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自來(lái)水控制系統無(wú)線(xiàn)通信論文
0引言
傳統的城市自來(lái)水控制系統是采用壓力控制，對于一些樓層高的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，水壓低和斷水影響了人們的日常生活，用水量的變化使得傳統的自來(lái)水控制系統一直保持高水位狀態(tài)，浪費一定的水資源。最近幾年，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)很快的發(fā)展起來(lái)，應用到生活的方方面面，其中以其連接方便、自組網(wǎng)、功耗低、投資低等特點(diǎn)，是實(shí)現智能自來(lái)水控制系統的理想選擇。針對城市自來(lái)水控制系統引起的水資源浪費問(wèn)題，提出一種基于GPRS模塊的遠程自來(lái)水控制系統；針對傳統自來(lái)水系統的不穩定、可擴展性差、能耗高等特點(diǎn)，提出基于Zigbee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的智能自來(lái)水控制系統。合理優(yōu)化的控制結構能節約能耗，分布式控制系統采用分級遞階的體系結構，能夠使整個(gè)系統在優(yōu)化的環(huán)境下運行。針對現有自來(lái)水控制系統存在的問(wèn)題，本文開(kāi)發(fā)了一種基于無(wú)線(xiàn)通信系統的自來(lái)水遠程分布式智能控制系統。該系統安全可靠、能耗低、可擴展性強、易于控制。智能控制終端用Zigbee組網(wǎng)實(shí)現對自來(lái)水壓力的分布式智能控制，GPRS模塊和網(wǎng)絡(luò )通信結合，通過(guò)遠程控制中心的上位機連接網(wǎng)絡(luò )實(shí)現遠程控制。
1硬件結構
本文提出的無(wú)線(xiàn)通信系統的自來(lái)水遠程分布式智能控制系統主要包括：遠程控制系統、GPRS/Zigbee通信傳輸系統、終端控制系統3個(gè)部分組成。遠程控制中心通過(guò)上位機軟件系統對自來(lái)水系統進(jìn)行遠程控制；GPRS/Zigbee通信系統主要包括GPRS傳輸模塊、Zigbee協(xié)調器等組成；終端控制系統包括無(wú)線(xiàn)模塊、調節水壓模塊等組成，無(wú)線(xiàn)模塊是控制終端的核心，由其產(chǎn)生PWM脈沖信號，控制調節自來(lái)水的水位。采用GPRS和Zigbee無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)方式實(shí)現自來(lái)水水壓的遠程控制，體現了GPRS網(wǎng)絡(luò )傳輸距離遠、傳輸速率快的優(yōu)點(diǎn)和Zigbee自組網(wǎng)、時(shí)延短、容量大的特點(diǎn)，控制方便、系統擴展性強，降低成本投入，很適合自來(lái)水遠程智能控制。GPRS模塊能穩定可靠的控制整個(gè)系統，通過(guò)它實(shí)現GPRS和RS232串口之間的數據遠程傳輸，主要包括MD251模塊、SIMSOCKET模塊、電源模塊等，MD251是核心，它是可編程GSM/GPRS模塊，該模塊支持GPRS數據通信、SMS控制、AT命令控制和UART串口中斷，同時(shí)SIM卡接口和其他外部接口，以便實(shí)現GPRS和RS232之間的數據傳輸。Zigbee模塊在系統中很重要，主要有CC2530控制芯片、CC2591功能放大芯片和外圍器件組成。CC2530是一款工業(yè)級體積小的高效單片機，單個(gè)芯片上整合了Zigbee射頻前端、內存以及微控制器。但CC2530的通信距離有限，加一個(gè)CC2591加大節點(diǎn)間的通信距離，降低通信延時(shí)和增強信息傳輸的穩定性。Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )包含設備終端節點(diǎn)、協(xié)調器節點(diǎn)。協(xié)調器節點(diǎn)有一個(gè)Zigbee模塊和RS232組成，接收信號并傳輸到Zigbee網(wǎng)絡(luò )部分。
2軟件結構
2.1Zigbee的自組網(wǎng)
Zigbee主要包括3種拓撲結構：星型拓撲、樹(shù)狀拓撲和網(wǎng)狀拓撲。協(xié)調器節點(diǎn)用來(lái)創(chuàng )建Zigbee網(wǎng)絡(luò )，具有維護功能，監控其它設備的入網(wǎng)許可，管理整個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò )；路由器節點(diǎn)完成數據包的轉發(fā)，保障數據快速高效的傳輸，提高數據的傳輸速率；終端節點(diǎn)實(shí)現具體的控制功能，并反饋數據，樹(shù)狀拓撲和網(wǎng)狀拓撲雖然能處理復雜的數據，但是這樣增加了能耗和數據傳輸的延時(shí)性增加，星型網(wǎng)絡(luò )結構簡(jiǎn)單，容易搭建網(wǎng)絡(luò )，擴展容易。因此，我們選擇星型拓撲結構來(lái)組網(wǎng)。系統采用MSSTATE_LRWPAN協(xié)議棧組建Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，先讓協(xié)調器節點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )平臺建立Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，然后進(jìn)入無(wú)限循環(huán)運行狀態(tài)機，監控外來(lái)入網(wǎng)信息，其它節點(diǎn)發(fā)送入網(wǎng)需求后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )平臺加入網(wǎng)絡(luò )，運行，通過(guò)APP_STATE_RUN_APPn執行應用程序。
2.2系統的控制
系統控制軟件應用C語(yǔ)言編寫(xiě)，通過(guò)GPRS實(shí)現數據的遠程傳輸。網(wǎng)絡(luò )通過(guò)SOCKET技術(shù)建立與GPRS模塊的通信連接，包括通訊連接、終端遠程控制、網(wǎng)絡(luò )維護、數據維護等模塊�？刂平缑婺芎芎檬潜O測到每一個(gè)端口號和IP地址，用戶(hù)通過(guò)界面了解到不同IP地址下的水壓的值，從而使得用戶(hù)能自我調節水壓，可以采用編號的形式控制每個(gè)智能終端，方便快捷實(shí)現自來(lái)水終端的遠程智能控制。
2.3協(xié)議分析
GPRS傳輸協(xié)議通常是TCP/IP協(xié)議，數據包的協(xié)議分為數據頭、事件號、上/下行、長(cháng)度、源端點(diǎn)、目的端點(diǎn)、控制位、功能位以及數據尾。
3實(shí)驗結果分析
實(shí)驗對基于無(wú)線(xiàn)通信系統的城市自來(lái)水遠程分布式控制系統進(jìn)行驗證測試。包括內容是GPRS網(wǎng)絡(luò )的建立，Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的搭建和組網(wǎng)以及供水功能是調節實(shí)現。通過(guò)實(shí)驗得到，這種方式操作容易、控制簡(jiǎn)單，具有很強的擴展性。
4結束語(yǔ)
本文運用無(wú)線(xiàn)通信系統中GPRS網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行遠距離傳輸以及傳輸速率快的特點(diǎn)，接合Zigbee自組網(wǎng)的低功耗、延時(shí)短、容量大的特點(diǎn)來(lái)建立城市自來(lái)水的分布式控制系統，滿(mǎn)足城市自來(lái)水的智能化、節能化和網(wǎng)絡(luò )化等的需求，實(shí)驗結果表明了此遠程控制系統穩定可靠、方便靈活、易于擴展等優(yōu)點(diǎn)，對于人們的日常用水有一個(gè)更好的保障。
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