[发明专利]大坝安全监控的ZigBee无线自组网系统及监控方法

说明书

技术领域

本发明属于水利工程安全监控领域和嵌入式系统与无线通信领域相结合的交叉研究，具体涉及大坝安全监控的ZigBee无线自组网系统及监控方法。

背景技术

随着传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术的迅速发展，无线传感器网络应运而生。无线传感器网络从智能感知检测、传输到接收、处理全程数字化方式，对工程所关心的物理变量进行连续实时监测，及时捕捉变量变化的特征信息，通过无线方式将监测数据及时发送到远程安全监控中心，可实现恶劣环境下工程可靠监测采集与大范围数据实时安全传输。所以，无线传感器网络作为一种新兴技术，已成为国内外研究的热点，在很多领域的应用展现出其广阔的应用前景。而ZigBee协议低功耗、低成本、低速率、高容量、协议简单以及安全性高的特点，为无线传感器网络的具体工程应用更提供了广泛的平台

对于许多大坝工程，布设完善先进的安全监测系统是工程良好运营的重要保障，众所周知，大坝安全监测仪器是人们了解大坝运行状态的耳目，要求能够在恶劣环境下长期稳定可靠的检测出大坝微小的物理量变化，但现有大坝监测系统主要为人工方式和有线连接方式，有线方式价格昂贵、所测范围有限，且布线调整、扩充、维护都很不方便，而且环境变量的检测、传输到接收、处理都没有真正实现实时化和网络化，影响了采集信息传输和分析的实时性和准确性，所以无法及时反映工程环境变量的动态变化，出现问题时不能及时发出报警。

随着大型大坝工程的增多和高科技的应用，大坝安全监测向一体化、自动化、数字化、智能化方向发展将是其发展的必然趋势。大坝安全监控的ZigBee无线自组网系统，是综合了数据采集、微小信号处理、现代网络、短距离无线通信、嵌入式计算机、分散式信息处理等多学科新兴前沿技术，能构成恶劣环境中大坝无线监测、无线传输的数字化远程自动监控网络系统。实现对所关心物理变量的在线高精度监测与传输，对大坝健康诊断提供及时可靠的评价依据。

发明内容

本发明的目的是针对现有大坝安全监测技术的不足，提出了一种大坝安全监控的ZigBee无线自组网系统及监控方法，克服现有人工监测和有线监测劳动强度大、布线困难、成本高、监测范围有限以及实效性差等弊端。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

大坝安全监控的ZigBee无线自组网系统，包括数据采集层、数据传输层和远程监控中心，所述数据采集层包括传感器组、基于ZigBee网络的信息采集节点、路由节点和协调器节点，传感器组设置于基于ZigBee网络的信息采集节点上，所述基于ZigBee网络的信息采集节点通过路由节点和协调器节点通信，协调器节点通过数据传输层和远程监控中心通信。

所述基于ZigBee网络的信息采集节点由集成了微处理器和无线收发器的CC2430模块、电源模块、数/模转换模块、时钟电路模块、存储电路模块、驱动控制输出模块、通讯接口电路模块共同组成。

所述传感器组包括应力传感器、应变传感器、位移传感器、沉降传感器、测压水位传感器和温度传感器。

所述的协调器节点采用ZigBee方式与路由节点连接，并通过GPRS/CDMA数传设备与远程安全监控中心连接。

大坝安全监控的ZigBee无线自组网系统的监控方法如下：

大坝的远程监控中心通过数据传输层对大坝现场数据采集层发布各种操作指令和接收来自现场基于ZigBee网络的信息采集节点发送的采集信息；现场ZigBee节点包括信息的采集节上布置有应力传感器、应变传感器、位移传感器、沉降传感器、测压水位传感器和温度传感器，所述传感器采集大坝现场数据并通过2.4GHz的ISM频段与上层路由节点和协调器节点构成基于IEEE 802.15.4技术标准和ZigBee网络协议的ZigBee无线传感器网络即数据采集层；所述数据采集层负责现场大坝信息的采集，连接邻居节点来扩展网络覆盖范围以及完成组网功能和响应监控中心发出的控制指令。

本发明具有如下有益效果：

(1)融合传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，结合ZigBee无线传感器网络和GPRS通信技术，组建具有智能组网和无线数据采集、传输功能的大坝安全监控系统，达到了安全监测的信息化和实时性，真正实现了大坝安全监测的实时无线监测和传输。