基于无线传感器网络技术在水利行业应用解决方案

基于无线传感器网络技术在水利行业应用解决方案

广东省水利电力勘测设计研究院

广州远动信息技术有限公司

2013年6月

目录

一、概述.............................................................................................................. ３

二、系统设备特点.............................................................................................. ４

三、主要技术指标或经济指标.......................................................................... ５

四、网络结构图.................................................................................................. ８

五、水利行业的应用.......................................................................................... ８

六、典型组网应用案例.................................................................................. １５

基于无线传感器网络技术在水利行业应用

解决方案

一、概述

传感器网络是全球未来四大高技术产业之一。作为当前各国研究的热点，无线传感器网络已逐步开始应用于许多领域，包括基础设施监测、军事领域、环境科学和医疗健康等方面，水工安全监测是一个典型的无线传感器网络技术的应用研究对象。国内水工安全监测研究起步比较晚，目前仍主要采用传感器+有线传输+集中式MCU的系统结构，个别研究单位和公司推出了基于GPRS的无线渗压监测装置，但还不是真正意义上的无线传感器网络技术概念，而且这样运用还受公共网络覆盖、功耗、运行费用等因素的严重制约。

目前水工安全监测技术研究和应用的发展趋势是网络节点的模块化或标准化，即将微控制器和传感器、无线模块进行集成设计，并微小型化，也就是将不同的传感器（如温度、湿度、水位、渗压、渗流、墒情、酸碱度传感器等）直接和微控制器、无线模块一起设计在香烟盒大小的电路板上，或者在集成有微控制器、无线模块的电路板上提供多种接口（如各类振弦式、压力式、编码式传感器等），形成嵌入式智能信息处理单元，以此减低功耗、降低成本。再通过随机自组织的无线通信网络以多跳中继方式将所感知的信息传送到用户终端，可以保证在长期无人值守的状态下工作。

广东省水利电力勘测设计研究院与广州远动信息技术有限公司

紧密合作，将无线传感器网络技术与水工安全监测技术完美融合，开发了基于无线传感器网络的水工安全监测系统，这是前沿技术理论到水利工程管理应用的一次成功突破。

目前，已开发出DIYD-WS-1 型（无线传感器监测单元采集节点设备）、DIYD-WS-2型（无线传感器监测单元中继节点设备）和

DIYD-WS-3 型（无线传感器监测单元GPRS节点设备）三个系列设备供用户选择。

系统已通过工信部赛宝实验室的检测、荣获了2012年度广东省水利学会水利科学技术奖二等奖，目前，产品已受理申报科技应用

发明奖。

系统已在广东、广西下辖的合水水库、马岗水库、黄田水库、古信水库、大江水库、平远县灌区等多个单位推广应用，用户反应良好。

二、系统设备特点

1、建立适于水工安全监测的数据分发机制，采用独创的REMT无线通信协议，降低算法复杂度和信息收集过程的功率开销，系统软硬件成本和功耗比大大降低；

2、数据在各智能监测节点和监测中心双备份，实现分布式数据存储和处理，增加系统数据的可用性和可靠性；

3、省却了各类线路铺设，有效避免了长距离传输线路分布参数变化影响带来的测量精度等问题；

4、直接改变了传统安装施工方式和维护维修方法，降低工程实施及管理成本，使水工安全监测技术大面积推广应用成为可能；使用本设备，免去工程开挖等土建量，综合直接投资费用节省至少50%以上，年平均维护管理费用节省至少60%以上。

三、主要技术指标或经济指标

1、主要功能指标

（1）无线自组网，多路径、多跳、智能化数据传输；

（2）网络容量大，网络能够容纳128个节点；

（3）电池寿命2-3年（也可采用太阳能供电方式代替）；

（4）可选择的通信频段，支持REMT协议；

（5）体积小，便于不同的安装环境；

（6）模块化设计，节点成本低廉；

（7）串口支持奇偶校验，支持数据包重发机制；

（8）运用短距多跳无线通信技术，节点能耗低，支持低功耗休眠，使用太阳能供电持续时间长（连续阴天情况下可达28天）；

（9）可以有效解决防水、防腐、防雷、防鼠害等问题。

2、主要技术参数

（1）频率：2400 - 2483.5MHz；

（2）数据速率：≤1Mbps；

（3）链路预算：最大106dBm；

（4）集成的倒F型PCB天线，无需外接天线，模块结构实现简单；

（5）大容量Flash，SRAM，集成可修改配置的协议栈；

（6）16 条RF通道，多个GPIO及ADC；

（7）安全性：硬件128位AES加密；

（8）深度睡眠电流：1.0μA ~ 5μA（最大值）；

（9）无线通信距离30~300米（需要时可加大通信距离）；（10）抗干扰能力强：2.4G DSSS扩频技术；

（11）可同时测量温湿度，精度达1℃，RH 1% ；

（12）工业指标：产品工作温度-30度至+70度，EMC抗干扰实现；（13）提供振弦量、模拟量、数字量、开关量输入接口；

（14）工作温度：0℃～70℃，工作湿度0～100%RH。

（15）接口方式

A．采集接口

●RS485/232接口；

●模拟量接口；

●4~20mA电流环；

●开关量；

●格雷码；

●振弦量。

B．输出接口

●开关量；图1：采集接口

●模拟量（0~5V）；