專利名稱：溫濕度、雨量和應力計的無線網狀網絡節點裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是帶溫濕度、雨量和應力計的無線網狀網絡節點裝 置，采用溫濕度、雨量計和應力計等傳感器以及自組織多跳無線網絡進行高 邊坡變形穩定監測、水工建筑物安全監測、水庫庫區水文監測等，屬于自動 化監測技術領域。技術背景諸多大型和特大型工程項目形成的許多工程邊坡的失穩破壞不僅會直 接摧毀工程建設本身，而且也會通過環境災難對工程和人居環境帶來間接的 影響和災害。為了保證工程施工和運行的安全以及預測邊坡變形破壞趨勢和 了解邊坡的穩定狀態以及掌握邊坡變形規律、地下水分布情況、邊坡松弛范 圍和爆破振動影響等，所以對工程項目中的邊坡監測顯得尤為重要。邊坡工 程監測技術正在由過去的簡易手段向自動化、智能化方向發展，對邊坡監測 的方法主要有第一種是采用人工觀測的方法，主要是根據以往的經驗對邊 坡的地表狀態以及周圍的動植物的異常的觀察來確定邊坡的狀況。第二種是 采用有線方法監測，存在布線困難，使用和維護不便，特別是監測區域不適 宜長期滯留的場合。另外，這些有線數據采集方式是集中式數據采集，即便 是無線傳輸，也僅僅是利用無線傳輸方式，其實質仍然是集中式數據采集。發明內容本實用新型的目的是針對以邊坡狀態監測的有線方式、無線集中方式獲 取信息所存在的缺陷，設計出一種通過無線鏈路以多跳方式連接的自組網絡 的邊坡監測裝置，具有溫濕度、雨量和應力協同監測的能力，可以提高邊坡 監測的有效性、實用性和智能性。本實用新型的技術解決方案:其特征是處理器單元的第一輸出/輸入端接 電源單元的第一輸入/輸出端；處理器單元的第二輸出/輸入端接存儲器單元 的第一輸入/輸出端；處理器單元的第三輸出/輸入端接傳感器接口的第一輸 入/輸出端；處理器單元的第四輸出/輸入端接無線通信單元的輸入/輸出端； 處理器單元的第五輸出/輸入端接終端通信單元的輸入/輸出端；電源單元的 第二輸入/輸出端接存儲器單元的第二輸出/輸入端；電源單元的第三輸入/輸 出端接傳感器單元的第一輸出/輸入端；傳感器單元的第二輸出/輸入端接傳 感器接口的第二輸入/輸出端；電源單元的第四輸入/輸出端接無線通信單元 的第二輸出/輸入端；電源單元的第五輸入/輸出端接終端通信單元的第二輸 出/輸入端。本實用新型的優點將無線傳感器節點的設計成兩塊，分別是主板和傳 感器板，不但是的節點的體積小而且增加系統的可靠性；本設計中采用的是超低功耗設計，其中耗能最大是無線通信部分，采用休眠和喚醒的方式達到 最低功耗延長無線傳感器節點的壽命。處理器模塊和無線收發模塊上的芯片 均是低功耗的且工作溫度范圍大，適合我國絕大多數地區使用。
圖l是本實用新型的結構框圖。圖2是本實用新型傳感器板實施例電原理圖。圖3是本實用新型主板實施例電原理圖。圖中的1是處理器單元、2是傳感器單元、3是存儲器單元、4是無線通 信單元、5是電源單元、Jl是傳感器接口。
具體實施方式
對照圖1，其結構是處理器單元1的第一輸出/輸入端接電源單元5的第 一輸入/輸出端；處理器單元1的第二輸出/輸入端接存儲器單元3的第一輸 入/輸出端；處理器單元1的第三輸出/輸入端接傳感器接口 Jl的第一輸入/ 輸出端；處理器單元1的第四輸出/輸入端接無線通信單元4的輸入/輸出端； 電源單元5的第二輸入/輸出端接存儲器單元3的第二輸出/輸入端；電源單 元5的第三輸入/輸出端接傳感器單元2的第一輸出/輸入端；傳感器單元2 的第二輸出/輸入端接傳感器接口 Jl的第二輸入/輸出端。電源單元5的第四 輸入/輸出端接無線通信單元4的第二輸出/輸入端。對照圖2，傳感器單元2包括翻斗式雨量計S1、溫度傳感器S4和濕度 傳感器S3、以及滲水位傳感器S2、反相器U9(74HC04)、觸發器U8(74HC74) 和多路模擬開關(ADG715BRU)。翻斗式雨量計Sl通過2個翻斗容器輪流 收集雨滴，當容器集滿雨滴后因重力作用自動翻倒空，同時產生一個脈沖， 這個脈沖代表一個單位雨量。改信號通過電阻R17(1K歐姆)連接到反相器 U9的輸入端，經過反相器U9反相后的輸出信號接入到觸發器U8的引腳"4"; 觸發器U8經過接口與嵌入式微處理器U1 (MSP430F149)相連，觸發器U8 的引腳"1、 5、 6"分別通過接口 J2與處理器U1的引腳"3、 17、 18"對應 相接；濕度傳感器S3(SHT11)的引腳"1"腳接地，并通過電容C30(0.1uF) 接到濕度傳感器S3的引腳"4"，濕度傳感器S3的引腳"2、 3"經過上拉 電阻R24 (1M歐姆)、R25 (1M歐姆)并通過接口 J2分別與微處理器Ul 的引腳"19、 20"對應連接；溫度傳感器S4 (DS18B20)的引腳"2"通過 接口 J2的引腳"9"連接到微處理器U1的引腳"5"上；滲水位傳感器S2 的輸出電流經過運算放大器Ull變為電壓信號，運算放大器輸出端引腳"l" 經過電阻R29連接到反相器U12輸入端，經反相后通過接口 J2與微處理器 Ul的引腳"2"對應連接；電路板上的傳感器的電源均通過多路模擬開關 U10來控制，微處理器U1的引腳"21、 22"分別連到多路模擬開關U10的 引腳"3、 l"上，微處理器通過引腳"3、 1"對多路模擬開關U10編程，從 而來控制各傳感器的電源的開關。對照圖3，其結構是處理器單元1包括微處理器U1、電子標簽產生芯片 U3 (DS2401P)、 JTAG調試端口 J3和狀態指示LED等。微處理器Ul的4引腳"47"與電子標簽產生芯片U3的引腳"2"相連；三個不同顏色的狀態 指示燈共陽極接入電源，其陰極分別通過電阻Rll (470歐姆)、R12 (470 歐姆)、R13 (470歐姆)與微處理器U1的引腳"48"、引腳"49"、引腳"50"對應相連，狀態指示LED僅在調試時使用，為了節能在實際應用中 要將其移除；10針的JTAG程序燒寫口 J3的數據線經過上拉電阻與微處理 器U1的引腳"54、 55、 56、 57"對應相連，無線通信單元4主要有射頻芯 片U4 (CC2420)、超短波通信天線Al。射頻芯片U4的引腳"27 34"與 微處理器U1的引腳"37、 16、 12、 15、 38、 31、 29、 30"對應相連，射頻 芯片U4的引腳"21、 41"分別與處理器Ul的引腳"42、 41"對應相連； 射頻芯片U4通過阻抗匹配網絡與天線Al相連。存儲器單元3采用的是 ATMEL公司推出的大容量串行Flash存儲器。串行Flash存儲芯片U2(AT45DB041)的引腳"1 8"(其中引腳"5"懸空，引腳"7"接地，引 腳"6"接電源)與微處理器U1的引腳"29、 31、 39、 40、 30"對應相接。 工作時，電源單元分別向處理器單元、傳感器單元、存儲器單元、無線 通信單元受控供電；處理器單元將裝置屬性和傳感器單元獲取的數據存儲在 存儲單元中；傳感器單元獲取的數據根據需要由無線通信單元傳輸給下級通 信裝置。
權利要求1、溫濕度、雨量和應力計的無線網狀網絡節點裝置，其特征是處理器單元的第一輸出/輸入端接電源單元的第一輸入/輸出端；處理器單元的第二輸出/輸入端接存儲器單元的第一輸入/輸出端；處理器單元的第三輸出/輸入端接傳感器接口的第一輸入/輸出端；處理器單元的第四輸出/輸入端接無線通信單元的輸入/輸出端；處理器單元的第五輸出/輸入端接終端通信單元的輸入/輸出端；電源單元的第二輸入/輸出端接存儲器單元的第二輸出/輸入端；電源單元的第三輸入/輸出端接傳感器單元的第一輸出/輸入端；傳感器單元的第二輸出/輸入端接傳感器接口的第二輸入/輸出端；電源單元的第四輸入/輸出端接無線通信單元的第二輸出/輸入端；電源單元的第五輸入/輸出端接終端通信單元的第二輸出/輸入端。
2、 根據權利要求1所述的溫濕度、雨量和應力計的無線網狀網絡節點 裝置，其特征是傳感器單元包括翻斗式雨量計、溫度傳感器和濕度傳感器、 以及滲水位傳感器、反相器、觸發器和多路模擬開關，其中翻斗式雨量計通過 2個翻斗容器輪流收集雨滴，觸發器經過接口與微處理器相連，觸發器的引 腳(l、 5、 6)分別通過接口與微處理器U1的引腳(3、 17、 18)對應相接；濕 度傳感器的引腳(2、 3)通過接口分別與微處理器的引腳(19、 20)對應連 接；溫度傳感器的引腳(2)連接到微處理器的引腳(5)上；滲水位傳感器的輸出端與微處理器的引腳(2)對應連接；電路板上的傳感器的電源均通過多路模擬開關U10來控制，微處理器的引腳(21、 22)分別連到多路模擬 開關的引腳(3、 1)上，微處理器U1的引腳(47)與電子標簽產生芯片U4 的引腳(2)相連；三個狀態指示燈陰極分別通過電阻與微處理器Ui的引腳 (48、 49、 50)相連；JTAG程序燒寫口 J3的數據線經過上拉電阻與微處理 器U1的引腳(54、 55、 56、 57)相連；射頻芯片U5的引腳(27 34〉與 微處理器U1的引腳(37、 16、 12、 15、 38、 31、 29、 30)相連，射頻芯片 U5的引腳(21、 41)分別與處理器Ul的引腳(42、 41)相連；存儲芯片 U2的引腳(1、 2、 3、 4、 8)分別接到微處理器U1的引腳(29、 31、 39、 40、 30);電源模塊向節點提供電源，主要有電壓轉換電路。
3、 根據權利要求1所述的溫濕度、雨量和應力計的無線網狀網絡節點 裝置，其特征在于傳感器板是單獨模塊，該電路板通過插座與處理器板連接。
專利摘要本實用新型是帶溫濕度、雨量和應力計的無線網狀網絡節點裝置，處理器單元的輸出/輸入端分別接電源單元、存儲器單元、傳感器接口、無線通信單元、終端通信單元的輸入/輸出端；電源單元的輸入/輸出端分別接存儲器單元、傳感器單元、無線通信單元的輸出/輸入端；傳感器單元的輸入/輸出端接傳感器接口的輸出/輸入端；優點將無線傳感器節點的設計成兩塊，分別是主板和傳感器板，不但是的節點的體積小而且增加系統的可靠性；本設計中采用的是超低功耗設計，其中耗能最大是無線通信部分，采用休眠和喚醒的方式達到最低功耗延長無線傳感器節點的壽命。處理器模塊和無線收發模塊上的芯片均是低功耗的且工作溫度范圍大，適合我國絕大多數地區使用。
文檔編號G01K1/00GK201166911SQ200820030939
公開日2008年12月17日 申請日期2008年1月16日 優先權日2008年1月16日
發明者嚴錫君, 樊棠懷, 王建穎, 王慧斌, 肖賢建, 黃鳳辰 申請人:肖賢建;王慧斌;王建穎;嚴錫君;黃鳳辰;樊棠懷