專利名稱:一種低功耗無線養殖水質水溫檢測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種低功耗無線養殖水質水溫檢測系統。本實用新型主要由一個主機和多個從機構成，主機通過GPS？模塊與外部計算機連接，多個從機構成通過無線通信模塊構成一個網絡，并與主機無線連接；所述的從機包括無線通信模塊、時鐘及數據儲存模塊、養殖水質水溫檢測傳感模塊、電源模塊和微處理器模塊。本實用新型通過采用TI公司的MSP430G2553微處理器，使系統實現了低功耗運行，集成SPI接口、模擬比較器、電池檢測器等豐富的外設，極大簡化了系統設計的復雜度。
【專利說明】一種低功耗無線養殖水質水溫檢測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及水產養殖無線傳感器網絡檢測系統，屬于養殖水質水溫監測【技術領域】。
【背景技術】
[0002]養殖水體是水產動物的棲息場所，惡劣的水體環境直接影響動物機體的健康，導致水產品生長發育緩慢，引起疾病蔓延甚至大面積死亡，給水產養殖者造成經濟損失。科學研究已經證明，水溫是水產品養殖過程中的重要養殖水質水溫參數，水溫參數的變化會直接影響水產動物的健康和抗病力。
[0003]因此，如何快速、準確及方便的檢測水溫參數，對于水產養殖業的發展具有重要意義。在實際生產中，傳統水產養殖戶通過自身養殖經驗來判斷養殖水質水溫中水溫參數的變化，無法及時、準確的了解養殖水質水溫的變化，做出正確的措施，影響水產養殖業者的經濟收入。
【發明內容】
[0004]針對以上問題，本實用新型提出一種可以長時間連續檢測養殖水質水溫參數數據，成本較低，使用方便的無線養殖水質水溫檢測系統。
[0005]本實用新型采用以下技術方案:
[0006]本實用新型主要由一個主機和多個從機構成，主機通過GPS模塊與外部計算機連接，多個從機構成通過無線通信模塊構成一個網絡，并與主機無線連接；所述的從機包括無線通信模塊、時鐘及數據儲存模塊、養殖水質水溫檢測傳感模塊、電源模塊和微處理器模塊。
[0007]所述微處理器模塊包括MSP430G2553單片機，電容Cl，電容C2，晶振Xl。MSP430G2553單片機腳19分別與第一電容Cl的一端，晶振Xl的一端相連，MSP430G2553單片機腳18分別與第二電容C2的一端，晶振Xl的另一端相連，第一電容Cl的另一端接地,第二電容C2的另一端接地，MSP430G2553單片機腳20接地，MSP430G2553單片機腳I接+3.3V電壓。
[0008]所述電源模塊包括電源芯片AMSl117，電容C3，電容C4和電池BI。 電源芯片AMSl117腳3分別與電池BI的正極，第三電容C3的一端相連，電源芯片AMSl117腳2與第四電容C4的一端相連并作為+3.3V電壓的輸出端，電源芯片AMS1117腳I接地，第三電容C3的另一端接地，第四電容C4的另一端接地，電池BI的負極接地。
[0009]所述無線通信模塊包括CCl 101芯片，電感LI，電容C5，電容C6，電容CTtjCCl 101芯片腳5分別與第一電感LI,第六電容C6,第七電容C7的一端相連,第一電感LI的另一端分別與第五電容C5的一端、+3.3V電壓相連,第五電容C5的另一端接地,第六電容C6的另一端接地，第七電容C7的另一端接地，CCllOl芯片腳10接地，CCllOl芯片腳8接地，CCllOl芯片腳9接天線，MSP430G2553單片機1 口 P2.0與CCllOl芯片腳I相連，MSP430G2553單片機1 口 P2.1與CCllOl芯片腳7相連，MSP430G2553單片機1 口 P2.2與CCllOl芯片腳6相連，MSP430G2553單片機1 口 P2.3與CCllOl芯片腳2相連，MSP430G2553單片機1 口 P2.4與CCllOl芯片腳3相連，MSP430G2553單片機1 口 P2.5與CCllOl芯片腳4相連。
[0010]所述時鐘及數據儲存模塊包括DS1302芯片，24C02芯片。DS1302芯片腳I接+3.3V電壓，DS1302芯片腳5接地，MSP430G2553單片機1 口 Pl.5與DS1302芯片腳2相連，MSP430G2553 單片機 1 口 Pl.6 與 DS1302 芯片腳 3 相連，MSP430G2553 單片機 1 口 Pl.7與DS1302芯片腳4相連，24C02芯片腳I接地，24C02芯片腳2接地，24C02芯片腳3接地，24C02芯片腳4接地，24C02芯片腳7接地，24C02芯片腳8接+3.3V電壓，MSP430G2553單片機1 口 Pl.3與24C02芯片腳6相連，MSP430G2553單片機1 口 Pl.4與24C02芯片腳5相連。
[0011]所述養殖水質水溫傳感器模塊包括溫度傳感器DS18B20。傳感器DS18B20腳I接地，傳感器DS18B20腳3接+3.3V電壓，MSP430G2553單片機1 口 Pl.0與傳感器DS18B20腳2相連。
[0012]本實用新型與現有技術相比的有益效果及優點:通過采用TI公司的MSP430G2553微處理器，使系統實現了低功耗運行，集成SPI接口、模擬比較器、電池檢測器等豐富的外設，極大簡化了系統設計的復雜度。采用TI公司的CCllOl無線收發芯片，該芯片為低功耗無線應用而設計，具有無線喚醒功能，可以時刻工作于休眠狀態，僅在喚醒后進入接受或發射模式，極大的降低了電流消耗。本實用新型具有成本低、性價比高、功耗低、壽命長和靈活性高等特點。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型結構示意圖。
[0014]圖2為本實用新型微處理器芯片電路圖。
[0015]圖3為本實用新型電源模塊電路圖。
[0016]圖4為本實用新型無線通信模塊電路圖。
[0017]圖5a為本實用新型時鐘及數據儲存模塊中DS1302芯片的電路連接示意圖。
[0018]圖5b為本實用新型時鐘及數據儲存模塊中24C02芯片的電路連接示意圖。
[0019]圖6為本實用新型養殖水質水溫傳感器電路圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0021]如圖1所示，本實施例主要由一個主機和多達255個從機構成。為了簡化設計，主機與從機使用相同的硬件結構，僅用八位地址加以區別。主機不接傳感器，而接GPS模塊與電腦進行通信；從機監視傳感器信號變化，并在必要的時候發送和轉發數據。系統硬件包括無線通信模塊1、時鐘及數據儲存模塊5、養殖水質水溫檢測傳感模塊4、電源模塊3和微處理器模塊2，由養殖水質水溫檢測傳感模塊檢測的數據，經微處理器處理后，在數據儲存模塊中保存并將數據通過無線通信模塊發送，主機將采集到的養殖水質水溫參數發送至計算機中。所述微處理器模塊與所述無線通信模塊、時鐘及數據儲存模塊和養殖水質水溫檢測傳感模塊相連并受其控制
[0022]如圖2所示，所述微處理器模塊包括MSP430G2553單片機，電容Cl，電容C2，晶振XUMSP430G2553單片機腳19分別與第一電容Cl的一端，晶振Xl的一端相連，MSP430G2553單片機腳18分別與第二電容C2的一端，晶振Xl的另一端相連，第一電容Cl的另一端接地，第二電容C2的另一端接地，MSP430G2553單片機腳20接地，MSP430G2553單片機腳I接+3.3V電壓。
[0023]如圖3所示，所述電源模塊包括電源芯片AMS1117，電容C3，電容C4和電池BI。電源芯片AMSl117腳3分別與電池BI的腳1，第三電容C3的一端相連，電源芯片AMSl117腳2與第四電容C4的一端相連并作為+3.3V電壓的輸出端，電源芯片AMSl117腳I接地，第三電容C3的另一端接地，第四電容C4的另一端接地，電池BI的腳2接地。
[0024]如圖4所示，所述無線通信模塊包括CCllOl芯片，電感LI，電容C5，電容C6，電容C7。CCllOl芯片腳5分別與第一電感LI,第六電容C6,第七電容C7的一端相連,第一電感LI的另一端分別與第五電容C5的一端,+3.3V電壓相連,第五電容C5的另一端接地，第六電容C6的另一端接地，第七電容C7的另一端接地，CCllOl芯片腳10接地，CCllOl芯片腳8接地，CCllOl芯片腳9接天線，MSP430G2553單片機1 口 P2.0與CCllOl芯片腳I相連，MSP430G2553單片機1 口 P2.1與CCllOl芯片腳7相連，MSP430G2553單片機1 口P2.2與CCllOl芯片腳6相連，MSP430G2553單片機1 口 P2.3與CCllOl芯片腳2相連，MSP430G2553 單片機 1 口 P2.4 與 CCllOl 芯片腳 3 相連，MSP430G2553 單片機 1 口 P2.5與CCllOl芯片腳4相連。
[0025]如圖5a和圖5b所示，所述時鐘及數據儲存模塊包括DS1302芯片，24C02芯片。DS1302芯片腳I接+3.3V電壓，DS1302芯片腳5接地，MSP430G2553單片機1 口 Pl.5與DS1302 芯片腳 2 相連，MSP430G2553 單片機 1 口 Pl.6 與 DS1302 芯片腳 3 相連，MSP430G2553單片機1 口 Pl.7與DS1302芯片腳4相連，24C02芯片腳I接地，24C02芯片腳2接地，24C02芯片腳3接地，24C02芯片腳4接地，24C02芯片腳7接地，24C02芯片腳8接+3.3V電壓，MSP430G2553 單片機 1 口 Pl.3 與 24C02 芯片腳 6 相連，MSP430G2553 單片機 1 口 Pl.4 與24C02芯片腳5相連。
[0026]如圖6所示，所述養殖水質水溫傳感器模塊包括溫度傳感器DS18B20。傳感器DS18B20腳I接地，傳感器DS18B20腳3接+3.3V電壓，MSP430G2553單片機1 口 Pl.0與傳感器DS18B20腳2相連。
[0027]本實用新型由一個主節點和若干個終端探測節點組成。利用TI的低功耗MSP430單片機和低功耗單片收發芯片CC1101，進行低功耗設計。通過無線通信組建了超低功耗無線傳感器網絡，實現養殖水質水溫數據的統計檢測功能。
[0028]探測節點與主節點都是以微處理器模塊為核心，養殖水質水溫檢測傳感模塊可以對養殖水質水溫的水溫參數進行采集。微處理器模塊具有將養殖水質水溫檢測傳感模塊采集養殖水質水溫換成數字信號，并即時儲存和分析功能。當養殖水質水溫出現異常時及時通過無線傳感網絡向工作人員發出報警信號。本系統的微處理器采用TI公司的MSP430ValueLine系列微處理器芯片，MSP430系列單片機片上集成SPI接口、模擬比較器、電池檢測器等豐富的外設，極大簡化了系統設計的復雜度。MSP430G2553是超低功耗混合信號微控制器，具有內置的16位定時器、多達24個支持觸摸感測的I/O引腳、一個10位模數(A/D)轉換器、一個通用型模擬比較器以及采用通用串行通信接口的內置通信能力。具有一個強大的16位RISC CPU、16位寄存器和有助于獲得最大編碼效率的常數發生器。數字控制振蕩器可使微處理器在不到Ius的時間里完成從低功耗模式至運行模式的喚醒。具有5種低功耗模式,專為延長電池的使用壽命而優化。
[0029]無線通信模塊采用TI公司的CCl 101，CCllOl基于Chipon公司的SmartRF03技術，以0.18umCM0S工藝制成，采用QLP48封裝，具有較高的集成度。該芯片為低功耗無線應用而設計，集成了一個高度可配置的調制解調器，數據傳輸率可達500kbps，并可軟件修改波特率，開闊地傳輸最遠距離達到300-500米，具有無線喚醒等功能，靈敏度達到-1lOdBm,可靠性高，可廣泛應用于各種場合的短距離無線通信領域，為數據包處理、數據緩沖、突發數據傳輸、空閑信道評估、連接質量指示和電磁波喚醒提供廣泛的硬件支持。CCllOl具有無線喚醒(WOR)功能，可以時刻工作于休眠狀態，僅在喚醒后進入接受或發射模式，極大的降低了電流消耗。
[0030]以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，并不用于限制本實用新型，在不脫離本實用新型構思的前提下，可以做出若干改進和潤飾等，均應包含在本實用新型的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種低功耗無線養殖水質水溫檢測系統，主要由一個主機和多個從機構成，主機通過GPS模塊與外部計算機連接，多個從機構成通過無線通信模塊構成一個網絡，并與主機無線連接，其特征在于: 所述的從機包括無線通信模塊、時鐘及數據儲存模塊、養殖水質水溫檢測傳感模塊、電源模塊和微處理器模塊； 所述微處理器模塊包括MSP430G2553單片機，電容Cl，電容C2，晶振Xl ；MSP430G2553單片機腳19分別與第一電容Cl的一端，晶振Xl的一端相連，MSP430G2553單片機腳18分別與第二電容C2的一端，晶振Xl的另一端相連，第一電容Cl的另一端接地,第二電容C2的另一端接地，MSP430G2553單片機腳20接地，MSP430G2553單片機腳I接+3.3V電壓；所述電源模塊包括電源芯片AMS1117，電容C3，電容C4和電池BI ;電源芯片AMS1117腳3分別與電池BI的正極，第三電容C3的一端相連，電源芯片AMSl 117腳2與第四電容C4的一端相連并作為+3.3V電壓的輸出端，電源芯片AMS1117腳I接地，第三電容C3的另一端接地，第四電容C4的另一端接地，電池BI的負極接地； 所述無線通信模塊包括CCllOl芯片，電感LI，電容C5，電容C6，電容C7 ；CC1101芯片腳5分別與第一電感LI,第六電容C6,第七電容C7的一端相連,第一電感LI的另一端分別與第五電容C5的一端、+3.3V電壓相連,第五電容C5的另一端接地,第六電容C6的另一端接地，第七電容C7的另一端接地，CCllOl芯片腳10接地，CCllOl芯片腳8接地，CCllOl芯片腳9接天線，MSP430G2553單片機1 口 P2.0與CCllOl芯片腳I相連，MSP430G2553單片機1 口 P2.1與CCllOl芯片腳7相連，MSP430G2553單片機1 口 P2.2與CCllOl芯片腳6相連，MSP430G2553單片機1 口 P2.3與CCllOl芯片腳2相連，MSP430G2553單片機1 口P2.4與CCllOl芯片腳3相連，MSP430G2553單片機1 口 P2.5與CCllOl芯片腳4相連；所述時鐘及數據儲存模塊包括DS1302芯片，24C02芯片；DS1302芯片腳I接+3.3V電壓，DS1302芯片腳5接地，MSP430G2553單片機1 口 Pl.5與DS1302芯片腳2相連，MSP430G2553 單片機 1 口 Pl.6 與 DS1302 芯片腳 3 相連，MSP430G2553 單片機 1 口 Pl.7與DS1302芯片腳4相連，24C02芯片腳I接地，24C02芯片腳2接地，24C02芯片腳3接地，24C02芯片腳4接地，24C02芯片腳7接地，24C02芯片腳8接+3.3V電壓，MSP430G2553單片機1 口 Pl.3與24C02芯片腳6相連，MSP430G2553單片機1 口 Pl.4與24C02芯片腳5相連； 所述養殖水質水溫傳感器模塊包括溫度傳感器DS18B20 ;傳感器DS18B20腳I接地，傳感器DS18B20腳3接+3.3V電壓，MSP430G2553單片機1 口 Pl.0與傳感器DS18B20腳2相連。
【文檔編號】G01K7-00GK204302271SQ201420660220
【發明者】許偉忠, 謝家亮, 鄭堯元, 徐亞希, 孫驍 [申請人]杭州電子科技大學