便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置，由可視化模塊、處理器模塊、電源模塊和無線通信模塊組成。電源模塊為可視化模塊、處理器模塊和無線通信模塊供電，可實現(xiàn)監(jiān)測水域普通節(jié)點數(shù)據(jù)/狀態(tài)監(jiān)控、配置和電池電量預(yù)警，以及網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和路由信息的監(jiān)控及配置。處理器模塊采用微控制器MKL25Z128VLH4作為分析和處理水環(huán)境參數(shù)，并控制觸摸屏和無線發(fā)送模塊的工作狀態(tài)。處理器與觸摸屏、無線發(fā)送模塊之間采用串口通信。電源模塊采用鋰電池串聯(lián)供電，通過電源管理芯片得到穩(wěn)定電壓輸出。便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測儀將無線傳感技術(shù)與水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)結(jié)合，方便快捷在遠程端對水環(huán)境實時在線監(jiān)測。
【專利說明】便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001〕 本發(fā)明涉及一種水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)的便攜式無線監(jiān)測裝置。屬無線通信和嵌入式系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在傳感器技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、無線通信技術(shù)、嵌入式處理技術(shù)以及信息分布式計算技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，無線傳感網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于軍事、智能家居、環(huán)境監(jiān)測等方面。無線傳感技術(shù)與水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)結(jié)合，誕生了水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)。這為水環(huán)境監(jiān)測提供了全新的手段和模式。無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點(基站)和監(jiān)測終端組成。大量的傳感器節(jié)點隨機的部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點收集到的數(shù)據(jù)通過單跳或多跳的方式到達匯聚節(jié)點，最后通過互聯(lián)網(wǎng)或者衛(wèi)星到達監(jiān)測終端。監(jiān)測人員通過監(jiān)測終端對整個傳感器網(wǎng)絡(luò)進行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測任務(wù)以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0003]水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)以傳感器作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，部署到指定水域中，節(jié)點之間能夠協(xié)作地監(jiān)測、感知和采集各種水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)并對其進行處理，利用節(jié)點的自組織能力，實時監(jiān)測指定水域環(huán)境。水環(huán)境無線監(jiān)測終端是水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)的一個不可分割的部分。監(jiān)測終端對感知信息進行觀察、分析、挖掘和制定決策，或?qū)Ω兄獙ο蟛扇∠鄳?yīng)的行動。監(jiān)測終端功能主要包括數(shù)據(jù)信息管理、數(shù)據(jù)分析處理、監(jiān)測系統(tǒng)管理、決策信息服務(wù)、用戶管理和系統(tǒng)維護。監(jiān)測終端是水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)的上層管理系統(tǒng)，它通過運用無線傳感技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以準確、實時的與終端節(jié)點進行通信，是整個網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)管理、控制、分析的指揮中心。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用研究為背景，針對目前監(jiān)測系統(tǒng)的管理終端不可移動性，給監(jiān)測人員帶來的不便，以及監(jiān)測終端初始配置問題，發(fā)明一種水環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的便攜式監(jiān)測裝置。該監(jiān)測裝置可以解決監(jiān)測人員因出差在夕卜，或者巡視監(jiān)測現(xiàn)場而不在監(jiān)測中心所帶來的不便，不僅可以具有數(shù)據(jù)采集及顯示功能，還可以隨時隨地的對系統(tǒng)進行配置、監(jiān)控、管理以及做出決策。無線監(jiān)測裝置便于攜帶、對水域?qū)崟r地監(jiān)測分析，為處理分析水環(huán)境突發(fā)事件提供一種便捷可靠的平臺，具有重要的現(xiàn)實意義。
[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]一種便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置，包括可視化模塊、處理器模塊、電源模塊和無線通信模塊。電源模塊為可視化模塊、處理器模塊和無線通信模塊供電。
[0007]具體來說，所述可視化模塊采用觸摸屏設(shè)計:一方面監(jiān)測人員通過觸摸屏輸入對監(jiān)測網(wǎng)的配置命名及監(jiān)控命令，并通過串口傳給處理器模塊。另一方面處理器模塊將收到的反饋信息及數(shù)據(jù)上傳給觸摸屏顯示。以實現(xiàn)對監(jiān)測網(wǎng)的初始化拓撲結(jié)構(gòu)和路由信息的配置，對監(jiān)測網(wǎng)實時的拓撲結(jié)構(gòu)和路由信息的監(jiān)控；實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)和節(jié)點工作狀態(tài)的查詢。
[0008]進一步地，所述處理器模塊采用飛思卡爾1此25212871上4芯片設(shè)計:處理器模塊一方面接收觸摸屏發(fā)送的配置和監(jiān)控信號，將該信號轉(zhuǎn)化為無線通信模塊可識別的信號格式發(fā)送至無線通信模塊，同時給觸摸屏反饋傳送狀態(tài)。另一方面處理器模塊接收無線通信模塊傳來的數(shù)據(jù)及反饋信息，并送至觸摸屏，同時將數(shù)據(jù)存儲。同時，監(jiān)測電源模塊兩端電壓，實時進行電源電壓信息處理。
[0009]進一步地，所述無線通信模塊由模塊及附加電路構(gòu)成。無線通信模塊與處理器模塊之間通過串口通信。無線通信模塊實現(xiàn)了監(jiān)測終端對基站的控制命令的發(fā)送，同時接收基站上傳的數(shù)據(jù)。
[0010]進一步地，所述電源模塊包括+5743.87^+3.3乂。+57為可視化觸摸屏模塊供電、+3.8乂為無線通信模塊供電、+3.舊為處理器模塊供電?？紤]到監(jiān)測終端的便攜式，電源采用鋰電池供電。根據(jù)鋰電池放電特性，采用II電源管理芯片1？365581對電池放電進行管理，使其滿足系統(tǒng)所需電能需求且使電池電量得到合理利用。
[0011]水環(huán)境無線監(jiān)測裝置功能由監(jiān)控部分、配置部分和電池電量監(jiān)控部分組成。監(jiān)控部分由監(jiān)測網(wǎng)節(jié)點工作狀態(tài)監(jiān)控模塊、動態(tài)拓撲監(jiān)控模塊、節(jié)點工作狀態(tài)顯示模塊以及動態(tài)拓撲顯示模塊組成；配置部分由監(jiān)測網(wǎng)節(jié)點工作狀態(tài)配置模塊、拓撲結(jié)構(gòu)配置模塊組成；電池電量監(jiān)控部分由八/0轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點及效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置具有以下兩個優(yōu)點。第一，網(wǎng)絡(luò)配置及數(shù)據(jù)實時分析處理:通過監(jiān)測裝置，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點狀態(tài)(如節(jié)點剩余能量、節(jié)點活動或睡眠)，分析網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的水質(zhì)數(shù)據(jù)，獲得水域水質(zhì)實時狀態(tài)，為水環(huán)境保護提供依據(jù)；同時也為水域突發(fā)性事件監(jiān)測提供預(yù)警；另外，監(jiān)測網(wǎng)中的節(jié)點因為能力耗盡而失效，或因水流作用發(fā)生漂移，導致部分節(jié)點出現(xiàn)失效，可通過監(jiān)測裝置的配置功能實現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)重組，保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)健性。第二，便攜式設(shè)計:考慮到監(jiān)測人員因初查在外、或者巡視監(jiān)測現(xiàn)場而不在監(jiān)測中心，如何應(yīng)對監(jiān)測網(wǎng)出現(xiàn)異常情況，如網(wǎng)絡(luò)部分節(jié)點失效或部分區(qū)域出現(xiàn)水質(zhì)異常，通過便攜式設(shè)計，使監(jiān)測人員可方便通過監(jiān)測裝置對監(jiān)測網(wǎng)進行實時配置、監(jiān)控、管理以及做出決策。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置工作流程圖；
[0015]圖3是便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計圖；
[0016]圖4是便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置功能結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖5是便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置主流程圖；
具體實施方案
[0018]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0019]圖1是本發(fā)明基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。該監(jiān)測裝置包括可視化模塊、處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊。
[0020](1)可視化模塊采用觸摸屏設(shè)計
[0021]觸摸屏采用北京迪文公司的011804800)7(^021開發(fā)屏，該屏工作電壓典型值為5.(^，工作電流450—。通過301接口與主控板進行通信。0⑶3屏采用直接變量驅(qū)動顯示方式，所有的顯示和操作都是基于預(yù)先設(shè)置好的配置文件來工作，使用方便。一方面通過觸摸屏向監(jiān)測網(wǎng)發(fā)送配置命令及監(jiān)控命令，另一方面接收監(jiān)測網(wǎng)反饋信息及數(shù)據(jù)顯示。
[0022](2)處理器模塊包括1此25212871上4最小系統(tǒng)、存儲模塊、電池電壓檢測模塊、指示燈模塊
[0023]處理器模塊主控芯片采用飛思卡爾1此25212871^4，工作電壓+3.3乂。1X125212871114最小系統(tǒng)由晶振電路、復(fù)位電路、寫入器電路組成。晶振電路外接81?晶振，采用頂?811復(fù)位芯片獲得穩(wěn)定復(fù)位信號。慮到對監(jiān)測網(wǎng)中所采集到的歷史數(shù)據(jù)以及對實時數(shù)據(jù)的保存，監(jiān)測終端需具有一定的存儲功能，因此在便攜式監(jiān)測終端的設(shè)計中加入存儲模塊，實現(xiàn)實時存儲數(shù)據(jù)，查看某一時刻數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)的功能。存儲電路采用八1121公司的八124010248 22？如1存儲芯片，其空間大小為131，072字節(jié)。由于便攜式設(shè)計，設(shè)計了電池電壓監(jiān)測模塊，實時對電池剩余電量監(jiān)測，預(yù)警。
[0024](3)無線通信模塊采用⑶…電路設(shè)計
[0025]模塊采用華為無線模塊，工作電壓為3.87。除了無線模塊外，還有輔助電路啟動電路，6？1？8工作指示電路，網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)指示電路，811卡接口電路等。用以實現(xiàn)與遠程基站的數(shù)據(jù)接收以及下達監(jiān)控命令。
[0026](4)電源模塊采用鋰電池供電，采用II公司1？365581芯片進行電源管理
[0027]監(jiān)測裝置的電源模塊包括三部分電源:+57, +3.8乂和+3.3乂。電源模塊采用鋰電池供電，使用II公司1？365581三路同步降壓轉(zhuǎn)換芯片對電池放電進行管理。1？365581輸入在可變范圍+4.5乂至+18^，三路輸出電壓可調(diào)，電流為1.5八，2.5八和1.54。輸出+57直流電壓給觸摸屏模塊供電，+3.8乂給模塊供電，+3.給處理器供電，可給監(jiān)測終端供電10小時。為了充分保障監(jiān)測節(jié)點工作的無人值守，采用了八/0采樣測量電壓的方法，從而實時監(jiān)測鋰電池剩余電量，從而合理分配剩余電池電量以及及時補充鋰電池的電量。
[0028](5)監(jiān)測裝置工作流程
[0029]監(jiān)測裝置工作流程如圖2所示。所述監(jiān)測裝置的電源模塊由鋰電池串聯(lián)方式供電，通過II公司1？365581電源管理芯片電路處理之后得到穩(wěn)定的+57, +3.8乂，+3.電壓輸出，分別為可視化模塊、無線通信模塊以及處理器模塊供電。通過觸摸屏輸入的配置命令、監(jiān)控命令由串口 2發(fā)送，處理器模塊通過查詢方式獲得串口 2傳送的命令信息，經(jīng)解析、打包處理，再由串口 1發(fā)送相應(yīng)可識別的八I指令到達無線通信模塊，同時無線模塊將命令信息發(fā)送給基站。無線通信模塊接收到基站傳送來的數(shù)據(jù)，通過串口 1直接發(fā)送到處理器處理，同時處理器以查詢的方式獲得數(shù)據(jù)。處理器通過內(nèi)部集成的IX接口將數(shù)據(jù)信息存儲于外擴的存儲模塊中，另一方面將部分信息由串口 2送至可視化模塊顯示。與此同時，處理器通過八/0采樣實時的進行鋰電池電壓監(jiān)測，當電壓低于+4.時報警。
[0030](7)監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計
[0031]本發(fā)明考慮到更新和維修方便，采集兩層結(jié)構(gòu)化設(shè)計方案，如圖3所示。上層為觸摸屏；下層為此25最小系統(tǒng)板及附加電路，⑶…模塊的外圍電路，還有電源電路。上下層之間通過排線連接。
[0032](6)監(jiān)測裝置功能由數(shù)據(jù)處理、監(jiān)控、配置和電池電量預(yù)警四個部分組成
[0033]監(jiān)測裝置的功能實現(xiàn)采用模塊化思想，便于升級及測試，具體由數(shù)據(jù)處理、監(jiān)控、配置和電池電量預(yù)警四個部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。數(shù)據(jù)處理分為數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊；監(jiān)控部分分為拓撲監(jiān)控模塊、路由監(jiān)控模塊和節(jié)點狀態(tài)監(jiān)控模塊；配置部分分為拓撲配置模塊、路由配置模塊和節(jié)點狀態(tài)配置模塊；電池電量預(yù)警部分由八/0采樣模塊實現(xiàn)。
[0034]監(jiān)測裝置的主流程如圖5所示。監(jiān)測裝置上電之后，運行1⑶初始化程序(包括時鐘、22？如1、串口、八IX:、指示燈)。主循環(huán)查詢串口 2，若接收到觸摸屏發(fā)送來的命令，對數(shù)據(jù)進行解析、打包處理，若對處理的命令不發(fā)送，將直接回到主循環(huán)；若要對處理的命令信息無線發(fā)送，若接收到應(yīng)答信號將回到主循環(huán)，若沒有接收到應(yīng)答，將重復(fù)發(fā)送；主循環(huán)查詢串口 1，若接收到無線數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行解析、存儲處理，若不對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)，將直接回到主循環(huán)；若要對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)，將再次打包發(fā)送至觸摸屏，若接收到應(yīng)答信號將回到主循環(huán)；若沒有收到應(yīng)答信號，將再次發(fā)送數(shù)據(jù)。同時進行電池電壓監(jiān)測信息處理。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置，其特征在于:包括可視化模塊、處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊，電源模塊采用鋰電池串聯(lián)方式，通過電源管理芯片為處理器模塊、無線通信模塊和可視化模塊供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置，其特點在于:所述處理器模塊包括MKL25Z128VLH4最小系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換和存儲器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置，其特點在于:實現(xiàn)監(jiān)測水域普通節(jié)點數(shù)據(jù)/狀態(tài)監(jiān)控、配置和電池電量預(yù)警，以及網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和路由信息的監(jiān)控及配置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置，其特點在于:所述處理器模塊內(nèi)部集成串行接口與可視化模塊相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置，其特點在于:所述處理器模塊內(nèi)部集成串行接口與無線通信模塊相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置，其特點在于:所述處理器模塊內(nèi)部集成IIC接口與EEPROM存儲模塊相連。
【文檔編號】G01D21/02GK104299383SQ201410288925
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】林志貴, 陳珍星, 楊子原, 哈謙, 劉英平 申請人:天津工業(yè)大學