一種基于嵌入式的野外傳感信號實時增強裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于嵌入式的野外傳感信號實時增強裝置，屬于工業無線通信技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著我國社會經濟的發展，對野外生態環境的監測越來越智能化和小型化，由于生態環境的分散性和廣域性，采用有線或者人工的方式進行監控的花費是巨大的，因此無線通信技術越來越受人們的關注。
[0003]無線傳感器網絡以其低成本、低能耗等特性，在各個領域，特別是野外環境下的數據監測、數據傳輸等應用中發揮了重要作用。在野外，比較重要的監控指標有溫度、濕度、空氣質量等。只有及時的掌握這些環境中的變化，才能更好的了解生態環境，對人類的生存有著極大的現實意義。但是，由于野外比較空曠，有些地點地勢險要，無法建造基站或者基站建造的距離監測地點較遠等，使得傳感器傳輸的信號質量較差，甚至根本無法接受到所傳輸的數據。因此，設計一種基于嵌入式信息物理融合系統的野外傳感器信號實時增強裝置十分的有必要。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種基于嵌入式的野外傳感信號實時增強裝置，以用于解決在野外時，由于基站覆蓋范圍不全面而導致的傳感器傳輸信號微弱或者不穩定的問題。
[0005]本實用新型的技術方案是:一種基于嵌入式的野外傳感信號實時增強裝置，包括頭部模塊、尾部模塊、單片機控制模塊8、顯示模塊9、按鍵模塊10、充電蓄電池11、風扇19、充電電路20、天線固定旋鈕I 21、天線固定旋鈕II 22、充電指示燈23、電源指示燈24、充電蓄電池槽25、電池固定扣26、天線固定旋鈕III 27、天線固定旋鈕IV 28、固定三腳架29、支桿30 ；
[0006]所述單片機控制模塊8分別與顯示模塊9和按鍵模塊10相連接，顯示模塊9與充電蓄電池11相連接，風扇19與充電電路20相連接，充電電路20與充電蓄電池11相連接；充電蓄電池11放入充電蓄電池槽25并通過電池固定扣26固定；
[0007]天線固定旋鈕I 21、天線固定旋鈕II 22位于支桿30的頂部兩端，分別與膠棒天線
I1、膠棒天線II 2相連接，天線固定旋鈕III 27、天線固定旋鈕IV 28位于支桿30的底部兩端，分別與膠棒天線III 12、膠棒天線IV 18相連接，風扇19安裝在裝置支桿30的頭部，裝置支桿30的尾部連接固定三腳架29，充電電路20與充電指示燈23連接，電源指示燈24與電源連接；
[0008]所述頭部模塊包括:膠棒天線I 1、膠棒天線II 2、下行信號濾波器I 3、下行信號放大器I 4、雙工器I 5、上行信號濾波器I 6、上行信號放大器I 7，所述膠棒天線I 1與下行信號濾波器I 3相連接，下行信號濾波器I 3與下行信號放大器I 4相連接，下行信號放大器I 4與雙工器I 5相連接，雙工器I 5與上行信號濾波器I 6相連接，上行信號濾波器
I6與上行信號放大器I 7相連接，上行信號放大器I 7與膠棒天線II 2相連接，雙工器I5與單片機控制模塊8相連接；
[0009]所述尾部模塊包括:膠棒天線III12、下行信號放大器II 13、下行信號濾波器II 14、雙工器II 15、上行信號放大器II 16、上行信號濾波器II 17、膠棒天線IV 18 ;所述單片機控制模塊8與雙工器II 15相連接，雙工器II 15 —端接下行信號濾波器II 14，下行信號濾波器
II14與下行信號放大器II 13相連接，并與膠棒天線III12相連接，雙工器II 15另一端與上行信號放大器II 16相連接，上行信號放大器II 16與上行信號濾波器II 17相連接，并與膠棒天線IV 18相連接。
[0010]所述下行信號放大器I 4包括:電阻1?1、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、1?7、1?8，電容(:1、〇2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10，電感 Ll、L2、L3，三極管 Ql，Q2，Q3 ;所述上行信號放大器 I 7包括:電阻 R9、R1、Rll、R12、R13、R14、R15，電容 Cll、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22，電感 L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10，三極管 Q4、Q5、Q6 ；
[0011]其中，電阻R6、電阻R7串聯，電阻R6的另一端接地，電阻R7的另一端接電阻R8、電容C7，電阻R8、電容C7并聯，電阻R8的另一端接電容C6，并且電容C6接地，電容C7另一端接地，三極管Q2的基極與電容C5相連接，發射極接地，集電極接電感L2，電感L2與電容C4相連接接到三極管Q1的基極上，電阻R1也接到三極管Q1的基極上，并且電阻R1與電容C3連接接到三極管Q3的發射極，三極管Q1的發射極接地，集電極與電感L1、電容C1相連接，電容C1另一端與電感L9連接，電感L1與電阻R2相連接并與電容C9串聯連接并接地，三極管Q3的集電極與電容C2相連接并接地，基極接電阻R3、電阻R4、電容C8，且電阻R3、電阻R4、電容C8并聯，電阻R4、電容C8分別接地，電感L3與電容C10相連接，同時電感L3的一端接到電阻R2與電容C9之間，電容C10接地，電容C11、電容C15 —端接地，電容C11另一端接在電阻R5與電感L4之間，電容C15另一端接在電阻R12與電感L6之間，電感L2與電阻R5相連接并與電感L4、L5、L6串聯同時接入電阻R12，再與電感L7相連接接到三極管Q4的集電極上，三極管Q4的基極結電容C20，并與上行信號濾波器I 6相連接，電阻R10、電阻R11、電容C19串聯連接，電容C9另一端接地，電阻R9、電容C18串聯并與電容C19相連接，電容C18另一端接地，膠棒天線II 2與電容C22相連接，接到三極管Q5的集電極上，并與電感L8相連接，三極管Q5的基極與電容C21相連接，并與電阻R13、電容C16相連接，且電容C16—端接地，三極管Q6的集電極接到電容C16與電阻R13的中間，三極管Q6的基極與電阻R14相連接，并且電阻R14與電感L10相連接再與電容C14串聯接地，三極管Q6的發射極與電容C17相連接接地，電阻R15與電感L8相連接，電阻R15的另一端與電容C13相連接并接地，電容C12與12V電源相連接并接地。
[0012]所述下行信號放大器II 13包括:電阻R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22，電容C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30，電感 Lll、L12、L13、L14、L15，三極管 Q7、Q8、Q9 ;所述上行信號放大器 II 16 包括:電阻 R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30，電容 C31、C32、C33、C34、C35、C36、C37、C38、C39、C40、C41、C42、C43、C44，電感 L16、L17、L18、L19、L20，三極管Q10、Q11、Q12 ；
[0013]其中，膠棒天線III 12與電容C23相連接接到三極管Q8的集電極上，三極管Q8的集電極與電感L11相連接并接入電阻R19、電容C25，電容C25另一端接地，三極管Q8的基極與電容C26相連接，電容C26接在電感L12與電阻R22之間，并且電感L12接在三極管Q7的集電極上，三極管Q7的發射極接地，三極管Q9的發射極與電容C24連接并接地，三極管Q9的集電極接在電阻R21與電容C27之間，三極管Q9的基極與電阻R20連接，電感L15 —端與電容C32連接，電感L15另一端接在電阻R19與電容C25之間，下行信號濾波器II 14與電容C30相連接，接到三極管Q7的基極上，電阻R16與電阻R17、電容C33串聯，電阻R16的另一端接地，電容C33的另一端接地并與電阻R18、電容C34相連接，電容C34的一端與地連接，上行信號濾波器II 17與電容C38相連接并接到三極管Q10的基極上，電阻R24、電阻R25與電容C37串聯，并且電容C37的一端接地，電阻R23與電容C36相連接，電容C36的一端接地，三極管Q10的集電極與電感L16相連接，三極管Q10的發射極接地，電感L16與電阻R26相連接，并與電感L20、電感L14、電感L13、電阻R22串聯連接，電容C31、電容C32分別接在電阻R22與電感L13之間和電感L13與電感L14之間，電容C28接地并接在電感L14、L20之間，電容C29接在電感L20與電阻R26之間，三極管Q10的集電極與電容C39相連接，并接到三極管Q11的基極，電阻R28與電容C40串聯連接，接到三極管Q11的基極上，Q11的集電極分別接電容C43、電感L18，電容C43另一端接電感L19，電感L18另一端接電阻R30，電阻R30與電容C35串聯，電容C42與電感L17串聯并接在電容C35與電阻R30之間，電容C40的另一端接到三極管Q12的集電極上，三極管Q12的基極與電阻R29相連接，三極管Q12的發射極與電容C44連接并接地，電阻R27與電容C41并聯，接到三極管Q12的基極上，并且電阻R27與電容C41分別接地。
[0014]所述單片機控制模塊8包括:芯片4了89052、電阻1?31、1?32、1?33、1?34、1?35、1?36、1?37、R38、R39、R40，電容C45、C46、C47，晶振Y1，發光二極管D1 ;所述顯示模塊9為芯片LCD1602，所述按鍵模塊10為按鍵K1、K2、K3、K4 ;其中，芯片AT89C52的管腳Ρ0.0、Ρ0.1、Ρ0.2、Ρ0.3、Ρ0.4、Ρ0.5、Ρ0.6、Ρ0.7 分別與電阻 R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38 相連接，并與芯片LCD1602的管腳D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7相連接，芯片AT89C52的18,19引腳分別接電容C45、C46，并且電容C45、C46的一端串聯接地，另一端與晶振Y1相連接；芯片AT89C52的引腳29與按鍵K1相連接，電阻R39與電容C47串聯，芯片AT89C52的引腳9接在電容C47與電阻R39之間，芯片AT89C52的引腳24、25、26分別與按鍵K2、K3、K4相連接，引腳1與發光二極管D1相連接，并與電阻R40串聯接地。
[0015]所述充電電路20 包括:二極管 D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11，電阻 R41、R42、R43、R44、R45、R46，電容 C48、C49，三極管 Q13、Q14、Q15、Q16、Q17、Q18，熔斷開關 FU1、FU2，三相電壓輸入引線L1、L2、L3 ;所述充電指示燈23為發光二極管D12 ;其中，二極管D2、D3串聯，二極管D4、D5串聯，二極管D6、D7串聯，并且兩兩并聯，三相電壓輸入引線Ll接在二極管D6、D7之間，三相電壓輸入引線L2接在二極管D4、D5之間，三相電壓輸入引線L3接在二極管D2、D3之間，熔斷開關FU1接在二極管D3的陰極與二極管D5的陰極之間，電容C49與二極管D6、D7并聯連接，二極管D8與電阻R42并聯之后與電阻R41串聯，電阻R43與二極管D9串聯并與發光二極管D10串聯，三極管Q13的發射極與三極管Q15的發射極連接，三極管Q15的集電極連接在三極管Q14的集電極與三極管Q16的基極之間，三極管Q14的發射極與電阻R44連接，三極管Q16的集電極與三極管Q17的集電極連接，三極管Q16的發射極與三極管Q17的基極相連接，三極管Q17的發射極與三極管Q18的基極相連接，電阻R45與電容C48并聯連接，三極管Q15的基極接到電阻R45的一端，二極管D11陽極接在三極管Q18的發射極，二極管D11陰極接恪斷開關FU2，發光二極管D12與電阻R46相連接。
[0016]本實用新型的工作原理是:
[0017]—種基于嵌入式的野外傳感信號實時增強裝置的天線是可以折疊的，以用來方便攜帶及轉移。首先，裝置的膠棒天線I 1、膠棒天線II 2、膠棒天線III 12、膠棒天線IV 18展開，形成一個工字形狀態，并通過固定三腳架29固定在傳感器附近，如圖2所示。然后，在充電電池槽25中裝入一塊充電蓄電池11，使用電池固定扣26將其固定。當電源指示燈24亮起時，提示該裝置正常工作，并且在顯示模塊9上可以顯示當前電量，信號強度等，通過按鍵模塊10可以對設備進行相應功能的設定。設備的電量可以通過風扇19利用風力隨時進行充電，以保證設備工作的持續性，并且環保耐用。
[0018]具體電路工作原理:當傳感器工作時，一方面需要從傳感器將數據傳送到基站以用來進行相應的數據分析，另一方面，工作人員有時為了判斷傳感器是否故障，也會傳送相應的測試信息，所以在傳感器信號增強的裝置中傳輸通道需要兩條，一條是上行通道，另一條為下行通道。當外界向傳感器發送數據時，外界基站所發送的信息首先由野外傳感器信號增強裝置頭部模塊的膠棒天線I 1接收，信號流經下行信號濾波器I 3進行雜質信號的濾波(此處的濾波技術屬于常規技術)，進行選頻濾波后的信號為有用信號。將有用的信號傳入下行信號放大器I 4進行信號的放大，該信號流入電容C5，使得電容C5快速充電，從三極管Q2的基極流入，三極管Q2的集電極與電感L2相連接，三極管Q2的發射極接地，將通過下行信號放大器I 4放大后的信號輸入到雙工器I 5進行信號的合路，輸入到野外傳感器信號增強裝置尾部模塊的雙工器II 15當中，使得信號進入下行信號濾波器II 14中進行二次濾波(此處濾波技術輸入常規技術)，經過二次濾波的信號，輸入到下行信號放大器II 13中，二次濾波信號經過電容C30輸入三極管Q7的基極，三極管Q7的集電極與電感L12相連接，Q7的發射極接地，通過下行信號放大器II 13進行二次放大，將二次放大的信號通過膠棒天線III12發送到傳感器上，已進行基站對傳感器的信號傳送。但傳感器要對外部基站進行數據傳送時，傳感器的信號首先被膠棒天線IV 18接收，將帶有雜質信號的數據輸入到上行信號濾波器II 17中進行信號的濾波(該濾波技術輸入常規技術)，將經過濾波后的信號輸入上行信號放大器II 16當中，信號由電容C38輸入到三極管Q10的基極，Q10的集電極與電感L16相連接，Q10的發射極接地。經過放大后的信號，由雙工器II 15進行合路，輸入到雙工器I 5，將有用信號輸入到上行信號濾波器I 6進行二次濾波(此處的濾波技術屬于常規技術)，經過二次濾波后的信號，輸入到上行信號放大器I 7中進行二次放大，信號由電容C20流入三極管Q4的基極，三極管Q4的發射極接地，Q4的集電極與電感L7相連接。最后將經過二次放大的信號，由膠棒天線II 2傳送到外界基站中，已達到傳感器信號的上傳。實現了傳感器與外界基站，和外界基站與傳感器的互聯互通，以及信息的傳遞。
[0019]在論文(李江華，李陽、惠軼等發表的《基于單片機的微弱信號測量及其數據傳輸》，微電子技術，2005.12.15中提到“利用單片機實現對微弱電壓量的檢測，并進行無線數據通信的方法”，因此用單片機處理電信號進行傳輸的是比較通用的方法)。因此，在單片機控制模塊8中，信號輸入單片機芯片AT89C52中，經過處理，將信號輸入到芯片IXD1602中，進行相應的信號的顯示，當需要對設備進行設定時，按下相應按鍵K2、K3、K4，進行設定。按鍵Κ1位初始化按鍵，主要是電容C47與電阻R39相連接，接到引腳9上，當按鍵Κ1按下時，電容C47急速充放電，使得單片機內部初始化。晶振Υ1與電容C45、C46相連接，接到引腳18、19上，使得單片機工作時同步。
[0020]風扇19轉動時產生三相交流電壓，該電壓經過二極管D2、D3、D4、D5、D6、D7進行整流、在經過電容C47濾波后，產生一個隨風速大小而變化的平滑直流電壓，這電壓一般在0到40V之間波動。直流電壓經過自動穩壓電路穩壓為+12.7V后，再經Dl 1對蓄電池充電。當蓄電池端電壓低于12V時，自動穩壓電路便向蓄電池充電，直到蓄電池的端電壓達到標稱值12V。在風力比較強的時候，風力發電機的輸出電壓較高，使整流濾波后的直流電壓達到18到40V，自動穩壓電路正常工作，并對裝置進行供電；當無風或風力較弱時，風力發電機的輸出電壓偏低，整流濾波后的直流電壓低于18V時，則D11因自動穩壓電路輸出電壓低于+12.7V而截止，改由蓄電池為負載提供+12V電壓。充電提示燈23在風力發電輸出電壓正常時，發光二極管D10發光；在+12V輸出電壓正常時，發光二極管D12發光。
[0021]本實用新型的有益效果是:此裝置結構簡單，安裝便捷，成本低廉，能夠明顯提高傳感器傳輸信號的強度，保證傳感器與基站之間的通信質量，并且安全穩定，對人體無額外輻射。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的電路連接框圖；
[0023]圖2為本實用新型的實物圖；
[0024]圖3為本實用新型的頭部模塊電路原理圖；
[0025]圖4為本實用新型的尾部模塊電路原理圖；
[0026]圖5為本實用新型的單片機控制模塊電路圖；
[0027]圖6為本實用新型的充電電路圖；
[0028]圖中各標號:1-膠棒天線I，2_膠棒天線II，3-下行信號濾波器I，4_下行信號放大器I，5-雙工器I，6-上行信號濾波器I，7-上行信號放大器I，8-單片機控制模士夬，9-顯示模塊，10-按鍵模塊，11-充電蓄電池，12-膠棒天線III，13-下行信號放大器II，14-下行信號濾波器II，15-雙工器II，16-上行信號放大器II，17-上行信號濾波器II，18-膠棒天線IV，19-風扇，20-充電電路，21-天線固定旋鈕I，22-天線固定旋鈕II，23-充電提示燈，24-電源指示燈，25-充電蓄電池槽，26-電池固定扣、27-天線固定旋鈕III，28-天線固定旋鈕IV，29-固定三腳架，30-支桿。
【具體實施方式】
[0029]實施例1:如圖1-6所示，一種基于嵌入式的野外傳感信號實時增強裝置，包括頭部模塊、尾部模塊、單片機控制模塊8、顯示模塊9、按鍵模塊10、充電蓄電池11、風扇19、充電電路20、天線固定旋鈕I 21、天線固定旋鈕II 22、充電指示燈23、電源指示燈24、充電蓄電池槽25、電池固定扣26、天線固定旋鈕III 27、天線固定旋鈕IV 28、固定三腳架29、支桿30 ；
[0030]所述單片機控制模塊8分別與顯示模塊9和按鍵模塊10相連接，顯示模塊9與充電蓄電池11相連接，風扇19與充電電路20相連接，充電電路20與充電蓄電池11相連接；充電蓄電池11放入充電蓄電池槽25并通過電池固定扣26固定；
[0031]天線固定旋鈕I 21、天線固定旋鈕II 22位于支桿30的頂部兩端，分別與膠棒天線I 1、膠棒天線II 2相連接，天線固定旋鈕III 27、天線固定旋鈕IV 28位于支桿30的底部兩端，分別與膠棒天線III 12、膠棒天線IV 18相連接，風扇19安裝在裝置支桿30的頭部，裝置支桿30的尾部連接固定三腳架29，充電電路20與充電指示燈23連接，電源指示燈24與電源連接；
[0032]所述頭部模塊包括:膠棒天線I 1、膠棒天線II 2、下行信號濾波器I 3、下行信號放大器I 4、雙工器I 5、上行信號濾波器I 6、上行信號放大器I 7，所述膠棒天線I 1與下行信號濾波器I 3相連接，下行信號濾波器I 3與下行信號放大器I 4相連接，下行信號放大器I 4與雙工器I 5相連接，雙工器I 5與上行信號濾波器I 6相連接，上行信號濾波器
I6與上行信號放大器I 7相連接，上行信號放大器I 7與膠棒天線II 2相連接，雙工器I5與單片機控制模塊8相連接；
[0033]所述尾部模塊包括:膠棒天線III12、下行信號放大器II 13、下行信號濾波器II 14、雙工器II 15、上行信號放大器II 16、上行信號濾波器II 17、膠棒天線IV 18 ;所述單片機控制模塊8與雙工器II 15相連接，雙工器II 15 —端接下行信號濾波器II 14，下行信號濾波器
II14與下行信號放大器II 13相連接，并與膠棒天線III12相連接，雙工器II 15另一端與上行信號放大器II 16相連接，上行信號放大器II 16與上行信號濾波器II 17相連接，并與膠棒天線IV 18相連接。
[0034]所述下行信號放大器I 4包括:電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，電容Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10，電感 Ll、L2、L3，三極管 Ql，Q2，Q3 ;所述上行信號放大器 I 7包括:電阻 R9、R1、Rll、R12、R13、R14、R15，電容 Cll、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22，電感 L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10，三極管 Q4、Q5、Q