基于ZigBee技术的水文水利监测无线数据传输网络

应 用：河道水文水利监测、湖泊水库监测、沿海潮汛潮位监测

一、应用需求

　　我国对于江河水文的监测非常重视，在原有的水文监测点的基础上，各地的水文监测站纷纷建立了一些无人值守的水文检测点，以监测更广的水文和水利情况，包括水流速度、水面高度、水质、流量、潮位、降水量等参数。

二、监测系统概述

　　一套由水文遥测系统和计算机通信网络组成的水文计算机防汛检测系统，可以通过设立在各个水文监测点的数据采集单元和无线传送及网络通讯系统将各监测点搜集的水文信息及时传送到水利局或防汛指挥部，供防汛调度决策使用。

系统组成：

　　水文与防汛监测系统由流域管理中心、分中心(各县市)监测站、现场水文遥测单元构成一套三级网络。系统的建成，将改善水文信息的收集、传递和处理手段，缩短数据收集和预报作业所需的时间，提高信息收集和传递的可靠性，提高流域防汛信息处理能力。

　　流域管理中心通过计算机局域网或广域网与各地分中心监测站之间进行数据传输，每隔一段时间对各分中心监测站的数据进行收集，并主要为以下应用系统提供数据：
·防汛信息收集处理系统
·汛情监视系统
·防汛会商显示系统
·信息查询系统
·气象服务系统
·洪水预报调度系统
·灾情评估系统等

通信网络：

　　分中心监测站由一台微机或几台微机构成的局域网作为水文监测工作站，通过ZIGBEE无线方式，能在很短的时间内完成一次辖区范围内各监测站的扫描，监测水文遥测系统的工作状态，并能判断各设备是否正常工作，可方便扩充，并能实现状态采集和遥控输出。分中心流域管理中心通过有线方式或GPRS通信模式接受流域中心管理，与各水文遥测单元(HTU)以无线ZIGBEE方式通信，除可正常采集数据外，还可对各监测单元进行远程组态配置，修改设定。

　　各水文遥测单元根据防汛水文监测要求，安装在河流、水库的指定地点，以野外无人值守方式工作，配备一台数据采集单元、无线电台、和雨量计、水位计、风向风速计等水文监测仪表，本站可保留六个月以上数据，通过ZIGBEE无线通讯可受上级监测站(分中心)的控制，任意设定测试时段，校准机时上下一致，系统供电具有双电源系统和蓄电池以及太阳能电池，停电时太阳能电池自动供电，确保正常有效工作。对山区和距离较远的监测点，还有遥测中继站，能接受并转发信号，亦由太阳能电池供电，保持长期可靠运行。

系统特点：

1、建立一个综合水文监测系统，每隔一段时间就可对全流域的水文信息进行一次收集，及时准确地掌握流域水文情况。　　

2、在汛期，对各地的雨量和水位的涨落趋势进行准确定位，为防汛决策提供了可靠的资料和依据，使有关部门能及时采取对策，化解险情。　　

3、系统采用模块化结构，可方便扩充，且具有远程诊断功能，安装维护方便。 将远端采集点的数据实时、可靠地发送到各级监控中心。并接收各级监控中心的控制指令。随着无线通信技术的不断发展，近年来出现了面向低成本设备无线联网要求的技术，称之为zigbee，它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制、远程控制领域及家用设备联网，我们采用zigbee技术和GPRS/CDMA技术结合，可以为水文水利系统的远程数据传输通信提供很好的解决方案。
四、Zigbee技术特点

通信可靠

　　系统采用了CSMA－CA的碰撞避免机制，避免了发送数据时的竞争和冲突；采用完全确认的数据传输机制，保证信息传输的可靠性；

网络的自组织、自愈能力强

　　zigbee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；

　　zigbee自愈功能：增加、删除或移动节点，节点发生故障等等，网络都能够自我修复无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。

成本低廉

　　设备的复杂程度低，且Zigbee协议是免专利费的，这些可以有效地降低设备成本；Zigbee的工作频段灵活，为免执照频段的2.4GHz，就是没有使用费的无线通信。

网络容量大

　　一个ZigBee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在200多个ZigBee网络。