自来水控制系统无线通信论文

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0引言

传统的城市自来水控制系统是采用压力控制，对于一些楼层高的用户来说，水压低和断水影响了人们的日常生活，用水量的变化使得传统的自来水控制系统一直保持高水位状态，浪费一定的水资源。最近几年，无线通信技术很快的发展起来，应用到生活的方方面面，其中以其连接方便、自组网、功耗低、投资低等特点，是实现智能自来水控制系统的理想选择。针对城市自来水控制系统引起的水资源浪费问题，提出一种基于GPRS模块的远程自来水控制系统；针对传统自来水系统的不稳定、可扩展性差、能耗高等特点，提出基于Zigbee无线传感器网络技术的智能自来水控制系统。合理优化的控制结构能节约能耗，分布式控制系统采用分级递阶的体系结构，能够使整个系统在优化的环境下运行。针对现有自来水控制系统存在的问题，本文开发了一种基于无线通信系统的自来水远程分布式智能控制系统。该系统安全可靠、能耗低、可扩展性强、易于控制。智能控制终端用Zigbee组网实现对自来水压力的分布式智能控制，GPRS模块和网络通信结合，通过远程控制中心的上位机连接网络实现远程控制。

1硬件结构

本文提出的无线通信系统的自来水远程分布式智能控制系统主要包括：远程控制系统、GPRS/Zigbee通信传输系统、终端控制系统3个部分组成。远程控制中心通过上位机软件系统对自来水系统进行远程控制；GPRS/Zigbee通信系统主要包括GPRS传输模块、Zigbee协调器等组成；终端控制系统包括无线模块、调节水压模块等组成，无线模块是控制终端的核心，由其产生PWM脉冲信号，控制调节自来水的水位。采用GPRS和Zigbee无线组网方式实现自来水水压的远程控制，体现了GPRS网络传输距离远、传输速率快的优点和Zigbee自组网、时延短、容量大的特点，控制方便、系统扩展性强，降低成本投入，很适合自来水远程智能控制。GPRS模块能稳定可靠的控制整个系统，通过它实现GPRS和RS232串口之间的数据远程传输，主要包括MD251模块、SIMSOCKET模块、电源模块等，MD251是核心，它是可编程GSM/GPRS模块，该模块支持GPRS数据通信、SMS控制、AT命令控制和UART串口中断，同时SIM卡接口和其他外部接口，以便实现GPRS和RS232之间的数据传输。Zigbee模块在系统中很重要，主要有CC2530控制芯片、CC2591功能放大芯片和外围器件组成。CC2530是一款工业级体积小的高效单片机，单个芯片上整合了Zigbee射频前端、内存以及微控制器。但CC2530的通信距离有限，加一个CC2591加大节点间的通信距离，降低通信延时和增强信息传输的稳定性。Zigbee无线网络包含设备终端节点、协调器节点。协调器节点有一个Zigbee模块和RS232组成，接收信号并传输到Zigbee网络部分。

2软件结构

2.1Zigbee的自组网

Zigbee主要包括3种拓扑结构：星型拓扑、树状拓扑和网状拓扑。协调器节点用来创建Zigbee网络，具有维护功能，监控其它设备的入网许可，管理整个Zigbee网络；路由器节点完成数据包的转发，保障数据快速高效的传输，提高数据的传输速率；终端节点实现具体的控制功能，并反馈数据，树状拓扑和网状拓扑虽然能处理复杂的数据，但是这样增加了能耗和数据传输的延时性增加，星型网络结构简单，容易搭建网络，扩展容易。因此，我们选择星型拓扑结构来组网。系统采用MSSTATE_LRWPAN协议栈组建Zigbee无线网络，先让协调器节点通过网络平台建立Zigbee无线网络，然后进入无限循环运行状态机，监控外来入网信息，其它节点发送入网需求后，通过网络平台加入网络，运行，通过APP_STATE_RUN_APPn执行应用程序。

2.2系统的控制

系统控制软件应用C语言编写，通过GPRS实现数据的远程传输。网络通过SOCKET技术建立与GPRS模块的通信连接，包括通讯连接、终端远程控制、网络维护、数据维护等模块。控制界面能很好是监测到每一个端口号和IP地址，用户通过界面了解到不同IP地址下的水压的值，从而使得用户能自我调节水压，可以采用编号的形式控制每个智能终端，方便快捷实现自来水终端的远程智能控制。

2.3协议分析

GPRS传输协议通常是TCP/IP协议，数据包的协议分为数据头、事件号、上/下行、长度、源端点、目的端点、控制位、功能位以及数据尾。

3实验结果分析

实验对基于无线通信系统的城市自来水远程分布式控制系统进行验证测试。包括内容是GPRS网络的建立，Zigbee无线网络的搭建和组网以及供水功能是调节实现。通过实验得到，这种方式操作容易、控制简单，具有很强的扩展性。

4结束语

本文运用无线通信系统中GPRS网络进行远距离传输以及传输速率快的特点，接合Zigbee自组网的低功耗、延时短、容量大的特点来建立城市自来水的分布式控制系统，满足城市自来水的智能化、节能化和网络化等的需求，实验结果表明了此远程控制系统稳定可靠、方便灵活、易于扩展等优点，对于人们的日常用水有一个更好的保障。

作者：张金良