專利名稱：基于物聯(lián)網(wǎng)的井群監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)井監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的井群監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國現(xiàn)有灌溉機(jī)井300多萬眼，特別是西北和華北地區(qū)，以井灌為主，機(jī)井密集，水資源開采量巨大。為了便于對(duì)機(jī)井水資源進(jìn)行監(jiān)控，某些局部地區(qū)在機(jī)井處安裝了 IC卡機(jī)井控制器，IC卡機(jī)井控制器功能單一，且，大多數(shù)機(jī)井控制器之間無通信功能，這種方式無法對(duì)機(jī)井群的水資源進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控。為了解決無法對(duì)機(jī)井群水資源進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控的問題，目前已有少數(shù)的IC卡機(jī)井控制器聯(lián)入公網(wǎng)，利用公網(wǎng)的短信平臺(tái)進(jìn)行通信，IC卡機(jī)井控制器將機(jī)井用水信息通過公網(wǎng)傳送至監(jiān)控中心，工作人員在監(jiān)控中心處就可以對(duì)聯(lián)入公網(wǎng)的機(jī)井進(jìn)行監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn) 對(duì)機(jī)井群的統(tǒng)一監(jiān)控。但采用公網(wǎng)并不能及時(shí)的將機(jī)井用水信息發(fā)送至監(jiān)控中心。機(jī)井的盜水情況比較嚴(yán)重，目前的防盜水措施都是在IC卡機(jī)井控制器上實(shí)現(xiàn)的，只能對(duì)有限的盜水情況(例如，破壞水表記錄、假冒他人名義取水等)進(jìn)行識(shí)別，然后采取簡單措施，而對(duì)復(fù)雜的盜水手段(例如，修改IC卡中的信息導(dǎo)致可以無限制的用水等)無能為力。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種能及時(shí)接收機(jī)井群用水信息、識(shí)別盜水情況并及時(shí)采取防盜水措施、基于物聯(lián)網(wǎng)的井群監(jiān)控系統(tǒng)。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案基于物聯(lián)網(wǎng)的井群監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括監(jiān)控中心、節(jié)水灌溉監(jiān)控終端和匯聚節(jié)點(diǎn)，節(jié)水灌溉監(jiān)控終端通過匯聚節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心相連，其中，監(jiān)控中心為計(jì)算機(jī)；節(jié)水灌溉監(jiān)控終端包括微處理器、輸入模塊、讀卡模塊、與讀卡模塊配套的卡、繼電器控制模塊、水量脈沖采集模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)模塊和無線發(fā)射模塊，存儲(chǔ)模塊、無線發(fā)射模塊、時(shí)鐘模塊均與微處理器相連，輸入模塊、讀卡模塊、繼電器控制模塊、水量脈沖采集模塊、微處理器依次相連。作為對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，上述節(jié)水灌溉監(jiān)控終端還包括顯示模塊，顯示模塊與微處理器相連，顯示模塊可以對(duì)用戶的用水信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，便于用戶了解自己的用水情況。作為對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，上述讀卡模塊為IC卡讀寫器，與讀卡模塊配套的卡為IC卡，為了保證IC卡中數(shù)據(jù)的正確傳送，本實(shí)用新型對(duì)IC卡的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行混沌加密，并對(duì)IC卡采取白名單/黑名單/灰名單機(jī)制，能對(duì)盜水行為進(jìn)行有效控制。上述微處理器為ATmegal 128型號(hào)的MCU芯片。本實(shí)用新型在現(xiàn)有IC卡機(jī)井控制器的技術(shù)基礎(chǔ)上，增加物聯(lián)網(wǎng)功能。設(shè)置在各機(jī)井處的機(jī)井節(jié)水灌溉監(jiān)控終端通過無線發(fā)射模塊自動(dòng)連接成物聯(lián)網(wǎng)，各機(jī)井節(jié)水灌溉監(jiān)控終端構(gòu)成該物聯(lián)網(wǎng)中的各節(jié)點(diǎn)。各機(jī)井節(jié)水監(jiān)控終端自動(dòng)采集各機(jī)井的用水信息，并將采集到的信息匯聚到匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)將接受到的信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控中心，工作人員在監(jiān)控中心就可以對(duì)每口機(jī)井用水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)灌溉情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的安排和處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果I)本實(shí)用新型將機(jī)井節(jié)水灌溉監(jiān)控終端通過物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)，機(jī)井的用水信息能及時(shí)傳送到監(jiān)控中心，工作人員針對(duì)灌溉情況進(jìn)行及時(shí)的安排和處理，并能對(duì)出現(xiàn)的不良情況進(jìn)行及時(shí)處理；2)本實(shí)用新型進(jìn)一步對(duì)IC卡的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行混沌加密，可以保證數(shù)據(jù)的正確傳送，從而可實(shí)現(xiàn)用水量的精確控制，達(dá)到微觀節(jié)水的目的；并且對(duì)IC卡采取白名單/黑名單/灰名單機(jī)制，加強(qiáng)了 IC卡的安全性，可以避免拾到他人IC卡后的惡意取水行為，將目前的防盜水措施由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)。

圖I為本實(shí)用新型節(jié)水灌溉監(jiān)控終端的一種具體實(shí)施的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。本具體實(shí)施例由監(jiān)控中心、節(jié)水灌溉監(jiān)控終端和匯聚節(jié)點(diǎn)三部分組成，微處理器、輸入模塊、讀卡模塊、與讀卡模塊配套的卡、繼電器控制模塊、水量脈沖采集模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)模塊和無線發(fā)射模塊，存儲(chǔ)模塊、無線發(fā)射模塊、時(shí)鐘模塊均與微處理器相連，輸入模塊、讀卡模塊、繼電器控制模塊、水量脈沖采集模塊、微處理器依次相連。本具體實(shí)施例中的節(jié)水灌溉監(jiān)控終端還包括有顯示模塊，該顯示模塊與微處理器相連。機(jī)井群中的每個(gè)機(jī)井水泵處設(shè)置一臺(tái)節(jié)水灌溉監(jiān)控終端，用來采集各個(gè)機(jī)井的用水情況，并將采集到的用水信息通過匯聚節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控中心，工作人員在監(jiān)控中心就可以實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)井的用水情況，針對(duì)用水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的安排和處理，并對(duì)出現(xiàn)的不良情況及時(shí)采取措施。本具體實(shí)施中的匯聚節(jié)點(diǎn)采用RAM9的開發(fā)板，型號(hào)為飛凌2410。節(jié)水灌溉監(jiān)控終端中的微處理器是節(jié)水灌溉監(jiān)控終端的核心處理單元，本具體實(shí)施中，微處理器選用MCU芯片，芯片型號(hào)為ATmegal 128。輸入模塊為按鍵，用戶可通過按鍵選擇操作。讀卡模塊用來讀取IC卡，本具體實(shí)施中，讀卡模塊選用MFRC500型號(hào)的IC卡讀寫器，與讀卡模塊配套的卡為MFRC500型號(hào)的IC卡。繼電器控制模塊與機(jī)井水泵相連，用來控制水泵的開閥和關(guān)閥。水量脈沖采集模塊用來采集機(jī)井的用水量，本具體實(shí)施中，水量脈沖采集模塊采用脈沖水表。時(shí)鐘模塊可對(duì)放水時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，本具體實(shí)施中，時(shí)鐘模塊選用XTAL32K型號(hào)的外部晶振。存儲(chǔ)模塊用來存儲(chǔ)用戶的放水信息、刷卡記錄和IC卡基本信息(包括用戶信息和卡著剩余水量等)，本具體實(shí)施中，存儲(chǔ)模塊為MCU芯片中的EEPROM部分。無線發(fā)射模塊用來發(fā)送信息，本具體實(shí)施中，無線發(fā)射模塊選NRF905單片無線收發(fā)器。顯示模塊用來實(shí)時(shí)顯示機(jī)井放水過程中的信息，如刷卡提示、用戶信息、放水量、放水時(shí)間及其用戶卡中的剩余水量等信息，本具體實(shí)施中，顯示模塊采用0CM12232-1型號(hào)液晶顯示器。在本具體實(shí)施中對(duì)所用IC卡中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行加密，防止私自修改IC卡中的數(shù)據(jù)，由于本實(shí)用新型的節(jié)水灌溉監(jiān)控終端的軟硬件資源非常有限，所以采用了占有資源少、安全性高的混沌加密算法進(jìn)行加密。混沌加密是利用混沌系統(tǒng)產(chǎn)生混沌序列作為密鑰序列，利用該序列對(duì)明文加密，密文經(jīng)信道傳輸，接收方用混沌同步的方法將明文信號(hào)提取出來實(shí)現(xiàn)解密。針對(duì)IC卡容易遺失，由于卡是不記名的，別人拾到可以惡意放水，對(duì)IC卡采用白名單/黑名單/灰名單安全機(jī)制，每張IC卡在使用時(shí)節(jié)水灌溉監(jiān)控終端會(huì)檢測(cè)是否屬于黑名單，如果是黑名單就不能取水，從而避免拾到他人IC卡后的惡意取水行為，將目前的防盜水措施由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)。下面將描述本實(shí)用新型提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的井群監(jiān)控系統(tǒng)的工作過程本實(shí)用新型是利用IC卡作為用水信息傳輸媒介來控制機(jī)井灌溉取水量，可用于 多個(gè)用水戶共用一個(gè)機(jī)井灌溉的場(chǎng)所，一戶一卡。本實(shí)用新型的節(jié)水灌溉監(jiān)控終端中的繼電器控制器模塊與機(jī)井的水泵相連，平時(shí)，該繼電器控制器模塊處于拉閘斷電狀態(tài)，水泵無法啟動(dòng)取水。當(dāng)用戶需要放水時(shí)，可通過節(jié)水灌溉監(jiān)控終端中的輸入模塊選擇放水按鍵，然后在讀卡模塊的感應(yīng)區(qū)內(nèi)刷卡，刷卡后讀卡模塊產(chǎn)生脈沖信號(hào)，并將脈沖信號(hào)發(fā)送至繼電器控制模塊，繼電器控制模塊在接收到該信號(hào)的同時(shí)打開水泵的閥門，機(jī)井開始放水，同時(shí)，水量脈沖采集模塊開始采集機(jī)井的放水量；繼電器控制模塊在接收到脈沖信號(hào)的同時(shí)，通過水量脈沖采集模塊將接收到的信號(hào)發(fā)送至微處理器，微處理器再將信號(hào)傳送至?xí)r鐘模塊，時(shí)鐘模塊接收到信號(hào)后開始計(jì)時(shí)，水量脈沖采集模塊和時(shí)鐘模塊幾乎同時(shí)開始工作；水量脈沖采集模塊將采集到的放水量、時(shí)鐘模塊將所記錄的放水時(shí)間實(shí)時(shí)發(fā)送至微處理器，微處理器將接收到的放水量和放水時(shí)間實(shí)時(shí)傳遞至顯示模塊，顯示模塊對(duì)機(jī)井的放水量和放水時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，方便用戶了解本次的放水信息。當(dāng)需要結(jié)束放水時(shí)，用戶通過輸入模塊選擇停水按鍵，然后在讀卡模塊的感應(yīng)區(qū)內(nèi)刷卡，刷卡后讀卡模塊產(chǎn)生脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)發(fā)送至繼電器控制模塊，繼電器控制模塊在接收到該信號(hào)的同時(shí)關(guān)閉水泵的閥門，放水結(jié)束。放水結(jié)束后，微處理器將本次放水信息(放水量和放水時(shí)間)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)模塊中，作為微處理器未成功發(fā)送放水信息時(shí)的備份，同時(shí)將本次放水信息通過無線發(fā)射模塊發(fā)送出去到匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)將接受到的放水信息轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控中心。由于本實(shí)用新型的機(jī)井節(jié)水灌溉監(jiān)控終端連接成物聯(lián)網(wǎng)，因此各機(jī)井節(jié)水監(jiān)控終端采集到的機(jī)井用水信息能及時(shí)的傳遞至監(jiān)控中心，那么工作人員在監(jiān)控中心可以實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)井群，并針對(duì)用水情況進(jìn)行及時(shí)的安排和處理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)盜水情況時(shí)也可及時(shí)采取相應(yīng)的措施，避免用戶的損失。
權(quán)利要求1.基于物聯(lián)網(wǎng)的井群監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括 監(jiān)控中心、節(jié)水灌溉監(jiān)控終端和匯聚節(jié)點(diǎn)，節(jié)水灌溉監(jiān)控終端通過匯聚節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心相連，其中，監(jiān)控中心為計(jì)算機(jī)；節(jié)水灌溉監(jiān)控終端包括微處理器、輸入模塊、讀卡模塊、與讀卡模塊配套的卡、繼電器控制模塊、水量脈沖采集模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)模塊和無線發(fā)射模塊，存儲(chǔ)模塊、無線發(fā)射模塊、時(shí)鐘模塊均與微處理器相連，輸入模塊、讀卡模塊、繼電器控制模塊、水量脈沖采集模塊、微處理器依次相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的井群監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于 所述的節(jié)水灌溉監(jiān)控終端還包括顯示模塊，所述的顯示模塊與所述的微處理器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的井群監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于 所述的讀卡模塊為IC卡讀寫器,且,所述的與讀卡模塊配套的卡為IC卡,所述的IC卡 的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行了混沌加密并采取白名單/黑名單/灰名單機(jī)制。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的井群監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于 所述的微處理器為ATmegal 128型號(hào)的MCU芯片。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的井群監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)控中心、節(jié)水灌溉監(jiān)控終端和匯聚節(jié)點(diǎn)，節(jié)水灌溉監(jiān)控終端通過匯聚節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心相連，其中，監(jiān)控中心為計(jì)算機(jī)；節(jié)水灌溉監(jiān)控終端包括微處理器、輸入模塊、讀卡模塊、與讀卡模塊配套的卡、繼電器控制模塊、水量脈沖采集模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)模塊和無線發(fā)射模塊，存儲(chǔ)模塊、無線發(fā)射模塊、時(shí)鐘模塊均與微處理器相連，輸入模塊、讀卡模塊、繼電器控制模塊、水量脈沖采集模塊、微處理器依次相連。本實(shí)用新型將機(jī)井節(jié)水灌溉監(jiān)控終端通過物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)，機(jī)井的用水信息能及時(shí)傳送到監(jiān)控中心，工作人員可針對(duì)灌溉情況進(jìn)行及時(shí)的安排和處理。
文檔編號(hào)G05B19/418GK202486603SQ20122009945
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者劉樹波, 劉夢(mèng)君, 梅雙杰, 熊禮治, 王穎, 蔡朝暉 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)