專利名稱：基于ZigBee無線技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于水環(huán)境監(jiān)測(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，該 設(shè)備采用低功耗處理器和高效的ZigBee無線傳輸技術(shù)，屬于無線通信和 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水環(huán)境監(jiān)測(cè)是水資源管理與保護(hù)的重要手段，我國水資源緊缺、水 污染嚴(yán)重，如何高效、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地獲取水環(huán)境參數(shù)，研究開發(fā)網(wǎng)絡(luò)化、 智能化的水環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)己成為迫切需要。
現(xiàn)有的水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法主要分為兩種1)采用便攜式水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀人 工采樣、實(shí)驗(yàn)室分析的方式；2)采用由遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心和若干個(gè)監(jiān)測(cè)子站 組成的水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。前者無法對(duì)水環(huán)境參數(shù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，存 在監(jiān)測(cè)周期長、勞動(dòng)強(qiáng)度大、數(shù)據(jù)采集慢等問題，無法反映水環(huán)境動(dòng)態(tài) 變化，不易及早發(fā)現(xiàn)污染源并報(bào)警。后者雖能較好解決上述存在的問題， 但由于有預(yù)先鋪設(shè)電纜和建立多個(gè)監(jiān)測(cè)子站的施工要求，故有系統(tǒng)成本 高、監(jiān)測(cè)水域范圍有限、易對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域造成破環(huán)等缺點(diǎn)。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSNs)作為一項(xiàng)新 興的技術(shù)，是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型節(jié)點(diǎn)組成，通過無線 通信方式形成一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)，協(xié)作地采集和處理監(jiān)測(cè)區(qū)域中的 感知對(duì)象信息，并發(fā)送給觀察者。它的出現(xiàn)產(chǎn)生了一種全新的信息獲取 和處理模式，結(jié)合不同類型的傳感器，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事偵查、智能家 居、智能交通、工業(yè)控制等眾多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景?；跓o線傳 感器網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的典 型應(yīng)用。與現(xiàn)有的水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有對(duì)生態(tài)環(huán)境影響小、監(jiān)測(cè)密度高且范圍廣、系統(tǒng)成本 低等優(yōu)點(diǎn)。目前，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，國外比較典型
的代表有美國Heliosware公司的EMNET系統(tǒng)和澳大利亞CSIR0的Fleck 系統(tǒng)。EMNET系統(tǒng)可測(cè)量水壓、PH值、電導(dǎo)率、溶解氧等參數(shù)，無線通 信頻段為900MHz，速率為9.8 kbps; Fleck系統(tǒng)主要測(cè)量的指標(biāo)是PH 值、水溫、電導(dǎo)率，無線通信頻率為433MHz，速率72 kbps。上述兩種 系統(tǒng)可采集參數(shù)種類較少、不提供對(duì)水環(huán)境的視頻監(jiān)測(cè)功能、通信速率 低、產(chǎn)品體積較大、功耗較高，僅適合用作研究，目前尚不能作為實(shí)用 系統(tǒng)在現(xiàn)場使用。
基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)基站、 監(jiān)測(cè)中心。大量傳感器節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域中，以自組方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)， 傳感器節(jié)點(diǎn)采集感興趣的環(huán)境信息并路由至數(shù)據(jù)基站，由數(shù)據(jù)基站通過 有線或無線方式送至遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心，用戶通過監(jiān)測(cè)中心對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn) 行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測(cè)內(nèi)容以及收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通常情況下，監(jiān)測(cè)區(qū) 域類型多樣、環(huán)境復(fù)雜，有線傳輸方式存在布線困難、成本高等缺點(diǎn)， 很難滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，而無線傳輸則具有組網(wǎng)簡單方便、成本低、 不受地理環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)，可很好地實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于ZigBee無線 技術(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)?？朔F(xiàn)有水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)周期長、實(shí) 效性差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、監(jiān)測(cè)水域范圍有限、系統(tǒng)成本高以及對(duì)水體的生 態(tài)環(huán)境造成破壞等問題。該節(jié)點(diǎn)成本低、功耗低，能夠長期置于水環(huán)境 中，對(duì)水體參數(shù)進(jìn)行多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過ZigBee無線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳 輸，無需鋪設(shè)電纜和建立多個(gè)監(jiān)測(cè)子站。
本發(fā)明的水環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)包括微處理器模塊、ZigBee射頻模塊、電 源管理模塊和水質(zhì)參數(shù)采集模塊。微處理器模塊分別與水質(zhì)參數(shù)采集模 塊中的放大電路以及ZigBee射頻模塊連接；電源管理模塊分別與其他模 塊連接，為其供電。微處理器模塊采用TI公司的MSP430F149低功耗處理器，用于控制 ZigBee射頻模塊與傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、以及網(wǎng)關(guān)基站間的通信，并對(duì)采集 的水環(huán)境參數(shù)作簡單的分析與處理。
ZigBee射頻模塊采用CC2420射頻芯片，用于實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)與基站設(shè)備間的通信。通過SPI接口與MSP430F149處理器 互連。ZigBee射頻模塊支持2. 4GHz ZigBee/ IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)，可與 分布于監(jiān)測(cè)水域內(nèi)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)以及基站通信。
電源管理模塊使用兩節(jié)3. 6V的LS14500C電池，串聯(lián)形成7. 2V電源， 通過電壓轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生3. 3V和5V電壓，為節(jié)點(diǎn)上各個(gè)模塊供電。
水質(zhì)參數(shù)采集模塊采用E+H公司的水質(zhì)參數(shù)傳感器，用于完成水溫、 PH值、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧含量的數(shù)據(jù)采集。傳感器輸出的微弱電壓、 電流信號(hào)通過放大電路，轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)。MSP430F149低功耗處理 器對(duì)放大電路輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行分析和處理，可實(shí)現(xiàn)多種水質(zhì)參數(shù)的 采集(包括包括水溫、PH值、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧含量等)。
本發(fā)明的基于ZigBee無線技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)可采集多種水質(zhì)參 數(shù)(包括水溫、PH值、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧含量等)，對(duì)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行 簡單處理，并通過ZigBee無線通信方式將采集處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至基站。 同時(shí)節(jié)點(diǎn)可接收基站發(fā)送的控制指令，并根據(jù)指令要求完成相應(yīng)操作(包 括配置數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、控制節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)、査詢和收集相關(guān)信息等)。
該節(jié)點(diǎn)擁有傳感、計(jì)算與通信能力，具有低成本、低功耗的特點(diǎn)， 與現(xiàn)有的水環(huán)境實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 可同時(shí)采集多種水質(zhì)參數(shù)、數(shù)據(jù)采集覆蓋范圍廣。本發(fā)明可實(shí)時(shí)采 集、傳輸多種水質(zhì)參數(shù)(包括水溫、PH值、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧含量 等)。傳感器節(jié)點(diǎn)部署方便，不受地理環(huán)境的約束，可以監(jiān)測(cè)大范圍水域 的水質(zhì)變化情況。
2. 數(shù)據(jù)通信能力強(qiáng)。采用新2)傳感器多點(diǎn)密集部署密集部署的多個(gè) 傳感器節(jié)點(diǎn)可以對(duì)地理分布范圍較廣的每個(gè)小水域的水環(huán)境參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并通過對(duì)大量冗余信息的智能信息處理提高參數(shù)檢測(cè)的精度。
3. 節(jié)點(diǎn)設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。節(jié)點(diǎn)各部件均采用符合工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的器件， 在野外惡劣的環(huán)境條件下具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。應(yīng)用電源管理模塊、低
功耗處理器(MSP430F149)以及低功耗傳輸模式(ZigBee)，延長了節(jié)點(diǎn) 在野外的生存時(shí)間。
4. 數(shù)據(jù)處理速度快，功能強(qiáng)。本發(fā)明使用16位高性能的MSP430F149 作為處理器。提高了數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)傳輸能力，同時(shí)增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠 性并有利于今后的系統(tǒng)升級(jí)和功能更新。
5. 電路結(jié)構(gòu)清晰，工作穩(wěn)定可靠。節(jié)點(diǎn)設(shè)備各功能模塊和接口定義清 晰，其中MSP430F149處理器作為整個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的控制中心，協(xié)調(diào)各功能
模塊完成數(shù)據(jù)的采集、處理及傳輸功能。
6. 系統(tǒng)成本低相對(duì)于現(xiàn)有的水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和人工采樣實(shí)驗(yàn)室 分析方法，設(shè)備和人工的費(fèi)用大大降低。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的水質(zhì)參數(shù)信號(hào)流示意圖3為基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體構(gòu)架示意圖；
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備作進(jìn)一步描述。
圖1為本發(fā)明提供的可用于水環(huán)境監(jiān)測(cè)的無線傳感器網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的 結(jié)構(gòu)原理框圖，該基站設(shè)備包括電源管理模塊1、水質(zhì)參數(shù)采集模塊2、 微處理器模塊3以及ZigBee射頻模塊CC2420 4四部分。各模塊中均采
用現(xiàn)有成熟技術(shù)。其中，
電源管理模塊l包括兩節(jié)3. 6V的LS14500C電池，串聯(lián)形成7.2V 電源1-1，標(biāo)稱容量為2. 7Ah;以LM2596-5. 0為核心的電壓轉(zhuǎn)換電路模塊 l-2，為水質(zhì)參數(shù)采集模塊2中的水質(zhì)參數(shù)信號(hào)放大電路2-2提供5V電壓；以LM2596-3.3為核心的電壓轉(zhuǎn)換電路模塊卜3，為微處理器模塊3 和ZigBee射頻模塊CC2420 4提供3. 3V電壓。
水質(zhì)參數(shù)采集模塊2包括多種水質(zhì)參數(shù)傳感器2-l和水質(zhì)參數(shù)信 號(hào)放大電路2-2。多種水質(zhì)參數(shù)傳感器2-l可采集多種水質(zhì)參數(shù)(包括 水溫、PH值、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧含量)，使用E+H公司的水質(zhì)參數(shù)傳 感器(PH值傳感器OrbiSint W CPS 11，溶解氧含量傳感器OxyMax W COS 41，電導(dǎo)率傳感器ConduMax W CLS12，濁度傳感器TurbiMax W CUS 31， 溫度傳感器使用PH值傳感器上自帶的PtlOO溫度傳感器)。水質(zhì)參數(shù)信號(hào) 放大電路2-2以運(yùn)算放大器TLC2252為核心搭建而成。多種水質(zhì)參數(shù)傳感 器2-l輸出毫伏級(jí)微弱電壓信號(hào)，通過水質(zhì)參數(shù)信號(hào)放大電路2-2轉(zhuǎn)換 為5路0到3.3v的電壓信號(hào)，送入微處理器模塊3的A/D轉(zhuǎn)換器，完成水質(zhì) 參數(shù)采集。
微處理器模塊3采用MSP430F149微處理單元。TI公司的MSP430系列 單片機(jī)是一種超低功耗的混合信號(hào)控制器，能夠在低電壓下以超低功耗 狀態(tài)工作，其控制器具有強(qiáng)大的處理能力和豐富的片內(nèi)外設(shè)。其中，多 路12位的A/D轉(zhuǎn)換器用來采集和處理水質(zhì)參數(shù)采集模塊2傳輸來的水質(zhì) 參數(shù)信號(hào)。微處理器模塊3通過SPI接口與ZigBee射頻模塊CC2420 4互連， 實(shí)現(xiàn)水質(zhì)參數(shù)的接收和發(fā)送。同時(shí)，微處理器模塊3與水質(zhì)參數(shù)采集模 塊2中的溫度傳感器通信，對(duì)水質(zhì)參數(shù)傳感器的溫度漂移進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 微處理器模塊3還利用單刀單擲開關(guān)ISL43110控制以LM2596-5. 0為核心 的電壓轉(zhuǎn)換電路模塊卜2，在節(jié)點(diǎn)不采集水質(zhì)參數(shù)的情況下，停止電壓 轉(zhuǎn)換電路模塊l-2對(duì)水質(zhì)參數(shù)信號(hào)放大電路2-2供電，以降低節(jié)點(diǎn)能耗。 ZigBee射頻模塊CC2420 4用于實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)、節(jié) 點(diǎn)與基站間的通信。通過SPI接口與微處理器模塊3互連；
圖2所示為本發(fā)明的水質(zhì)參數(shù)信號(hào)流示意圖。多種水質(zhì)參數(shù)傳感器 2-1采集水環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)場的多種水質(zhì)參數(shù)，輸出毫伏級(jí)電壓信號(hào)，經(jīng)由水 質(zhì)參數(shù)信號(hào)放大電路2-2放大后輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，傳輸至微處理器模塊3的A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為微處理器可以操作的數(shù)字信號(hào)，微處理器模 塊3對(duì)A/D變換后的水質(zhì)參數(shù)信號(hào)進(jìn)行簡單的分析和處理，并通過SPI 總線傳輸至ZigBee射頻模塊CC2420 4，再由ZigBee射頻模塊CC2420 4 把水質(zhì)參數(shù)信號(hào)發(fā)送給臨近的水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)或基站設(shè)備。
在整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，基站8通過協(xié)議轉(zhuǎn)換將傳感器網(wǎng)絡(luò)即ZigBee網(wǎng) 絡(luò)6與CDMA網(wǎng)絡(luò)9兩個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，充當(dāng)兩者之間的網(wǎng)關(guān)。水 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流、狀態(tài)流、命令流傳輸情況如下。在監(jiān)測(cè)過程中， 分布于子區(qū)域7中的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)5通過水質(zhì)參數(shù)采集模塊2采集水溫、 ra值、溶解氧含量、濁度、電導(dǎo)率等水環(huán)境參數(shù)，利用ZigBee射頻模塊 CC2420 4通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)6以多跳方式最終上傳至基站8?；?經(jīng)由 接收水環(huán)境參數(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)6狀態(tài)信息，進(jìn)行簡單的分析和處理后， 產(chǎn)生是否超限、是否需要報(bào)警等信息。最終將采集的水環(huán)境參數(shù)和傳感 器網(wǎng)絡(luò)6狀態(tài)信息連同分析處理后的報(bào)警信息，經(jīng)由CDMA網(wǎng)絡(luò)9發(fā)送至 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心10。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心10接收基站8上傳的各種信息，分析處 理相關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)需要發(fā)送控制指令至基站8。而基站8接收到指 令后，經(jīng)解碼做出相應(yīng)的控制操作，例如，發(fā)送控制指令至傳感器網(wǎng)絡(luò)6， 配置相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)5等，滿足遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心10簡單的控制要求。
該水環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)工作過程如下
電源管理模塊1的兩節(jié)3. 6V的LS14500C電池，串聯(lián)形成7. 2V電源 l-l，通過以LM2596-5.0為核心的電壓轉(zhuǎn)換電路模塊1_2，為水質(zhì)參數(shù)信 號(hào)放大電路2-2提供5V電壓，通過以LM2596-3. 3為核心的電壓轉(zhuǎn)換電 路模塊1-3,為微處理器模塊3和ZigBee射頻模塊CC2420 4提供3. 3V 電壓。微處理器模塊3利用單刀單擲開關(guān)ISL43110控制以LM2596-5. 0 為核心的電壓轉(zhuǎn)換電路模塊1-2，在節(jié)點(diǎn)不采集水質(zhì)參數(shù)的情況下，停 止電壓轉(zhuǎn)換電路模塊l-2對(duì)水質(zhì)參數(shù)信號(hào)放大電路2-2供電，以降低節(jié) 點(diǎn)能耗。當(dāng)微處理器模塊3允許以LM2596-5. 0為核心的電壓轉(zhuǎn)換電路模 塊H為水質(zhì)參數(shù)信號(hào)放大電路2-2供電時(shí)，水質(zhì)參數(shù)采集模塊2開始進(jìn)行多種水質(zhì)參數(shù)采集。其中，多種水質(zhì)參數(shù)傳感器2-1可集多種水質(zhì) 參數(shù)，包括水溫、PH值、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧含量，多種水質(zhì)參數(shù)傳
感器2-l輸出毫伏級(jí)微弱電壓信號(hào)，通過水質(zhì)參數(shù)信號(hào)放大電路2-2轉(zhuǎn) 換為5路0到3. 3v的電壓信號(hào)，送入微處理器模塊3的A/D轉(zhuǎn)換器，完 成水質(zhì)參數(shù)采集。微處理器模塊3的多路12位A/D轉(zhuǎn)換器把水質(zhì)參數(shù)采 集模塊2傳輸來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并且對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào) 進(jìn)行簡單的分析和處理。微處理器模塊3把分析處理后的水質(zhì)參數(shù)信號(hào) 通過SPI接口傳輸?shù)絑igBee射頻模塊CC2420 4,通過ZigBee無線通信 模式發(fā)送水質(zhì)參數(shù)。
本發(fā)明提供的基于ZigBee無線技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，作為整個(gè)水 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水環(huán)境的無線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 圖3為基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體架構(gòu)示意圖。將整個(gè) 待監(jiān)測(cè)水域劃分為若干個(gè)子區(qū)域7，系統(tǒng)架構(gòu)可分為三個(gè)層次子區(qū)域內(nèi) 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)5 (本發(fā)明提供的節(jié)點(diǎn))、子區(qū)域內(nèi)基站8、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心 10。其中，在子區(qū)域7中構(gòu)建基于ZigBee無線技術(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)6,每個(gè)子區(qū)域配置一個(gè)基站8，對(duì)分布在子區(qū)域7中ZigBee網(wǎng)絡(luò)6 中的多個(gè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)5進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并通過CDMA網(wǎng)絡(luò)9 將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心10。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心IO接收實(shí)時(shí)視 頻信息和水環(huán)境參數(shù)，提供用戶人性化的監(jiān)控界面，并擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù) 管理和分析功能。
權(quán)利要求
1、基于ZigBee無線技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，包括微處理器模塊、ZigBee射頻模塊、電源管理模塊和水質(zhì)參數(shù)采集模塊，其特征在于微處理器模塊分別與水質(zhì)參數(shù)采集模塊中的放大電路以及ZigBee射頻模塊連接；電源管理模塊分別與其他模塊連接，為其供電；其中微處理器模塊采用MSP430F149低功耗處理器，用于控制ZigBee射頻模塊與傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、以及網(wǎng)關(guān)基站間的通信，并對(duì)采集的水環(huán)境參數(shù)作簡單的分析與處理；ZigBee射頻模塊采用CC2420射頻芯片，通過SPI接口與MSP430F149低功耗處理器互連；ZigBee射頻模塊支持2.4GHz ZigBee/IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，用于實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)與基站設(shè)備間的通信；電源管理模塊使用兩節(jié)3.6V的LS14500C電池，串聯(lián)形成7.2V電源，通過電壓轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生3.3V和5V電壓，為節(jié)點(diǎn)上各個(gè)模塊供電；水質(zhì)參數(shù)采集模塊采用水質(zhì)參數(shù)傳感器，用于完成水溫、PH值、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧含量的數(shù)據(jù)采集；傳感器輸出的微弱電壓、電流信號(hào)通過放大電路，轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)；MSP430F149低功耗處理器對(duì)放大電路輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行分析和處理，完成多種水質(zhì)參數(shù)的采集。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于ZigBee無線技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)監(jiān)測(cè)周期長、勞動(dòng)強(qiáng)度大，無法反映水環(huán)境動(dòng)態(tài)變化。本發(fā)明包括電源管理模塊、水質(zhì)參數(shù)采集模塊、微處理器模塊以及ZigBee射頻模塊。該設(shè)備采用MSP430F149微處理器，用于分析和處理水環(huán)境參數(shù)，并控制ZigBee射頻模塊與水質(zhì)參數(shù)采集模塊的工作狀態(tài)。MSP430F149處理器通過自身集成的12位A/D轉(zhuǎn)換器與水質(zhì)參數(shù)采集模塊互連，通過SPI串行接口與ZigBee射頻模塊互連，同時(shí)還通過模擬開關(guān)控制電源管理模塊供電，達(dá)到節(jié)能的目的。本發(fā)明節(jié)點(diǎn)成本低、功耗低，能夠長期置于水環(huán)境中，對(duì)水體環(huán)境進(jìn)行多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并完成數(shù)據(jù)的高效傳輸，在水環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H04L12/28GK101281187SQ20081006036
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者夏宏博, 鵬 蔣 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)