0引言
傳統的城市自來水控制系統是採用壓力控制，對於一些樓層高的使用者來說，水壓低和斷水影響了人們的日常生活，用水量的變化使得傳統的自來水控制系統一直保持高水位狀態，浪費一定的水資源。最近幾年，無線通訊技術很快的發展起來，應用到生活的方方面面，其中以其連線方便、自組網、功耗低、投資低等特點，是實現智慧自來水控制系統的理想選擇。針對城市自來水控制系統引起的水資源浪費問題，提出一種基於GPRS模組的遠端自來水控制系統；針對傳統自來水系統的不穩定、可擴充套件性差、能耗高等特點，提出基於Zigbee無線感測器網路技術的智慧自來水控制系統。合理優化的控制結構能節約能耗，分散式控制系統採用分級遞階的體系結構，能夠使整個系統在優化的環境下執行。針對現有自來水控制系統存在的問題，本文開發了一種基於無線通訊系統的自來水遠端分散式智慧控制系統。該系統安全可靠、能耗低、可擴充套件性強、易於控制。智慧控制終端用Zigbee組網實現對自來水壓力的分散式智慧控制，GPRS模組和網路通訊結合，通過遠端控制中心的上位機連線網路實現遠端控制。
1硬體結構
本文提出的無線通訊系統的自來水遠端分散式智慧控制系統主要包括：遠端控制系統、GPRS/Zigbee通訊傳輸系統、終端控制系統3個部分組成。遠端控制中心通過上位機軟體系統對自來水系統進行遠端控制；GPRS/Zigbee通訊系統主要包括GPRS傳輸模組、Zigbee協調器等組成；終端控制系統包括無線模組、調節水壓模組等組成，無線模組是控制終端的核心，由其產生PWM脈衝訊號，控制調節自來水的水位。採用GPRS和Zigbee無線組網方式實現自來水水壓的遠端控制，體現了GPRS網路傳輸距離遠、傳輸速率快的優點和Zigbee自組網、時延短、容量大的特點，控制方便、系統擴充套件性強，降低成本投入，很適合自來水遠端智慧控制。GPRS模組能穩定可靠的控制整個系統，通過它實現GPRS和RS232串列埠之間的資料遠端傳輸，主要包括MD251模組、SIMSOCKET模組、電源模組等，MD251是核心，它是可程式GSM/GPRS模組，該模組支援GPRS資料通訊、SMS控制、AT命令控制和UART串列埠中斷，同時SIM卡介面和其他外部介面，以便實現GPRS和RS232之間的資料傳輸。Zigbee模組在系統中很重要，主要有CC2530控制晶片、CC2591功能放大晶片和外圍器件組成。CC2530是一款工業級體積小的高效微控制器，單個晶片上整合了Zigbee射頻前端、記憶體以及微控制器。但CC2530的通訊距離有限，加一個CC2591加大節點間的通訊距離，降低通訊延時和增強資訊傳輸的穩定性。Zigbee無線網路包含裝置終端節點、協調器節點。協調器節點有一個Zigbee模組和RS232組成，接收訊號並傳輸到Zigbee網路部分。
2軟體結構
2.1Zigbee的自組網
Zigbee主要包括3種拓撲結構：星型拓撲、樹狀拓撲和網狀拓撲。協調器節點用來建立Zigbee網路，具有維護功能，監控其它裝置的入網許可，管理整個Zigbee網路；路由器節點完成資料包的`轉發，保障資料快速高效的傳輸，提高資料的傳輸速率；終端節點實現具體的控制功能，並反饋資料，樹狀拓撲和網狀拓撲雖然能處理複雜的資料，但是這樣增加了能耗和資料傳輸的延時性增加，星型網路結構簡單，容易搭建網路，擴充套件容易。因此，我們選擇星型拓撲結構來組網。系統採用MSSTATE_LRWPAN協議棧組建Zigbee無線網路，先讓協調器節點通過網路平臺建立Zigbee無線網路，然後進入無限迴圈執行狀態機，監控外來入網資訊，其它節點發送入網需求後，通過網路平臺加入網路，執行，通過APP_STATE_RUN_APPn執行應用程式。
2.2系統的控制
系統控制軟體應用C語言編寫，通過GPRS實現資料的遠端傳輸。網路通過SOCKET技術建立與GPRS模組的通訊連線，包括通訊連線、終端遠端控制、網路維護、資料維護等模組。控制介面能很好是監測到每一個埠號和IP地址，使用者通過介面瞭解到不同IP地址下的水壓的值，從而使得使用者能自我調節水壓，可以採用編號的形式控制每個智慧終端，方便快捷實現自來水終端的遠端智慧控制。
2.3協議分析
GPRS傳輸協議通常是TCP/IP協議，資料包的協議分為資料頭、事件號、上/下行、長度、源端點、目的端點、控制位、功能位以及資料尾。
3實驗結果分析
實驗對基於無線通訊系統的城市自來水遠端分散式控制系統進行驗證測試。包括內容是GPRS網路的建立，Zigbee無線網路的搭建和組網以及供水功能是調節實現。通過實驗得到，這種方式操作容易、控制簡單，具有很強的擴充套件性。
4結束語
本文運用無線通訊系統中GPRS網路進行遠距離傳輸以及傳輸速率快的特點，接合Zigbee自組網的低功耗、延時短、容量大的特點來建立城市自來水的分散式控制系統，滿足城市自來水的智慧化、節能化和網路化等的需求，實驗結果表明了此遠端控制系統穩定可靠、方便靈活、易於擴充套件等優點，對於人們的日常用水有一個更好的保障。