一種無線水質(zhì)氨氮監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種無線水質(zhì)氨氮監(jiān)測裝置，包括至少一個傳感器節(jié)點及與所述傳感器節(jié)點通過ZigBee網(wǎng)絡連接的匯聚節(jié)點；傳感器節(jié)點包括水質(zhì)氨氮傳感器、信號調(diào)理模塊、處理模塊和第一ZigBee模塊；水質(zhì)氨氮傳感器，用于采集水質(zhì)氨氮參數(shù)數(shù)據(jù)；信號調(diào)理模塊，用于接收水質(zhì)氨氮傳感器采集的氨氮參數(shù)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行放大轉(zhuǎn)化；處理模塊，用于接收信號調(diào)理模塊調(diào)理后的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過串口通訊傳輸給第一ZigBee模塊；匯聚節(jié)點包括第二ZigBee模塊、控制模塊、GPRS模塊和監(jiān)測終端；第二ZigBee模塊，通過ZigBee網(wǎng)絡接收來自第一ZigBee模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)；控制模塊，用于接收第二ZigBee模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過串口通訊傳輸給GPRS模塊；GPRS模塊，用于通過GPRS網(wǎng)絡將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)測終端。本實用新型能夠遠程、實時監(jiān)測水質(zhì)氨氮參數(shù)特性的變化。
【專利說明】一種無線水質(zhì)氨氮監(jiān)測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種水質(zhì)監(jiān)測裝置，尤其涉及一種無線水質(zhì)氨氮監(jiān)測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 水資源是一種重要的基礎(chǔ)自然資源，是生態(tài)環(huán)境的控制性因素之一，同時又是 戰(zhàn)略性經(jīng)濟資源，是一個國家綜合國力的有機組成部分。因此，保護水資源是環(huán)境保護工 作的重中之重。保護水環(huán)境、治理水污染，水質(zhì)監(jiān)測是必不可少的首要工作，是有效治理和 控制水污染的技術(shù)支持和保障。加強水資源管理，保護水環(huán)境，實現(xiàn)水質(zhì)在線自動監(jiān)測己 經(jīng)成為關(guān)系國計民生的大事。然而，長期使用中發(fā)現(xiàn)，目前市場上的無線水質(zhì)監(jiān)測裝置一般 僅能進行取樣檢測，設(shè)備復雜且價格昂貴，不適合水質(zhì)監(jiān)測的推廣應用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠遠程、實時監(jiān)測水質(zhì)的無線水質(zhì) 氨氮監(jiān)測裝置。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種無線水質(zhì)氨氮監(jiān)測裝置，包括至少一 個傳感器節(jié)點及與所述傳感器節(jié)點通過ZigBee網(wǎng)絡連接的匯聚節(jié)點；
[0005] 所述傳感器節(jié)點包括水質(zhì)氨氮傳感器、信號調(diào)理模塊、處理模塊和第一 ZigBee模 塊；
[0006] 所述水質(zhì)氨氮傳感器，用于采集水質(zhì)氨氮參數(shù)數(shù)據(jù)；
[0007] 所述信號調(diào)理模塊，用于接收所述水質(zhì)氨氮傳感器采集的氨氮參數(shù)數(shù)據(jù)，并對數(shù) 據(jù)進行放大轉(zhuǎn)化；
[0008] 所述處理模塊，用于接收所述信號調(diào)理模塊調(diào)理后的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過串口通 訊傳輸給所述第一 ZigBee模塊；
[0009] 所述匯聚節(jié)點包括第二ZigBee模塊、控制模塊、GPRS模塊和監(jiān)測終端；
[0010] 所述第二ZigBee模塊，通過ZigBee網(wǎng)絡接收來自所述第一 ZigBee模塊發(fā)送的數(shù) 據(jù)；
[0011] 所述控制模塊，用于接收所述第二ZigBee模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過串口通 訊傳輸給所述GPRS模塊；
[0012] 所述GPRS模塊，用于通過GPRS網(wǎng)絡將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)測終端。
[0013] 還包括供電模塊，用于為所述水質(zhì)氨氮傳感器、所述處理模塊、所述控制模塊、所 述第一 ZigBee模塊和所述第二ZigBee模塊供電。
[0014] 所述信號調(diào)理模塊包括LM358雙運算放大器。
[0015] 所述處理模塊包括ATmegal6L-8PI單片機。
[0016] 所述控制模塊包括ATmegal6L_8PI單片機。
[0017] 本實用新型的有益效果為：本實用新型通過將近距離傳輸?shù)腪igBee模塊與遠距 離傳輸?shù)腉PRS模塊結(jié)合使用，克服了傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)實時性差、遠距離信息傳輸能力 弱、控制性差、代價昂貴等缺點，既能靈活方便的對水質(zhì)氨氮參數(shù)進行實時監(jiān)控，又能及時 將數(shù)據(jù)遠距離傳輸至監(jiān)測終端，該無線水質(zhì)氨氮監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)傳輸安全可靠，且設(shè)備體積 要求小，無需布線，大大降低了工程造價及運行維修成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本實用新型的系統(tǒng)框圖；
[0019] 圖2為圖1所不/[目號調(diào)理模塊的電路原理圖；
[0020] 圖3為圖1所示處理模塊和控制模塊的電路原理圖；
[0021] 圖4為圖3所示控制模塊的擴展接口原理圖；
[0022] 圖5為圖1所不信號調(diào)理模塊和GPRS模塊的電源電路原理圖；
[0023] 圖6為水質(zhì)氨氮傳感器、處理模塊、控制模塊、第一 ZigBee模塊和第二ZigBee模 塊的電源電路原理圖。

【具體實施方式】
[0024] 以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步詳細說明：參見圖1所示， 本實用新型的一種無線水質(zhì)氨氮監(jiān)測裝置，包括至少一個傳感器節(jié)點2及與傳感器節(jié)點2 通過ZigBee網(wǎng)絡連接的匯聚節(jié)點4 ;
[0025] 傳感器節(jié)點2包括水質(zhì)氨氮傳感器20、信號調(diào)理模塊22、處理模塊24和第一 ZigBee 模塊 26 ;
[0026] 水質(zhì)氨氮傳感器20,用于采集水質(zhì)氨氮參數(shù)數(shù)據(jù)；
[0027] 所述信號調(diào)理模塊22,用于接收水質(zhì)氨氮傳感器20采集的氨氮參數(shù)數(shù)據(jù)，并對數(shù) 據(jù)進行放大轉(zhuǎn)化；
[0028] 處理模塊24,用于接收信號調(diào)理模塊22調(diào)理后的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過串口通訊傳 輸給第一 ZigBee模塊26 ;
[0029] 匯聚節(jié)點4包括第二ZigBee模塊40、控制模塊42、GPRS模塊44和監(jiān)測終端46 ;
[0030] 第二ZigBee模塊40,通過ZigBee網(wǎng)絡接收來自第一 ZigBee模塊26發(fā)送的數(shù)據(jù)；
[0031] 控制模塊42,用于接收第二ZigBee模塊40傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過串口通訊傳 輸給GPRS模塊44 ;
[0032] GPRS模塊44,用于通過GPRS網(wǎng)絡將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)測終端46。
[0033] 本實用新型的原理是：通過采用水質(zhì)氨氮傳感器20監(jiān)測水質(zhì)氨氮參數(shù)，傳感器節(jié) 點2通過ZigBee網(wǎng)絡把水質(zhì)氨氮參數(shù)發(fā)送到匯聚節(jié)點4上，由匯聚節(jié)點4通過GPRS網(wǎng)絡 傳輸?shù)奖O(jiān)測終端46,本實用新型通過將近距離傳輸?shù)腪igBee模塊與遠距離傳輸?shù)腉PRS模 塊結(jié)合使用，實現(xiàn)實時監(jiān)測水質(zhì)氨氮參數(shù)特性的變化。
[0034] 傳感器節(jié)點2中的水質(zhì)氨氮傳感器20組成數(shù)據(jù)采集模塊，該水質(zhì)氨氮傳感器20 是NH61-A891水質(zhì)氨氮傳感器，能實時監(jiān)測水質(zhì)氨氮的變化，具有耐腐蝕，性能穩(wěn)定和測量 精度1?等優(yōu)點。
[0035] 傳感器節(jié)點2中的處理模塊24和匯聚節(jié)點4中的控制模塊42均包括 ATmegal6L-8PI單片機，該單片機一種基于增強的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控 制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmegal6的數(shù)據(jù)吞吐率高達 lMIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾，為許多嵌入式控制應用提供 了靈活而低成本的解決方案。參見圖3所示，傳感器節(jié)點2中的處理模塊24和匯聚節(jié)點4中 的控制模塊42具體的是由ATmegal6L-8PI單片機及其外圍電路構(gòu)成，其中ATmegal6L-8PI 單片機可以實現(xiàn)8路的AD采集，將調(diào)理好的信號直接接至ATmegal6L-8PI單片機的40號引 腳；ATmegal6L-8PI單片機的9號引腳上接有一個10k的電阻札和10uF的電容C 6，電阻札和 電容C6串聯(lián)后，電容C6的另一端接5V電源，電阻&的另一端接地，該外圍電路起到上電復 位的作用，同時在電容C 6上并聯(lián)一個開，實現(xiàn)手動復位功能；ATmegal6L-8PI單片機的 12號引腳和13號引腳之間串聯(lián)有一個22. 1184M的晶振Yi，該晶振￥1的兩端分別連接有一 個33pF的電容C7、C 12，該電容C7、C12的另一端接地，晶振Yi和電容C7、C 12構(gòu)成的震蕩電路，對 整個電路長期、可靠、穩(wěn)定的工作具有非常重要的意義，尤其是在頻繁的進行睡眠、喚醒機 制中起到了非常重要的作用；ATmegal6L-8PI單片機的10號引腳上接5V電源，下接0. luF 的電容；ATmegal6L-8PI單片機的30號引腳是端口 A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時， 該引腳應直接與VCC連接，使用ADC時應通過一個低通濾波器與VCC連接。，控制模塊42 使用A/D，利用10mH的電感和兩個0. luF的電容來實現(xiàn)低通濾波的功能；ATmegal6L-8PI單 片機的31號引腳和11號引腳接地；Tmegal6L-8PI單片機的32號引腳是A/D的模擬基準 輸入引腳，不能直接接地，需通過10uF的電容C 8接地。再參見4所示，匯聚節(jié)點4中的控制 模塊42的擴展接口是以MAX232所構(gòu)成的一個RS232串口通訊，用于連接GPRS DTU無線數(shù) 據(jù)傳輸模塊，該擴展接口的15號引腳接地，1號引腳與3號引腳、4號引腳與5號引腳分別 串聯(lián)一個〇. luF的電容C2、C4, 2號引腳串聯(lián)一個0. luF的電容C3后接電源正極，6號引腳串 聯(lián)一個0. luF的電容C5后接地，7號引腳和8號引腳分別接一個RS232的2號引腳和3號 引腳，并且RS232的5號引腳、10號引腳和11號引腳都接地；此外，該擴展接口的9號引腳 與10號引腳分別接至ATmegal6L-8PI單片機的14號引腳與15號引腳。
[0036] 傳感器節(jié)點2的第一 ZigBee模塊26和匯聚節(jié)點的第二ZigBee模塊40均采用無 線射頻芯片CC2530,該芯片數(shù)據(jù)處理準確度高、效率高，保證了無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_度和實 時性。
[0037] GPRS模塊44采用長沙易道電子測量儀器有限公司生產(chǎn)的EDA0-3360 GPRS DTU無 線數(shù)據(jù)傳輸模塊，該DTU內(nèi)置8位嵌入式處理器，內(nèi)嵌完備的TCP/IP協(xié)議棧，同時提供1個 RS232串口（端子接口），其內(nèi)部采用華為最新款MG323無線模塊工業(yè)級主控芯片，可以長期 穩(wěn)定可靠的工作，抗干擾能力強，使用方便。
[0038] 參見圖2所示，傳感器節(jié)點2中的信號調(diào)理模塊22,是基于LM358的信號調(diào)理模 塊。NH61-A891水質(zhì)氨氮傳感器，輸出的4-20mA的電流信號，經(jīng)信號調(diào)理模塊轉(zhuǎn)化成(T5V 的電壓信號才能傳給單片機。電阻&起1八轉(zhuǎn)換取樣電阻的作用，電流信號在R7上產(chǎn)生 一個對應電壓，即4mA對應0. 04V，20mA對應0. 2V，然后通過LM358進行25倍放大后，就變 成對應的1-5V的電壓信號。電阻R8起校對作用，調(diào)節(jié)R 8使輸入電流信號為20mA時輸出為 5V〇
[0039] 參見圖5、圖6所示，本實用新型中的水質(zhì)氨氮傳感器20、處理模塊24、控制模塊 42、第一 ZigBee模塊26和第二ZigBee模塊42均需提供5v電壓，信號調(diào)理模塊22需提供 正負12V電壓，GPRS模塊44也需提供12V電壓，故采用變壓器1\變壓，將220V的供電電壓 降至至正負16V，采用LM7812芯片將+16V降壓至-12V并穩(wěn)壓，采用LM7912芯片將+16V降 壓至-12V并穩(wěn)壓，采用LM7805芯片將12V降壓至5V并穩(wěn)壓。
[0040] 以上所述僅為本實用新型的較佳實施方式，本實用新型的保護范圍并不以上述實 施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本實用新型所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變 化，皆應納入權(quán)利要求書中記載的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種無線水質(zhì)氨氮監(jiān)測裝置，其特征在于：包括至少一個傳感器節(jié)點（2)及與所述 傳感器節(jié)點（2)通過ZigBee網(wǎng)絡連接的匯聚節(jié)點（4); 所述傳感器節(jié)點（2)包括水質(zhì)氨氮傳感器（20)、信號調(diào)理模塊（22)、處理模塊（24)和 第一 ZigBee 模塊（26); 所述水質(zhì)氨氮傳感器（20)，用于采集水質(zhì)氨氮參數(shù)數(shù)據(jù)； 所述信號調(diào)理模塊（22)，用于接收所述水質(zhì)氨氮傳感器（20)采集的氨氮參數(shù)數(shù)據(jù)，并 對數(shù)據(jù)進行放大轉(zhuǎn)化； 所述處理模塊（24)，用于接收所述信號調(diào)理模塊（22)調(diào)理后的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過串 口通訊傳輸給所述第一 ZigBee模塊（26); 所述匯聚節(jié)點（4)包括第二ZigBee模塊（40)、控制模塊（42)、GPRS模塊（44)和監(jiān)測 終立而（46 ); 所述第二ZigBee模塊（40)，通過ZigBee網(wǎng)絡接收來自所述第一 ZigBee模塊（26)發(fā) 送的數(shù)據(jù)； 所述控制模塊（42)，用于接收所述第二ZigBee模塊（40)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過串 口通訊傳輸給所述GPRS模塊（44); 所述GPRS模塊（44 )，用于通過GPRS網(wǎng)絡將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)測終端（46 )。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線水質(zhì)氨氮監(jiān)測裝置，其特征在于：還包括供電模塊 (6)，用于為所述水質(zhì)氨氮傳感器（20)、所述處理模塊（24)、所述控制模塊（42)、所述第一 ZigBee模塊（26)和所述第二ZigBee模塊（40)供電。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線水質(zhì)氨氮監(jiān)測裝置，其特征在于：所述信號調(diào)理模塊 (22)包括LM358雙運算放大器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線水質(zhì)氨氮監(jiān)測裝置，其特征在于：所述處理模塊（24)包 括 ATmegal6L-8PI 單片機。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線水質(zhì)氨氮監(jiān)測裝置，其特征在于：所述控制模塊（42)包 括 ATmegal6L-8PI 單片機。
【文檔編號】G01N33/18GK203870096SQ201420029400
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】江冰, 薛曉青, 王秀芝, 胡鋼 申請人:河海大學常州校區(qū)