基于ZigBee的大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接收終端研究

摘要：針對(duì)目前國(guó)內(nèi)大壩狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本過(guò)高、難以長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)等一系列問(wèn)題，提出了一種基于ZigBee技術(shù)的大壩狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接收終端。該終端基于ARM硬件平臺(tái)和嵌入式Linux軟件平臺(tái)，通過(guò)ZigBee無(wú)線方式接收各種參數(shù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、查詢(xún)等操作。工作人員通過(guò)用戶(hù)界面可以直觀獲取當(dāng)前大壩狀態(tài)參數(shù)信息，并通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析對(duì)比，得出大壩狀態(tài)參數(shù)的變化趨勢(shì)，從而滿(mǎn)足對(duì)大壩進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。
關(guān)鍵詞：大壩監(jiān)測(cè)；ZigBee；ARM；Linux

0 引言
我國(guó)領(lǐng)土廣闊，地質(zhì)條件復(fù)雜，而且地震，火山等地殼活動(dòng)分布普遍，導(dǎo)致近年來(lái)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)災(zāi)害地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施造成了嚴(yán)重破壞，并對(duì)人民的生活生產(chǎn)帶來(lái)了安全隱患。大壩作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，投資巨大，使用期長(zhǎng)，如果發(fā)生潰壩等事故會(huì)造成更大的災(zāi)害，因此大壩的安全性是水電開(kāi)發(fā)建設(shè)首要解決的問(wèn)題，對(duì)大壩安全工作狀況的監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期而重要的工作。
由于技術(shù)水平的限制，長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)對(duì)大壩的安全監(jiān)測(cè)主要以人工方法為主。這種方法不能及時(shí)掌握大壩的安全狀況，又需監(jiān)測(cè)人員具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)人力、物力消耗過(guò)大，且誤差較大?，F(xiàn)有的一些有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，加之大壩周?chē)ㄔO(shè)條件惡劣，經(jīng)常難以有效布放。本文提出了一種基于ZigBee的大壩無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接收終端，以ZigBee無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)代替人工監(jiān)測(cè)和有線監(jiān)測(cè)，提高了監(jiān)測(cè)和評(píng)估的可靠性和實(shí)時(shí)性。采用ZigBee技術(shù)的大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可滿(mǎn)足對(duì)大壩安全狀況長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。

1 ZigBee技術(shù)
ZigBee技術(shù)是一種新興的低耗電、低速率、低成本、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高的無(wú)線通信技術(shù)，頻段為2．4 GHz、868 MHz(歐洲)及915 MHz(美國(guó))，為免執(zhí)照頻段，它使得在低電能和低吞吐量的應(yīng)用環(huán)境中使用無(wú)線連接成為可能，便于移植在各種設(shè)備中，適合于電子自動(dòng)控制監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。Z-Stack是TI公司開(kāi)發(fā)的符合ZigBee規(guī)范2006的ZigBee協(xié)議棧。Z-Stack支持多種開(kāi)發(fā)平臺(tái)，包括CC2430 SoC(System-on-chip，片上系統(tǒng))和CC2420+MSP430平臺(tái)。它具有以下特性：兼容ZigBee規(guī)范2006；支持多種平臺(tái)；簡(jiǎn)單的應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境；簡(jiǎn)單的面向開(kāi)發(fā)者的API；支持空中下載；具有無(wú)線節(jié)點(diǎn)定位能力等功能。Z-Stack采用模塊化設(shè)計(jì)方法，基于ZigBee規(guī)范中的協(xié)議棧架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。它將協(xié)議棧架構(gòu)中不同的層以一單獨(dú)的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，本層模塊向其上層模塊提供特定服務(wù)，模塊之間的通信通過(guò)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，此外，它還設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了其他管理和輔助模塊。通常每一個(gè)模塊包含的源文件的文件名以特定字符串開(kāi)頭，通過(guò)文件名就可以很容易判斷該文件是屬于哪一個(gè)模塊并實(shí)現(xiàn)何種功能。部分模塊以庫(kù)的形式提供，只提供模塊的接口定義，無(wú)法查看具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。對(duì)于用戶(hù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這部分代碼不需要改變，只需要根據(jù)接口定義去了解該模塊提供什么樣的服務(wù)即可。這樣的封裝既防止了用戶(hù)對(duì)協(xié)議棧關(guān)鍵部分的誤改，也避免了用戶(hù)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中浪費(fèi)大量時(shí)間去讀一些與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)的代碼，在一定程度上加速了應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由前端采集終端、接收終端兩部分組成。每個(gè)前端采集模塊固定于大壩應(yīng)力截面處，當(dāng)監(jiān)測(cè)人員靠近大壩開(kāi)啟手持的接收終端后，采集終端ZigBee模塊被喚醒并與手持接收終端的ZigBee模塊建立連接，并將傳感器(包括壓阻式傳感器，垂線儀傳感器，靜力水準(zhǔn)傳感器，差動(dòng)電阻式傳感器等)采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給接收終端，接收終端將接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并分析。系統(tǒng)框架如圖1所示。限于篇幅，本文著重論述接收終端部分。