[发明专利]一种基于无线传感器网络的智能远传水表

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术、数据采集领域，尤其涉及一种基于无线传感器网络技术的智能水量计量和远程抄表设备。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，简称WSN)被认为是21世纪最重要的技术之一，是众多的传感器通过无线通信的方式，相互联系，处理、传递信息的网络。该网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，可以实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，传送给所需用户。无线传感器网络在军事、工业、交通、安全、医疗、探测以及家庭和办公环境等很多方面都有着广泛的用途，其研究、开发和应用，关系到国家安全、经济发展等各个重大方面，近年来在国际上引起了广泛的重视和投入。

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)结构如图1所示。传感器节点分布于网络的各个部分，用于收集数据，并且将数据路由至基站(也称信息收集节点)。基站与信息处理节点通过广域网络(如Internet网络或者卫星网络)进行通信，从而对收集到的数据进行处理。

远抄表是一种便民系统，系统包括了水、电、气自动抄表和家庭防煤气泄漏以及管理部门对用户用水、用电、用气进行实时通断控制等多种功能，作为现代化管理系统的重要组成部分，该系统发挥了相当重要的作用。远传抄表原理如图2所示。目前远程抄表大多仍沿用有线传输方式。采用专线方式的远程抄表传输质量好，但投资成本很高，且线路维护量很大。少数采用无线远程抄表的方案大都是集约式抄表，需要人工现场操作，由于基站数目较大，投入的成本较高，并且也不能够实现实时的数据采集与监控。

发明内容

本发明针对上述现有技术的问题和不足之处，提出了一个基于无线传感器网络技术的智能远传水表，以及实现对智能水表远程抄送和监控的方法。

本发明是这样实现的：

一种基于无线传感器网络的智能远传水表，该设备包括：无线收发模块、微处理器模块、电源管理模块(含电源电压检测)、用水参数采集模块、存储模块、通用外部接口模块、液晶显示模块。这些单元构成了智能远传水表。

无线收发模块，用于接收和发送射频信号；

微处理器模块，用于完成节点上的数据处理和逻辑运算；

电源管理模块(含电源电压检测)，负责提供节点所需的能源，以及电压检测和预警；

用水参数采集模块，用于采集用水量、水质等参数；

存储模块，用于存储采集所得数据及本地水表信息和状态参数；

通用外部接口模块，用于提供外部逻辑模块与微处理器的接口；

液晶显示模块，用于显示用户用水量和其他信息。

优选地，所述微处理器模块采用MSP430F149。所述电源管理模块采用MAX708S。所述存储模块采用EERPOM，是可擦写的存储器。所述液晶显示模块采用LCD，一个串行显示模块。所述无线收发模块采用CC2420芯片。

如图3所示，图3为水表的结构图。系统的中心处理单元是MSP430F149，首先通过串口向水表的基板上发送协议命令，读回基表采集到的水表数据和水表地址和水表ID。同时，还可以实时通过MSP430F149内置A/D采集电池电量。然后可以将采集到的水表数据，电池数据和阀门等各类状态变量通过SPI总线发送到CC2420，各节点将数据再转发至基站集中处理。

框图中IMP809是一复位芯片，可为系统提供可靠的复位信号。MAX708S是一个电压检测芯片，保证当电平低于某个值是产生一个中断，由单片机进行处理。EERPOM是一个可擦写的存储器，用于存放系统信息。LCD是一个串行显示模块，便于调试时使用。场效应管用作与基表连通的电源开关，当不需要采集水表数据时，将场效应管关断，要读取数据时，让场效应管瞬时导通，这样就保证了降低功耗的要求。

每个水表设备作为一个采集及监控的终端节点。本发明综合考虑系统面对的对象、用户的分布、用户的数量、地理条件、期望达到以的目标以及系统的扩展升级和与其他网络的兼容等因素，优选地，采用无线传感器网络实现远程数据传输并支持ZigBee协议。设计了一种支持远程代码更新的机制，可以远程更换水表的程序。

优选地，采用了一种支持光电直读的水量采集方法，保证了采集数据的一致性。用水参数数据可以支持主动和被动两种方式发送。