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] 本实用新型设及一种供水管道泄漏监测装置，更确切地说，本实用新型设及一种 基于Zi浊ee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屯、，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W保 证。
【发明内容】
[0004] 本实用新型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Zi浊ee无线传感器网络的 供水管道监测系统和方法。
[000引为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的：所述的基于 Zi浊ee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、Zi浊ee-GPRS网 关G与数据处理中屯、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、……、1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，W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与数据处理中屯、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、抑值信号调理单元、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C37UC381的一端分别 与控制和数据处理单元中型号为CC2538的忍片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接头与抑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的忍片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的放大器忍片U9的6脚与控制和数据处 理单元中型号为CC2538的忍片U的I/O口 20脚PA4电连接;抑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的忍片U 的I /0 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RXDlJO脚即TXDl依次与控制和数据处理单元中型号为CC2538的忍片的17脚即 PAUl 6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的忍片Ul的输出端即2脚和控制和数据处理单元中型号为 CC2538的忍片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AMSl 117的忍片Ul的输出端即2脚和时间同步单元中型号为 UK1612U7M化的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的负端与抑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的忍 片U13的9脚和声波信号调理单元的型号为0P37GS的运算放大器忍片U6的7脚、型号为 0P37GS的运算放大器忍片U7的7脚、型号为INA128P的放大器忍片U8的7脚与型号为INA128P 的放大器忍片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的运算放大器忍片U6的4脚、型号为0P37GS的运算放大器忍片U7的4脚、 型号为INA128P的放大器忍片U8的4脚与型号为INA128P的放大器忍片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GI^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屯、A包括数据处理与预警单元、数据存储单元、GPRS通 信单元、控制中屯、与响应中屯、。所述的数据处理与预警单元、数据存储单元、GPRS通信单元、 控制中屯、与响应中屯、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，控制中屯、 是一台联接互联网的控制中屯、电脑，响应中屯、是一台联接互联网的响应中屯、电脑，数据处 理与预警单元、数据存储单元、控制中屯、与响应中屯、之间采用互联网连接。
[0014]与现有技术相比本实用新型的有益效果是：
[001引1.价格低廉
[0016] 本实用新型所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统采用基于 Zi浊ee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] 本实用新型所述的基于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W沿着供水管道大规模 部署。
[0019] 3.可靠性高
[0020] 本实用新型所述的基于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Zi浊ee网络，为断开的网络链接寻 找新的路径，基于Zi浊ee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] 本实用新型所述的基于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] 下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：
[0024] 图1为本实用新型所述的基于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为本实用新型所述的基于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为本实用新型所述的基于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为本实用新型所述的基于ZigBee无线传感器网络的供水管道监测系统中数据 处理中屯、的结构原理框图；
[0028] 图5-1为本实用新型所述的基于Zi浊ee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为本实用新型所述的基于Zi浊ee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为本实用新型所述的基于Zi浊ee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为本实用新型所述的基于Zi浊ee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为本实用新型所述的基于Zi浊ee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为本实用新型所述的基于Zi浊ee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为本实用新型所述的基于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为本实用新型所述的基于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为本实用新型所述的基于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