一種用于水位監(jiān)測(cè)的可喚醒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于水位監(jiān)測(cè)的可喚醒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊，括微控制器以及分別與之連接的水位監(jiān)測(cè)單元、無線電路以及喚醒電路，還包括供電單元，所述供電單元包含直流電源和與之連接的電壓轉(zhuǎn)換器，直流電源經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換器為水位監(jiān)測(cè)單元、微控制器、無線電路以及喚醒電路供電。本實(shí)用新型減少無線水位傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的通信能耗，提高它們之間的通信效率，拓展了整個(gè)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的生命周期。
【專利說明】一種用于水位監(jiān)測(cè)的可喚醒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電子測(cè)控領(lǐng)域，特別涉及了一種用于水位監(jiān)測(cè)的可喚醒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]在河流、水庫的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)、防訊決策支持系統(tǒng)和閘門監(jiān)控系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)地測(cè)量并向信息中心上報(bào)水位、雨量等水情數(shù)據(jù)，以供信息中心收集和處理，為防洪防訊、防災(zāi)減災(zāi)提供準(zhǔn)確的、科學(xué)的數(shù)據(jù)。
[0003]目前，水位數(shù)據(jù)的采集和降雨量數(shù)據(jù)的采集由測(cè)站設(shè)備一起完成，普遍使用水位/雨量站的方式，常用的有水位/雨量站和雙水位/雨量站兩種測(cè)站，采用有線方式將測(cè)站和水位傳感器進(jìn)行連接，一旦雨量監(jiān)測(cè)電路出現(xiàn)故障，就會(huì)影響水位的測(cè)報(bào)。由于測(cè)站大多數(shù)遠(yuǎn)離辦公區(qū)域，不方便用交流電供電，因此通常采用太陽能電池和可充電蓄電池供電。這種供電方法要求蓄電池的容量足夠大、陽光照射的情況足夠理想才行，如果遇到長時(shí)間陰雨天氣，電池就可能無法提供足夠電能給測(cè)站，水位傳感器也無法獲得足夠電能進(jìn)行正常的水位、雨量等水情數(shù)據(jù)的測(cè)量，從而增加了維護(hù)的工作量，提高了測(cè)量的成本。采用無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以有效解決上述問題。
[0004]然而，現(xiàn)在的無線水位傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用復(fù)雜的MAC協(xié)議和精準(zhǔn)、高成本的時(shí)間同步協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)路由，實(shí)現(xiàn)2個(gè)相鄰傳感器節(jié)點(diǎn)或傳感器節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通訊，這種方法的節(jié)點(diǎn)通訊能耗較大，使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃杂兴档停绊懥苏麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)的壽命。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]為了解決上述【背景技術(shù)】存在的問題，減少無線水位傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的通信能耗，提高它們之間的通信效率，本實(shí)用新型旨在提供一種用于水位監(jiān)測(cè)的可喚醒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:
[0007]—種用于水位監(jiān)測(cè)的可喚醒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊，包括微控制器以及分別與之連接的水位監(jiān)測(cè)單元、無線電路以及喚醒電路，還包括供電單元，所述供電單元包含直流電源和與之連接的電壓轉(zhuǎn)換器，直流電源經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換器為水位監(jiān)測(cè)單元、微控制器、無線電路以及喚醒電路供電。
[0008]其中，上述水位監(jiān)測(cè)單元包含WFH-2X型水位傳感器以及2個(gè)緩存器，WFH-2X型水位傳感器分別經(jīng)2個(gè)緩存器與微控制器連接。緩存器采用74HC20。
[0009]其中，上述微控制器采用MSP430F149單片機(jī)，無線電路包含依次連接的CC2420射頻芯片、濾波電路和天線，CC2420射頻芯片連接微處理器單元，喚醒電路采用AS3930芯片。
[0010]其中，上述MSP430F149 單片機(jī)的 Pl.3 端、P2.3 端、P2.4 端、P3.6 端、P3.7 端、P4.5端和P4.6端分別與AS3930芯片的WAKE端、CS端、SCL端、CL_DAT端、DAT端、SDI端和SDO端連接。MSP430F149 單片機(jī)的 P4.2 端、Pl.2 端、P4.4 端、P4.3 端、P5.0 端、P5.3 端、P5.2端、P4.0端和P4.1端分別與CC2420射頻芯片的FIFO端、FIFOP端、CCA端、SFD端、CSn端、SCLK 端、SI 端、SO 端、RESETn 端和 VREG_EN 端連接。
[0011]采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0012]本實(shí)用新型用喚醒電路協(xié)調(diào)相鄰水位傳感器節(jié)點(diǎn)或水位傳感器節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通訊，克服了傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用復(fù)雜的MAC協(xié)議和精準(zhǔn)、高成本的時(shí)間同步協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)路由的問題，水位檢測(cè)系統(tǒng)通信的可靠性得到了提高，具有良好的擴(kuò)展性。通信協(xié)議的簡化，使得節(jié)點(diǎn)的通訊能耗有所降低，拓展了整個(gè)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的生命周期。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0014]圖2是本實(shí)用新型的具體電路圖。
[0015]上述附圖中的主要符號(hào)說明:R1、R9?R17:電阻；C1?C26:電容；L1?L4:電感；Dl:二極管。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0017]如圖1所示本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，一種用于水位監(jiān)測(cè)的可喚醒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊，包括微控制器以及分別與之連接的水位監(jiān)測(cè)單元、無線電路以及喚醒電路，還包括供電單元，所述供電單元包含直流電源和與之連接的電壓轉(zhuǎn)換器，直流電源經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換器為水位監(jiān)測(cè)單元、微控制器、無線電路以及喚醒電路供電。
[0018]在本實(shí)施例中，采用如圖2所示本實(shí)用新型的具體電路圖，水位監(jiān)測(cè)單元包含WFH-2X型水位傳感器以及2個(gè)緩存器，WFH-2X型水位傳感器分別經(jīng)2個(gè)緩存器與微控制器連接，緩存器采用74HC20。微控制器采用MSP430F149單片機(jī)，無線電路包含依次連接的CC2420射頻芯片、濾波電路和天線，CC2420射頻芯片連接微處理器單元，喚醒電路采用AS3930 芯片。
[0019]供電單元的直流電源的負(fù)極接地，它的正極經(jīng)二極管Dl與電壓轉(zhuǎn)換器LM1117的輸入端連接，LM1117的輸出端作為系統(tǒng)的模擬信號(hào)輸入端VCC_SYS2，LM1117的輸出端經(jīng)電阻RO后作為系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)輸入端VCC_SYS1。本實(shí)施例通過電壓轉(zhuǎn)換器LMl117將直流電源轉(zhuǎn)換成3.3V電源。MSP430F149單片機(jī)的AVcc端接VCC_SYS2，MSP430F149單片機(jī)的DVcc端接VCC_SYS1。WFH-2X型水位傳感器包含2個(gè)8位數(shù)據(jù)通道，其中一個(gè)通道與一片74HC20的8個(gè)輸入端連接，另一個(gè)通道與另一片74HC20的8個(gè)輸入端連接，MSP430F149單片機(jī)的P2.0?P2.7 口分別連接一片74HC20的8個(gè)輸出端，MSP430F149單片機(jī)的P2.0?P2.7 口分別連接另一片74HC20的8個(gè)輸出端。MSP430F149單片機(jī)的Pl.3端、P2.3端、P2.4端、P3.6端、P3.7端、P4.5端和P4.6端分別分別經(jīng)電阻與AS3930芯片的WAKE端、CS端、SCL端、CL_DAT端、DAT端、SDI端和SDO端連接，AS3930的VCC和XIN端均連接VCC_SYSl，AS3930的VSS和LFP端均接地，AS3930的LFN端分別經(jīng)電阻、電容和電感后接地。MSP430F149 單片機(jī)的 P4.2 端、Pl.2 端、P4.4 端、P4.3 端、P5.0 端、P5.3 端、P5.2 端、P4.0端和P4.1端分別與CC2420射頻芯片的FIFO端、FIFOP端、CCA端、SFD端、CSn端、SCLK端、SI 端、SO 端、RESETn 端和 VREG_EN 端連接。CC2420 的 X0SC16_01 和 X0SC16_02 端接頻率為16MHZ的晶振。電感L2、L3以及電容C21、C25、C31、C26組成濾波電路，CC2420的TXRX_SWITCH端經(jīng)電感L2與RF_P端連接，CC2420的TXRX_SWITCH端依次經(jīng)電感L2和L3與RF_N端連接，TXRX_SWITCH端經(jīng)電容C21接地，RF_P端依次經(jīng)電容C25、C26與天線連接，RF_N端經(jīng)電容C22接地，RF_N端經(jīng)電感L4與C25、C26的公共端連接。
[0020]本實(shí)用新型的工作原理是:喚醒芯片AS3930因功耗微小而一直處于工作狀態(tài)，而MSP430F149微控制器平時(shí)一直處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)射頻單元接收到相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)來的無線喚醒信號(hào)時(shí)，AS3930將微控制器MSP430F149喚醒，MSP430F149控制WFH-2X型水位傳感器監(jiān)測(cè)、采集水位信號(hào)，并將處理后的信號(hào)輸出給射頻芯片CC2420，CC2420通過天線將水位數(shù)據(jù)以無線數(shù)據(jù)的形式發(fā)送給相鄰的傳感器節(jié)點(diǎn)或者匯聚節(jié)點(diǎn)。
[0021]以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于水位監(jiān)測(cè)的可喚醒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊，其特征在于:包括微控制器以及分別與之連接的水位監(jiān)測(cè)單元、無線電路以及喚醒電路，還包括供電單元，所述供電單元包含直流電源和與之連接的電壓轉(zhuǎn)換器，直流電源經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換器為水位監(jiān)測(cè)單元、微控制器、無線電路以及喚醒電路供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于水位監(jiān)測(cè)的可喚醒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊，其特征在于:所述水位監(jiān)測(cè)單元包含WFH-2X型水位傳感器以及2個(gè)緩存器，WFH-2X型水位傳感器分別經(jīng)2個(gè)緩存器與微控制器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種用于水位監(jiān)測(cè)的可喚醒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊，其特征在于:所述緩存器采用74HC20。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于水位監(jiān)測(cè)的可喚醒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊，其特征在于:所述微控制器采用MSP430F149單片機(jī)，所述無線電路包含依次連接的CC2420射頻芯片、濾波電路和天線，CC2420射頻芯片連接微處理器單元，所述喚醒電路采用AS3930芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種用于水位監(jiān)測(cè)的可喚醒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊，其特征在于:所述MSP430F149單片機(jī)的Pl.3端、P2.3端、P2.4端、P3.6端、P3.7端、P4.5端和P4.6端分別與AS3930芯片的WAKE端、CS端、SCL端、CL_DAT端、DAT端、SDI端和SDO端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種用于水位監(jiān)測(cè)的可喚醒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊，其特征在于:所述 MSP430F149 單片機(jī)的 P4.2 端、Pl.2 端、P4.4 端、P4.3 端、P5.0 端、P5.3 端、P5.2端、P4.0端和P4.1端分別與CC2420射頻芯片的FIFO端、FIFOP端、CCA端、SFD端、CSn端、SCLK 端、SI 端、SO 端、RESETn 端和 VREG_EN 端連接。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK203825802SQ201420137799
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】嚴(yán)錫君, 趙光辰, 嚴(yán)妍, 王藝瑤, 卜旸, 郁麟玉, 孫桐, 王玲玲, 孟祥薇 申請(qǐng)人:河海大學(xué)