基于ZigBee技術的水文水利監測無線數據傳輸網絡

一、應用需求

我國對于江河水文的監測非常重視，在原有的水文監測點的基礎上，各地的水文監測站紛紛建立了一些無人值守的水文檢測點，以監測更廣的水文和水利情況，包括水流速度、水面高度、水質、流量、潮位、降水量等參數。

二、監測系統概述

一套由水文遙測系統和計算機通信網絡組成的水文計算機防汛檢測系統，可以通過設立在各個水文監測點的數據采集單元和無線傳送及網絡通訊系統將各監測點搜集的水文信息及時傳送到水利局或防汛指揮部，供防汛調度決策使用。

系統組成：

水文與防汛監測系統由流域管理中心、分中心(各縣市)監測站、現場水文遙測單元構成一套三級網絡。系統的建成，將改善水文信息的收集、傳遞和處理手段，縮短數據收集和預報作業所需的時間，提高信息收集和傳遞的可靠性，提高流域防汛信息處理能力。
　　流域管理中心通過計算機局域網或廣域網與各地分中心監測站之間進行數據傳輸，每隔一段時間對各分中心監測站的數據進行收集，并主要為以下應用系統提供數據：
·防汛信息收集處理系統
·汛情監視系統
·防汛會商顯示系統
·信息查詢系統
·氣象服務系統
·洪水預報調度系統
·災情評估系統等

通信網絡：

分中心監測站由一臺微機或幾臺微機構成的局域網作為水文監測工作站，通過ZIGBEE無線方式，能在很短的時間內完成一次轄區范圍內各監測站的掃描，監測水文遙測系統的工作狀態，并能判斷各設備是否正常工作，可方便擴充，并能實現狀態采集和遙控輸出。分中心流域管理中心通過有線方式或GPRS通信模式接受流域中心管理，與各水文遙測單元(HTU)以無線ZIGBEE方式通信，除可正常采集數據外，還可對各監測單元進行遠程組態配置，修改設定。

　　各水文遙測單元根據防汛水文監測要求，安裝在河流、水庫的指定地點，以野外無人值守方式工作，配備一臺數據采集單元、無線電臺、和雨量計、水位計、風向風速計等水文監測儀表，本站可保留六個月以上數據，通過ZIGBEE無線通訊可受上級監測站(分中心)的控制，任意設定測試時段，校準機時上下一致，系統供電具有雙電源系統和蓄電池以及太陽能電池，停電時太陽能電池自動供電，確保正常有效工作。對山區和距離較遠的監測點，還有遙測中繼站，能接受并轉發信號，亦由太陽能電池供電，保持長期可靠運行。

系統特點：

1、建立一個綜合水文監測系統，每隔一段時間就可對全流域的水文信息進行一次收集，及時準確地掌握流域水文情況。　　

2、在汛期，對各地的雨量和水位的漲落趨勢進行準確定位，為防汛決策提供了可靠的資料和依據，使有關部門能及時采取對策，化解險情。　　

3、系統采用模塊化結構，可方便擴充，且具有遠程診斷功能，安裝維護方便。 將遠端采集點的數據實時、可靠地發送到各級監控中心。并接收各級監控中心的控制指令。隨著無線通信技術的不斷發展，近年來出現了面向低成本設備無線聯網要求的技術，稱之為zigbee，它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制、遠程控制領域及家用設備聯網，我們采用zigbee技術和GPRS/CDMA技術結合，可以為水文水利系統的遠程數據傳輸通信提供很好的解決方案。
四、Zigbee技術特點

通信可靠

系統采用了CSMA－CA的碰撞避免機制，避免了發送數據時的競爭和沖突；采用完全確認的數據傳輸機制，保證信息傳輸的可靠性；

網絡的自組織、自愈能力強

zigbee的自組織功能：無需人工干預，網絡節點能感知其他節點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網絡；

zigbee自愈功能：增加、刪除或移動節點，節點發生故障等等，網絡都能夠自我修復無需人工干預，保證整個系統仍然能正常工作。

成本低廉

設備的復雜程度低，且Zigbee協議是免專利費的，這些可以有效地降低設備成本；Zigbee的工作頻段靈活，為免執照頻段的2.4GHz，就是沒有使用費的無線通信。

網絡容量大

一個ZigBee網絡可以容納最多254個從設備和一個主設備，一個區域內可以同時存在200多個ZigBee網絡。