CN102781014A - 基于无线传感器网络和3g网络的智能流量监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线传感器网络和3G网络的智能流量监测方法，包括：数据采集模块采集不同流体介质、管径等动态变化的参数，采集的参数值通过异步传输方式传送至无线传感器网络的ZigBee无线通信模块，再传输至微处理器模块进行参数的处理和运算，最后通过3G网关传输至上位机监控中心，实现远距离流量监测、管理。本发明的优点在于采用有线与无线相结合的方式，节省了大量用于巡视、抄表的人力物力，提高了自动化程度管理水平，实现了流量监测的低功耗、低成本、自动化、网络化、智能化。

Description

基于无线传感器网络和3G网络的智能流量监测方法

一、技术领域

本发明涉及电子技术、传感器技术、ZigBee低速率无处传感器网络技术以及Internet技术领域，尤其涉及传感器采集的流量数据与无处传感器网络信息的无缝连接技术、802.15.4协议与TCP/IP协议之间协议转换技术。

二、背景技术

无线传感器网络是计算、通信和传感器这三项技术相结合的产物。是由大量的具有通信和计算能力的微小传感器节点，以无线的方式连接构成的自治测控网络。其网络形式是大规模、无线、自组织、多跳、无分区、无基础设施支持的网络，其中节点是同构或异构的，成本较低、体积较小，大部分节点不移动，被随意散布在工作区域，要求网络系统有尽可能长的工作时间。无线传感器网络常运作在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中。

流量监测方法往往受布线、成本、部署安装的灵活性等多种因素制约，难以满足石油、化工、钢铁、水处理等行业管路流量监测管理需求，限制了流量监测管理智能化水平的提高。

本发明正是针对上述问题给出的一种全新的解决方案，采用处理器MSP430F4250单片机为核心模块，基于无线传感器网络的ZigBee无线收发模块以及3G移动通信技术的具有实时显示、处理、分析、无线通信等多功能于一体的智能流量监测方法。

三、发明内容

本发明实施例要解决的问题是提供一种基于无线传感器网络和3G网络的智能流量监测方法，具有实时采集流体流量数据信息，显示、分析、处理以及无线远程传输等功能。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案提供的一种基于无线传感器网络和3G网络的智能流量监测方法，包括：传感器采集流体流量参数值以及根据不同介质、管径等调节参数实时显示流量瞬时值和累计值；流量值由异步串口传输方法；流量变换器中的数据信息与ZigBee无线通信模块中信息的无缝连接，通过3G模块远程传输采集的流量数据。

所述的传感器采集流体流量值方法是通过磁位置传感器HMC1501实时探测附件处角位移状态的磁铁相对运动来实现的。在固定HMC1501的定向时，磁铁可以转换成±45°，所以它可以通过磁铁运动的角度实现流量的检测。HMC1501是霍尼韦尔公司AMR(各向异性磁阻)型磁位置传感器。它为饱和方式下的AMR传感器电桥HMC1501含有一个可在±45°范围内传感位置的AMR电桥。HMC1501的电桥差分输出电压(ΔV)为：

ΔV＝-Vs sin(2q)

式中：Vs：供电电压(V)，S：材料常数(12mV/V)，q：磁场参考角(度)

对于简单的磁位置传感而言，可以采用HMC1501传感器探测附近处于线性或角位移状态的磁铁的相对运动。

所述的流量变换器与无线通信模块之间数据对接方法中流量变换器发送数据方法为：在单片机中设置一个发送缓冲区，将要发送的数据存放于缓冲区，用设置的定时器A产生发送时钟，在定时中断程序里读取发送缓冲区的数据，用移位的方式逐位发送数据。具体的函数实现如下：

所述的无线通信模块接收流量变换器串口中断数据方法，主要包括三个步骤：接收帧头数据，读取数据缓存器，接收帧尾。ZigBee无线收发模块接收一帧数据，具体函数实现如下：

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：创新性的实现了一种基于无线传感器网络和3G网络的智能流量监测方法，支持2.4G频段ZigBee通信以及3G移动通信技术、Internet，为石油、化工、钢铁、水处理等行业管路流量监测监控提高了一种自动化、智能化的流量监测方法，具有广阔的应用前景和工程应用价值。

四、附图说明：

图1是本发明的原理框图

图2是本发明采用的总体流程图

图3是本发明按键模块工作流程图

图4是本发明液晶显示驱动程序流程图

图5是本发明液晶显示工作流程图

五、具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步的说明。

参照图1，图1表示本发明原理框图。主要包括流量数据采集模块、无线传感器网络模块、流量变换器模块、3G网关、LCD液晶显示模块以及电源模块。

参照图2，图2表示本发明总体流程图。首先初始化程序，读取设定的如流体介质、管径等标定参数值，读取计算的累计值，通过LCD显示瞬时、累计流量值。还需判断是否有按键按下的操作，若有需验证密码的正确性然后再执行相关操作，若无按键操作则无需做相关动作。

参照图3，图3表示按键功能流程图。按键功能分为OK按键、UP按键和DN按键三种。若为OK按键则执行设置模式，若为UP按键则对于累计的总的流量值清零，否则设置仪器校准模式。

参照图4，图4表示液晶显示驱动程序流程图。底层用HT1621驱动，HT1621系统时钟用于产生LCD驱动时钟，RAM的内容直接映射到LCD驱动器的内容，在RAM中的数据可以被访问的读，写命令。

参照图5，图5表示液晶显示流程图。首先需要判断设置功能，然后加载显示缓存，LCD显示时上行显示瞬时流量，下行显示累计流量，对于不能显示出错的情况设置下行显示缓存为Error，并显示出错信息。

流量变送器测试过程主要有：

(1)设置参数功能：在正常运行状态，长按“OK”键3秒，将进入设置菜单功能，屏幕上行显示菜单项目SET-N(N为菜单项目)，下行显示菜单设置值。在设置菜单中，“OK”键用来切换设置菜单项，“UP”键用来增加参数数值大小或改变参数数值选项，“DN”键用来减小参数数值大小或改变参数选择项。显示全部设置菜单后，将返回正常运行状态，设置参数将被保存。

(2)仪表分段采样值存储：在正常运行状态，长按“UP”键3秒，将进入仪表分段采样值存储功能，屏幕上行显示菜单项目Adc-N(N为10，20...100)，分别对应10％，20％...100％的位置，下行显示采样值。在此功能中，“OK”键用来切换采样位置，“UP”键用来存储采样值，“DN”键用来显示采样值。显示全部标定位置后，将返回正常运行状态，分段采样值将被存储。

(3)仪表流量分段标定：在正常运行状态，长按“DN”键3秒，将进入仪表流量分段标定功能，屏幕上行显示菜单项目Ad-N(N为10，20...100)，分别对应10％，20％...100％的位置，下行显示流量值。在此功能中，“OK”键用来切换标定位置，“UP”键用来增加流量值，“DN”键用来减小流量值。显示全部标定位置后，将返回正常运行状态，分段采样值将被存储。

在正常运行状态下，屏幕上显示Q瞬时流量，下行显示累计流量，其小数位数保留两位。

串口数据帧中数据格式：前4个字节表示为瞬时流量，第5字节为瞬时流量单位，第6至9字节表示为累计流量，第10字节为累计流量单位。数据转换过程为：一帧数据(十六进制)为00000085020007CC5C06，则瞬时流量为133/100＝1.33，累计流量为511068/100＝5110.68。

Claims (3)

1.基于无线传感器网络和3G网络的智能流量监测方法，其特征在于：流量变换器实现将磁位置传感器感知的电压信号转换成瞬时流量信号并计算累加值，通过LCD液晶显示屏显示监测的流量参数值，此外，通过异步串口通信模式传输至无线传感器网络的ZigBee无线通信模块，实现流量数据的无线传输，最后通过3G网关传输至上位机进一步处理、分析。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络和3G网络的智能流量监测方法，其特征在于：采用近距离无线传感器网络采集流量参数，通过ZigBee协议与流量变换器之间的协议转换实现了两者数据对接、处理，流量变换器将处理后的数据通过数据帧格式的转换成适合在3G网络传输的AT指令，实现数据的无线传输。

3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络和3G网络的智能流量监测方法，其特征在于：串口异步通信方式采用定时器A模拟串口功能；电源主要为模拟电路和数字电路提供电压，LM385-1.2提供1.2V参考电压经运算放大器放大为4.8V稳压源，4.8V稳压源经过稳压二极管得到2.8V电源为流量变换器提供电源电压。

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