楊小寧 譚鵬 王運帷 申曉林 趙靜

摘要：提出了以ZigBee無線通信技術、GPRS為依托，建立的一種直觀可視平臺，該平臺采用星型網絡結構，使城市道路組成一張覆蓋面廣、網絡容量大的可監(jiān)視傳感器網絡，實時將路面積水情況通過GPRS無線網絡與基于LabVIEW的上位機程序進行TCP/IP協議通信，從而實現遠程監(jiān)控。Labview將收到的數據存入Mysql數據庫中以便查閱，測試結果證明了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。

關鍵詞：ZigBee；星型網絡結構；GPRS；Labview 近年來，由降水引起的城市內澇，已多次引起北京、天津等地城市交通癱瘓，造成了巨大的經濟損失，甚至人員傷亡。城市內澇引起了人們的高度重視，各地紛紛出臺相應的應對措施，盡量將損失降低到最小。面對強降雨或降雨比較集中的情況，現有的排水設施已不能滿足需求，而城市現有排水系統(tǒng)的改造又是一個循序漸進的過程，這就使得設計一種直觀可視的路面積水情況分布圖成為最有效的辦法。

1ZigBee無線傳感網絡

ZigBee技術是一種針對于距離短、復雜度低的無線雙向通訊技術，具有低成本、低功耗、低速率的特點，并且數據傳輸有周期性、間歇性和低反應時間的特點。ZigBee可以組建可靠性強的無線數傳網絡，類似于CDMA和GSM網絡，在網絡中ZigBee模塊類似于移動通信的網絡基站，通訊距離從75 米到幾百米。Zigbee網絡的數據傳輸采取避免碰撞的策略，MAC層采用完全確認的傳送方式，如果傳送過程中有問題，支持數據的重發(fā)。

2GPRS網絡

GPRS是通用分組無線業(yè)務的簡稱。它是第二代移動通信技術GSM向第三代移動通信技術3G的過渡技術，經常被描述成2.5G，GPRS是GSM Phase2.1規(guī)范實現的內容之一，是在現有的GSM移動通信系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的一種移動分組數據業(yè)務。GPRS通過在GSM數字移動通信網絡中引入分組交換功能實體，采用分組方式進行數據傳輸。GPRS它通過利用GSM網絡中未使用的TDMA信道，提供中速的數據傳遞。GPRS能夠在端到端分組傳送模式下發(fā)送和接收數據。無線資源采用動態(tài)分配方式，一個終端可分配多個時隙，一個時隙也可由多移動臺共享，終端雖然與網絡一直連接，但僅當數據傳送時才占用信道資源，而且GPRS能提供比現有GSM網9.6kb/s更高的數據傳輸速率，最高可達171.2kb/s。

GPRS特別適合需要超遠遠距離通信的場合，它的傳輸距離是幾乎沒有限制的，有手機信號的地方就可以通信！而且可以直接把數據上傳到互聯網上，同時也可以通過短信、電話的形式傳輸到我們的手機上。

3GPRS網絡結構

GPRS在一個發(fā)送實體和一個或多個接收實體之間提供數據傳送能力。這些實體可以是移動用戶或終端設備，后者被連接到一個GPRS網絡或一個外部的數據網絡。

GGSN在GPRS網絡和公用數據網之間起關口站的作用，它可以和多種不同的數據網絡連接，如ISDN和LAN等。SGSN記錄移動臺的當前位置信息，并在移動臺和各種數據網絡之間完成移動分組數據的發(fā)送和接收，為服務區(qū)內所有用戶提供雙向的分組路由。系統(tǒng)共用GSM基站，但基站要進行軟件更新，并采用新的GPRS移動臺。GPRS要增加新的移動性管理程序，通過路由器實現GPRS骨干網互聯。

4系統(tǒng)的方案設計

如圖1所示，由水深傳感器將采集的水深數據通過ZigBee的星型網絡傳給中心協調器，協調器節(jié)點通過RS-232串口與GPRS模塊MC52I相連，實時將數據發(fā)給遠程的監(jiān)控中心。網絡中的數據采用了免沖突載波檢測多址接入機制 、處理和保護時隙機制，保證在對等的MAC實體之間提供可靠的通信鏈路。系統(tǒng)的總體結構如圖2所示。

4.1 系統(tǒng)硬件設計

主要實驗環(huán)境要求：單片機CC5230，FLASH，矩陣鍵盤，STC12C5A60S2，監(jiān)控電腦終端，IAR開發(fā)環(huán)境，GPRS通信芯片MC52I。

MC52i無線模塊是當今市場上尺寸最小的雙頻GSM/GPRS模塊。模塊內嵌TCP/IP協議棧；具有MC35i、MC39i、TC35i的所有功能和快速GPRS技術。廣泛應用于遠程監(jiān)測、無線公話、車載終端、無線POS終端等領域。具有體積小、重量輕、低功耗等特點，工作頻率：900/1800MHZ

支持數據、語音、短信息和傳真。

MC52I與協調器的硬件連接如圖所示：

4.2 系統(tǒng)軟件設計

4.2.1 下位機軟件設計

下位機軟件主要實現ZigBee網絡中協調器的數據采集及發(fā)送，協調器節(jié)點將數據傳給帶有雙串口的51單片機，單片機一邊通過串口1收數據，一邊通過串口2發(fā)送AT命令控制GPRS模塊以實現數據的無線透傳。

4.2.2 上位機軟件設計

上位機監(jiān)控軟件采用LABVIEW開發(fā)，LabVIEW軟件平臺具有強大的網絡通信功能，可以方便地使用網絡通信協議編程實現網絡通信，LabVIEW中支持的通信協議類型包括TCP/IP、UDP、串口通信協議、無線網絡協議和郵件傳輸協議。TCP/IP協議體系是目前最成功,使用最頻繁的Internet協議,有著良好的實用性和開放性。它定義了網絡層的網際互連協議IP,傳輸層的傳輸控制協議TCP、用戶數據協議UDP等。

在設計上采用C/S（客戶端/服務器）通信模式，VI程序分為兩部分：處理主機工作在Server模式，完成數據接收，并提供數據的相關處理；GPRS模塊工作于Client模式，實現數據傳送。TCP傳輸數據過程如下：在服務器端，用“TCP偵聽”節(jié)點創(chuàng)建偵聽，由發(fā)送端發(fā)送連接請求，接收端偵聽到請求后回復并建立連接，然后開始傳輸，數據由讀取TCP數據函數讀取TCP數據，傳輸完成后關閉連接。

4.2.3 LABVIEW訪問數據庫

該程序中需要用到LabSQL工具包，LabSQL是一個免費的、多數據庫、跨平臺的LabVIEW數據庫訪問工具包，LabSQL支持Windows操作系統(tǒng)中任何基于ODBC的數據庫，將復雜的底層ADO及SQL操作封裝成一系列的LabSQL VIs。利用LabSQL幾乎可以訪問任何類型地數據庫，執(zhí)行各種查詢，對記錄進行各種操作。它的優(yōu)點是易于理解，操作簡單，不熟悉 SQL 語言的用戶也可以很容易地使用。只需進行簡單地編程，就可在 LabVIEW中實現數據庫訪問。

⑴安裝MySQL Connector ODB C。

⑵你需要用ODBC(Open Database Connectivity)來創(chuàng)建數據源（DSN），在控制面板中來點擊ODBC來開啟ODBC程序，或者直接在運行里輸入odbcad32.exe。

⑶在系統(tǒng)DSN中選中驅動程序MySQL ODBC3.51 Driver。

⑷雙擊后填入相關數據庫信息，建立好數據源。

這樣就可以能過SQL命令訪問MySQL數據庫了。

5結束語

本系統(tǒng)能實現遠程的實時監(jiān)控和預警，便于相關部門和專家提前做出救護決策。與傳統(tǒng)的人工現場檢測相比，Zigbee穩(wěn)定準確的無線傳輸，以及GPRS無線通信的高速傳輸，靈活可靠的傳輸優(yōu)點使得相關部門能遠程獲得準確的水深數據，節(jié)省了大量的人力，財力。目前，對該系統(tǒng)進行了幾個節(jié)點的測試，均獲得準確可靠快速的測量結果。

[參考文獻]

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[2]Siemens.MC52i AT Command Set.2008

[3]陳樹學,劉萱.LabVIEW寶典.電子工業(yè)出版社,2011.

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