电 路相同，路由器节点R同样具有数据采集功能，可以采集传感器信号。路由器节点R与终端 节点E之间的区别为路由器节点R的内部程序也与终端节点E不同，它的程序使它具有路 由数据、扩展网络的功能；路由器节点R还运行能量节约算法，使相邻路由器节点R轮流用 来路由数据，均衡使用路由器节点R能量，尽量延长网络生存时间。
[0085] 所述的ZigBee-GPRS网关G用来收集一个区域内终端节点E和路由器节点R发送 来的数据，再通过ZigBee-GPRS网关G发送到数据处理中心A。ZigBee通信具有通信距离 短的缺点，而当终端节点E与数据处理中心A距离较远时，采用具有最大网络深度限制的路 由器节点R依次将数据传送到数据处理中心A的方式是不现实的，需要一种更高效的方式。 而GPRS通信具有接入范围广、实时在线、传输速率高等优点，适用于远距离数据传输。可以 采用GPRS通信方式，将数据由远端的ZigBee-GPRS网关上传到GPRS网络，由公共的GPRS 网络传送数据，再由数据处理中心A的GPRS通信单元A03采用GPRS通信方式接收数据。
[0086] 参阅图11，在ZigBee-GPRS网关G和数据处理中心A的GPRS通信单元A03中用到 的GPRS单元都是S頂900A单元。型号为S頂900的模块是S頂COM公司生产的一个通信模 块，它具有语音通话、短信收发、GPRS网络数据收发、彩信收发等功能。型号为S頂900的芯 片的外围电路主要包括S頂卡芯片插槽、静电保护芯片SMF05C电路和电源电路。
[0087] 所述的S頂900单元包括型号为S頂900的模块U3、S頂卡插槽U4、型号为SMF05C 的静电保护芯片U5、电阻R26、R27、R28、电容C7到C15、SMA天线接口 J5。
[0088] ZigBee-GPRS网关G由GPRS单元和ZigBee单元两部分组成，其中GPRS单元即为 上述的S頂900单元，ZigBee单元也称为CC2538单元，其电路与终端节点E的控制和数据 处理单元E08、ZigBee通信单元ElO相同。GPRS单元与ZigBee单元的连接部分为：型号为 S頂900A的芯片的9脚即TXD_0、10脚即RXD_I分别与CC2538芯片的17脚即PA1、16脚即 PAO连接来传输数据。
[0089] 所述的数据处理中心A位于自来水厂等供水控制机构的专用控制室内，用作整个 系统的控制和指挥，存储并处理无线传感器网络传递的数据，实时显示管道内数据变化，对 泄漏和水质的变化进行预警，当水质变化或管道泄漏时及时作出响应。
[0090] 参阅图4,所述的数据处理中心A包括数据处理与预警单元A01、数据存储单元 A02、GPRS通信单元A03、控制中心A04和响应中心A05。
[0091] 所述的数据处理中心A的GPRS通信单元A03从ZigBee-GPRS网关G接收管道参 数数据，并将数据发送给数据处理中心A的数据存储单元A02, GPRS通信单元A03为一块电 路板，它可以分成两部分，S頂900单元和串口通信单元，S頂900单元用来接收ZigBee-GPRS 网关G发送来的数据，GPRS通信单元A03的S頂900单元的电路与ZigBee-GPRS网关G的 S頂900单元电路相同。串口通信单元用来将GPRS通信单元A03接收的数据发送给数据存 储单元A02,即串口通信单元连接GPRS通信单元A03和数据存储单元A02。
[0092] 参阅图12, GPRS通信单元A03与数据存储单元A02的串口通信电路由型号为 SP3232的串口收发器芯片U14、电容C55、电容C56、电容C57、电容C58、电容C59、RS232接 口组成。
[0093] GPRS通信单元A03的S頂900单元与串口通信单元的链接方式为：在电路板上，型 号为SP3232的串口收发器芯片U14的9脚、10脚、11脚、12脚分别连接GPRS通信单元A03 的S頂900A的8脚、7脚、9脚、10脚，GPRS通信单元A03的串口 RS232通过串口连接线与数 据存储单元A02的串口连接。
[0094] 所述的数据存储单元A02、数据处理与预警单元AO1、控制中心A04与响应中心A05 都是独立的服务器或数据存储单元电脑主机，它们互相之间采用互联网连接。所述的数据 存储单元A02用于存储所述的管道参数数据，它一般是一台服务器，将各种数据存储到数 据库中。同时它也是整个网络的中心，整个系统的数据要在数据存储单元A02存储，数据处 理中心A的其余部分数据处理及预警单元A01、控制中心A04、响应中心A05都是只直接调 用数据存储单元A02存储的数据。数据存储单元A02要保持一天24小时开机，用来接收、 存储数据，为数据处理及预警单元A01、控制中心A04、响应中心A05的数据调用提供服务。
[0095] 所述的数据处理及预警单元A01，调用数据存储单元A02存储的数据，对接收到的 管道参数数据进行进一步分析、信号处理，确定是否真的发生了泄漏及水质变化，根据管道 数据的变化程度判断泄漏的大小程度，设定泄漏的不同等级，根据结果对管道泄漏、水质变 化进行预警，将预警信息发送给数据存储单元A02,然后数据处理及预警单元AOl运行定位 算法对声波数据进行运算，得到泄漏点的准确位置，并将结果发送给数据存储单元A02存 储以备调用。它在硬件上是一台联接互联网的数据处理及预警单元电脑，软件上主要是泄 漏判决软件与泄漏定位软件。
[0096] 所述的控制中心A04,调用数据存储单元A02存储的数据对管道上各个节点的数 据情况进行实时显示，当数据处理及预警中心AOl发出的各种预警时，数据存储单元A02存 储的管道泄漏、水质变化预警信息及泄漏点位置也都实时显示出来，提示控制人员及时发 布决策，同时控制中心A03的控制人员向响应中心A05发出指令，根据管道泄漏的等级对响 应中心A05的应对措施作出提示。它在硬件上是一台联接互联网的控制中心电脑，在软件 上主要是管道参数实时显示软件，预警情况与泄漏点位置也在该软件中显示。
[0097] 所述的响应中心A05当管道发生泄漏或水质发生变化时，根据情况作出相应处理 响应。响应中心A05由数据终端、维修人员、各种维修设备组成。响应中心A05的数据终端 对管道上各个节点的数据情况进行实时显示，当发生管道泄漏、水质变化情况时，实时显示 控制中心A04作出的各种决策，响应中心A05的维修人员根据这些决策作出相应措施。响 应中心A05的数据终端在硬件上是一台联接互联网的响应中心电脑，软件上运行管道参数 实时显示软件，控制中心A04作出的决策也在该软件中显示。
[0098] 参阅图13,基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统的监测步骤为：
[0099] 1.基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统由终端节点E、ZigBee路由 器节点R、ZigBee-GPRS网关G与数据