專利名稱：一種基于無線傳感器網絡的飲用水安全監測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于嵌入式系統和物聯網技術領域，具體涉及一種基于無線傳感器網絡的飲用水安全監測裝置。
背景技術：
水環境由地表水環境與地下水環境組成，包括河流、湖泊、水庫、海洋、沼澤、冰川、濕地、淺層和深層地下水等。飲用水環境的安全直接關系到人們日常生活的有序進行。隨著我國經濟的快速發展，水環境污染日益加劇，因此，對于飲用水環境的監測是必不可少的環節。由于我國幅員遼闊，飲用水環境監測網點分散，僅依靠現有的監測站和傳統監測技術不能滿足實時、全面地監測飲用水環境的要求。現有的國內外飲用水環境監測方法主要分為四種:I)采用人工采樣、實驗室分析的方式。該方法的不足之處在于無法遠程實時監測，耗費人力物力較大。2)采用由監控中心和若干個監測子站組成的水環境自動監測系統對水環境參數自動連續監測。該方法有預先鋪設電纜和建立多個監測子站的施工要求，存在易對水體的生態環境造成破壞、監測水域范圍有限、系統投資成本高等缺點。3)采用遙感技術進行水環境監測。該方法的缺點是實時性較差，成本高，技術難度大，對數據源要求高，較難做到同步監測。4)采用水生物監測水質技術。該方法精度較低、可靠性差，只能定性地反映水質變化情況，無法確定水質 變化程度。
發明內容本實用新型是針對上述四種飲用水環境監測方法的不足而提出的一種基于無線傳感器網絡的飲用水安全監測裝置。本實用新型的技術方案:處理器模塊通過控制模擬開關，選擇為ZigBee模塊、GPS模塊、傳感器模塊提供電源，從而控制ZigBee模塊、GPS模塊、傳感器模塊的工作狀態。傳感器模塊將采集到的數據發送到控制器，控制器根據需要將數據存儲在外部存儲設備或通過ZigBee模塊將數據發送到其他設備節點或者基站，同時控制器通過ZigBee模塊接收來自基站的命令，控制器通過GPS模塊來定位設備的位置信息，并通過ZigBee模塊將數據發送到基站。本實用新型可檢測的參數涵蓋了地表水環境質量標準GB3838-2002中規定的基本參數(pH值、水溫、溶解氧、電解電導率、濁度、鹽度)和重金屬參數(銅、鋅、鎘、鉻、砷、萊、鉛等)。對于水環境基本參數的檢測，本實用新型中的傳感器模塊選擇M45453多參數水質監測傳感器，該傳感器可同時測量多種基本水質參數，包括PH值、水溫、溶解氧、電解電導率、濁度、鹽度等，其特點是傳感器本身能自動進行校準，從而得到可靠的水質參數，同時可直接掛接設備后潛入水中直測，具有數據保護功能。該傳感器可通過RS232與設備通訊。對于重金屬參數的檢測，本實用新型的傳感器模塊選擇采用智能數字化傳感器模塊，該模塊采用RS-232接口輸出，能夠完成外部命令校準，自動溫度補償等功能。但此傳感器模塊功能單一，只能檢測單一的重金屬參數，所以需通過現實需求更換相應的重金屬智能數字化傳感器模塊型號。在本實用新型中還設計了 ΙΛ轉換電路，以備擴展，該電路可以將標準4-20mA電流信號轉換為電壓信號，并通過處理器內部集成的AD轉換器轉換成數字信號。基于無線傳感器網絡的飲用水安全監測系統由水環境監測中心和傳感器網絡子區域兩部分組成。系統將監測水域劃分為若干個子區域，在子區域中構建基于ZigBee無線技術的傳感器網絡。每個子區域配置一個帶ZigBee網關和GPRS傳輸通道的數據基站，對分布在子區域中的ZigBee網絡的多個傳感器設備節點進行數據采集和狀態監測，并通過GPRS無線網絡將子區域的實時數據傳送至監測中心，供監測中心調用。同時，數據基站接受來自監測中心的命令，監控各個現場設備節點。本實用新型為監測設備節點部分，不包括基站和監測中心。本實用新型一種基于無線傳感器網絡的飲用水安全監測裝置包括電源管理模塊、通訊模塊、外部存儲模塊、信號采集模塊以及控制器模塊。其中，電源管理模塊包括以LM2596S為核心的5V電壓轉換電路和以LMl 117-3.3為核心的3.3V電壓轉換電路，通訊模塊包括RS232接口、JTAG接口、GPS模塊接口和ZigBee模塊接口，以LM2596S為核心的5V電壓轉換電路為通訊模塊中的GPS模塊接口、信號采集模塊和以LMl 117-3.3為核心的3.3V電壓轉換電路提供5V電壓；以LM1117-3.3為核心的3.3V電壓轉換電路為控制器模塊、夕卜部存儲模塊、通訊模塊中的JTAG接口、RS232接口和ZigBee模塊接口提供3.3V電壓。控制器通過模擬開關控制ZigBee模塊接口和GPS模塊接口的電源，信號采集模塊自動采集飲用水環境的參數，并將數據發送到控制器模塊，控制器將數據存儲在外部存儲模塊或通過ZigBee模塊接口將數據發送，同時控制器接受來自ZigBee模塊接口的命令。控制器通過GPS模塊接口來進行定位。
5V電壓轉換電路包括電源管理芯片U1LM2596S、第一極性電容Cl、第二極性電容C2、第一電感LI和穩壓二極管Dl，第一極性電容Cl的正極與電源管理芯片Ul LM2596S的I引腳和12V電源連接，第一極性電容Cl的負極、電源管理芯片U1LM2596S的3引腳、電源管理芯片U1LM2596S的5引腳、穩壓二極管Dl的陽極和第二極性電容C2的負極接地，電源管理芯片U1LM2596S的4引腳、第一電感LI的一端、第二極性電容C2的正極與電壓輸出端VDD5.0連接。電源管理芯片U1LM2596S的2引腳、第一電感LI的另一端和穩壓二極管Dl的陰極相連。3.3V電壓轉換電路包括第一濾波電容C4、第三極性電容C3、電源管理芯片LM1117、第四極性電容C5、第二濾波電容C6和發光二極管DSl,第一濾波電容C4的一端與VDD5.0電壓輸出端、第三極性電容C3的正極和電源管理芯片LMl117的3引腳連接，第一濾波電容C4的另一端和第三極性電容C3的負極、電源管理芯片LM1117的I引腳、第四極性電容C5的負極、第二濾波電容C6的一端和發光二極管DSl的陰極連接并接地，電源管理芯片LM1117的2引腳與第四極性電容C5的正極、第二濾波電容C6的另一端、發光二極管DSl的陽極連接并接VDD3.3電壓輸出端。5V和3.3V模擬開關電路包括第一模擬開關U5、第二開關二極管D2、第三開關二極管D3、第四開關二極管D4、第五開關二極管D5。第一模擬開關U5的7引腳和第一模擬開關U5的8引腳連接并接地；第一模擬開關U5的16引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第一模擬開關U5的3引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第一模擬開關U5的13引腳與VDD3.3電壓輸出端連接；第一模擬開關U5的9引腳與處理器LPC2368的P1_0引腳相連；第一模擬開關U5的10引腳與處理器LPC2368的Pl_l引腳相連；第一模擬開關U5的6引腳與處理器LPC2368的Pl_4引腳相連；第一模擬開關U5的2引腳與第二開關二極管D2的陽極相連；第一模擬開關U5的5引腳與第三開關二極管D3的陽極相連；第一模擬開關U5的14引腳與第四開關二極管D4的陽極相連；第一模擬開關U5的12引腳與第五開關二極管D3的陽極相連；第二開關二極管D2的陰極和第三開關二極管D3的陰極連接并與V-GPS相連；第四開關二極管D4的陰極和第五開關二極管D5的陰極連接并與V-ZB相連。5V模擬開關電路包括第二模擬開關U7、第六開關二極管D6、第七開關二極管D7、第八開關二極管D8和第九開關二極管D9。第二模擬開關U7的7引腳和第二模擬開關U7的8引腳連接并接地；第二模擬開關U7的16引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關U7的3引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關U7的13引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關U7的9引腳與處理器LPC2368的Pl_10引腳相連；第二模擬開關U7的10引腳與處理器LPC2368的Pl_9引腳相連；第二模擬開關U7的6引腳與處理器LPC2368的Pl_8引腳相連；第二模擬開關U7的2引腳與第六開關二極管D6的陽極相連；第二模擬開關U7的5引腳與第七開關二極管D7的陽極相連；第二模擬開關U7的14引腳與第八開關二極管D8的陽極相連；第二模擬開關U7的12引腳與第九開關二極管D9的陽極相連；第六開關二極管D6的陰極和第七開關二極管D7的陰極連接并與VDD5-2相連；第八開關二極管D8的陰極和第九開關二極管D9的陰極連接并與VDD5-1相連。通信模塊包括JTAG接口電路、串口通信電平轉換電路和接插件；所述的JTAG接口電路包括第三電阻R3，第四電阻R4，第五電阻R5，第六電阻R6，第七電阻R7和JTAG接口 C0N1，JTAG接口 CONl中的I引腳、2引腳、第三電阻R3的一端、第四電阻R4的一端、第五電阻 R5的一端、第六電阻R6的一端、第七電阻R7的一端與VDD3.3相連JTAG接口 CONl中的4引腳與第七電阻R7的一端相連；JTAG接口 CONl中的3引腳、第六電阻R6的另一端、第七電阻R7的另一端與處理器LPC2368的nTRST引腳相連；JTAG接口 CONl中的5引腳、第五電阻R5的另一端與處理器LPC2368的TDI引腳相連JTAG接口 CONl中的7引腳、第四電阻R4的另一端與處理器LPC2368的TMS引腳相連JTAG接口CONl中的9引腳、第三電阻R3的另一端與處理器LPC2368的TCK引腳相連JTAG接口 CONl中的6引腳與處理器LPC2368的TDO引腳相連JTAG接口 CONl中的8引腳與JTAG中的10引腳相連并接地。串口通信電平轉換電路包括第四濾波電容C8，第五濾波電容C9，第六濾波電容C10，第七濾波電容Cll和串口通信電平接口轉換芯片U3 MAX3232 ;串口通信電平接口轉換芯片U3 MAX3232的16引腳與VDD3.3相連；U3 MAX3232的I引腳與第四濾波電容C8的一端相連；U3 MAX3232的3引腳與第四濾波電容C8的另一端相連；U3 MAX3232的4引腳與第七濾波電容Cll的一端相連；U3 MAX3232的5引腳與第七濾波電容Cll的另一端相連；U3MAX3232的11引腳與處理器LPC2368的P0_2引腳相連；U3 MAX3232的12引腳與處理器LPC2368的P0_3引腳相連；U3 MAX3232的10引腳與處理器LPC2368的P0_10引腳相連；U3MAX3232的9引腳與處理器LPC2368的P0_11引腳相連；U3 MAX3232的2引腳與第六濾波電容ClO的一端相連；U3 MAX3232的6引腳與第五濾波電容C9的一端相連；U3 MAX3232的15引腳與第五濾波電容C9的另一端、第六濾波電容ClO的另一端相連并接地；U3 MAX3232的14引腳與串口 COMl的2引腳相連；U3 MAX3232的13引腳與串口 COMl的3引腳相連；U3 MAX3232的7引腳與串口 COM2的2引腳相連；U3 MAX3232的8引腳與串口 COM2的3弓I腳相連。串口 COMl的5引腳接地，串口 COM2的5引腳接地，串口 COMl和串口 COM2的其余引腳均架空。GPlE電平接口所述的接插件電路包括GPS接口 Jl和ZigBee接口 JPl，GPS接口Jl的I引腳接地，GPS接口 Jl的2引腳與處理器LPC2368的P4_28引腳相連；GPS接口 Jl的3引腳與處理器LPC2368的P4_29引腳相連；GPS接口 Jl的4引腳與V-GPS相連，GPS接口 Jl的5腳、6腳架空。ZigBee接口 JPl的13引腳與V-ZB相連；ZigBee接口 JPl的15引腳與V-ZB相連;ZigBee接口 JPl的17引腳與V-ZB相連;ZigBee接口 JPl的21引腳、23引腳、25引腳、27引腳相連并接地;ZigBee接口 JPl的18引腳與處理器LPC2368的P2_0引腳相連；ZigBee接口 JPl的20引腳與處理器LPC2368的P2_l引腳相連，ZigBee接口 JPl的其余引腳架空。外部存儲模塊包括第一電阻R1、第二電阻R2、32Mb存儲器SST25VF032 U4和第三濾波電容C7，32Mb存儲器SST25VF032 U4的I引腳與處理器LPC2368的P0_16引腳相連，32Mb存儲器SST25VF032 U4的2引腳與處理器LPC2368的P0_17引腳相連，32Mb存儲器SST25VF032 U4的5引腳與處理器LPC2368的P0_18引腳相連，32Mb存儲器SST25VF032 U4的6引腳與處理器LPC2368的P0_15引腳相連，32Mb存儲器SST25VF032 U4的3引腳、處理器LPC2368的P0_25引腳和第二電阻R2的一端相連，第二電阻R2的另一端接VDD3.3 ；32Mb存儲器SST25VF032 U4的4引腳接地，32Mb存儲器SST25VF032 U4的8引腳、第一電阻Rl的一端和第三濾波電容C7的一端接VDD3.3，第三濾波電容C7的另一端接地，32Mb存儲器SST25VF032 U4的7引腳與第一電阻Rl另一端連接。
信號采集模塊包括傳感器接口 P1、運算放大器U6A LM324、第八電阻R8、第九電阻R9、第八濾波電容C12。傳感器接口 Pl的3引腳接VDD5-1 ;傳感器接口 Pl的I引腳接地；傳感器接口 Pl的2引腳、第九電阻R9的一端與第八電阻R8的一端相連；第八電阻R8的另一端、第八濾波電容C12的一端與運算放大器U6ALM324的3引腳相連；第九電阻R9另一端與第八濾波電容C12的另一端相連并接地；運算放大器U6ALM324的2引腳與運算放大器U6ALM324的I引腳相連并與處理器LPC2368的Pl_31引腳相連；運算放大器U6ALM324的4引腳電源VDD5.0 ;運算放大器U6ALM324的11引腳接地。控制器模塊為微處理器LPC2368，LPC2368的12引腳、10引腳、84引腳、42引腳、13引腳、96引腳、71引腳、54引腳、28引腳接VDD3.3 ；11引腳、83引腳、97引腳、72引腳、55引腳、41引腳、31引腳、15引腳接地，除了文中提及的引腳以外的引腳皆架空。本實用新型的有益效果:I系統成本低:相對于現有的水環境自動監測系統和人工采樣實驗室分析方法，設備和人工的費用大大降低。2監測網絡部署便捷，對水體生態環境影響小:無需進行鋪設電纜和建立監測子站的施工，將對水體生態環境的影響小。3多水質參數采集，監測精度高:每個設備可集成不同的傳感器感知多種水質參數，根據監測需求的不同，可以增加和更換不同的傳感器，以滿足不同的監測需要。4監測網絡可靠性高，適應性強:無線傳感器網絡采用無線傳輸，當某個設備節點出現故障后，無線傳感器網絡能重新自動組網，不會因為個別設備節點的故障而影響整個網絡的工作，提高了監測系統的可靠性。
:圖1為本實用新型的監測系統總體架構圖；圖2為本實用新型的硬件結構示意圖；圖3為本實用新型的5V電壓轉換電路原理圖；圖4為本實用新型的3.3V電壓轉換電路原理圖；圖5 Ca)為本實用新型的5V和3.3V模擬開關電路原理圖；圖5 (b)為本實用新型的5V |旲擬開關電路原理圖；圖6 (a)為通訊模塊電路中的JTAG接口電路原理圖；圖6 (b)為通訊模塊電路中的串口通信電平轉換電路原理圖；圖6 (C)為通訊模塊電路中的接插件原理圖；圖7為本實用新型的外部存儲模塊電路原理圖；圖8為本實用新型的·信號采集模塊電路原理圖；圖9為本實用新型的控制器模塊原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型中各個模塊做具體的說明。如圖1所示，整個監測系統由水環境監測中心和傳感器網絡子區域兩部分組成。系統將監測水域劃分為若干個子區域，在子區域中構建基于ZigBee無線技術的傳感器網絡。每個子區域配置一個帶ZigBee網關和GPRS傳輸通道的數據基站，對分布在子區域中的ZigBee網絡的多個傳感器設備節點進行數據采集和狀態監測，并通過GPRS無線網絡將子區域的實時數據傳送至監測中心，供監測中心調用。同時，數據基站接受來自監測中心的命令，監控各個現場設備節點。本實用新型為監測設備節點部分，不包括基站和監測中心。如圖2所示，本實用新型包括電源管理模塊1、通訊模塊2、外部存儲模塊3、信號采集模塊4以及控制器模塊5。各模塊均采用現有成熟技術，其中，電源管理模塊I包括以LM2596S為核心的5V電壓轉換電路1_2和以LMl 117-3.3為核心的3.3V電壓轉換電路1_1，通訊模塊2包括RS232接口 2-1、JTAG接口 2_2、GPS模塊接口 2_3和ZigBee模塊接口 2_4，以LM2596S為核心的5V電壓轉換電路1_2為通訊模塊2中的GPS模塊接口 2_3、信號采集模塊4和以LMl117-3.3為核心的3.3V電壓轉換電路1_1提供5V電壓；以LMl117-3.3為核心的3.3V電壓轉換電路1-1為控制器模塊5、外部存儲模塊3、通訊模塊2中的JTAG接口2-2、RS232接口 2-1和ZigBee模塊接口 2_4提供3.3V電壓。控制器5通過模擬開關控制ZigBee模塊接口 2-4和GPS模塊接口 2_3的電源，信號采集模塊4自動采集飲用水環境的參數，并將數據發送到控制器模塊5，控制器5將數據存儲在外部存儲模塊3或通過ZigBee模塊接口 2-4將數據發送，同時控制器5接受來自ZigBee模塊接口 2_4的命令。控制器5通過GPS模塊接口 2-3來進行定位。如圖3所示，5V電壓轉換電路包括電源管理芯片U1LM2596S、第一極性電容Cl、第二極性電容C2、第一電感LI和穩壓二極管Dl，第一極性電容Cl的正極與電源管理芯片UlLM2596S的I引腳和12V電源連接，第一極性電容Cl的負極、電源管理芯片U1LM2596S的3引腳、電源管理芯片U1LM2596S的5引腳、穩壓二極管Dl的陽極和第二極性電容C2的負極接地，電源管理芯片U1LM2596S的4引腳、第一電感LI的一端、第二極性電容C2的正極與電壓輸出端VDD5.0連接。電源管理芯片U1LM2596S的2引腳、第一電感LI的另一端和穩壓二極管Dl的陰極相連。如圖4所示，3.3V電壓轉換電路包括第一濾波電容C4、第三極性電容C3、電源管理芯片LM1117、第四極性電容C5、第二濾波電容C6和發光二極管DSl,第一濾波電容C4的一端與VDD5.0電壓輸出端、第三極性電容C3的正極和電源管理芯片LM1117的3引腳連接，第一濾波電容C4的另一端和第三極性電容C3的負極、電源管理芯片LM1117的I引腳、第四極性電容C5的負極、第二濾波電容C6的一端和發光二極管DSl的陰極連接并接地，電源管理芯片LM1117的2引腳與第四極性電容C5的正極、第二濾波電容C6的另一端、發光二極管DSl的陽極連接并接VDD3.3電壓輸出端。如圖5 (a)所示，5V和3.3V模擬開關電路包括第一模擬開關U5、第二開關二極管D2、第三開關二極管D3、第四開關二極管D4、第五開關二極管D5。第一模擬開關U5的7引腳和第一模擬開關U5的8引腳連接并接地；第一模擬開關U5的16引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第一模擬開關U5的3引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第一模擬開關U5的13引腳與VDD3.3電壓輸出端連接；第一模擬開關U5的9引腳與處理器LPC2368的P1_0引腳相連；第一模擬開關U5的10引腳與處理器LPC2368的Pl_l引腳相連；第一模擬開關U5的6引腳與處理器LPC2368的Pl_4引腳相連；第一模擬開關U5的2引腳與第二開關二極管D2的陽極相連；第一模擬開關U5的5引腳與第三開關二極管D3的陽極相連；第一模擬開關U5的14引腳與第四開關二極管D4的陽極相連；第一模擬開關U5的12引腳與第五開關二極管D3的陽極相連；第二開關二極管D2的陰極和第三開關二極管D3的陰極連接并與V-GPS相連；第四開關 二極管D4的陰極和第五開關二極管D5的陰極連接并與V-ZB相連。如圖5 (b)所示，5V模擬開關電路包括第二模擬開關U7、第六開關二極管D6、第七開關二極管D7、第八開關二極管D8和第九開關二極管D9。第二模擬開關U7的7引腳和第二模擬開關U7的8引腳連接并接地；第二模擬開關U7的16引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關U7的3引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關U7的13引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關U7的9引腳與處理器LPC2368的Pl_10引腳相連；第二模擬開關U7的10引腳與處理器LPC2368的Pl_9引腳相連；第二模擬開關U7的6引腳與處理器LPC2368的Pl_8引腳相連；第二模擬開關U7的2引腳與第六開關二極管D6的陽極相連；第二模擬開關U7的5引腳與第七開關二極管D7的陽極相連；第二模擬開關U7的14引腳與第八開關二極管D8的陽極相連；第二模擬開關U7的12引腳與第九開關二極管D9的陽極相連；第六開關二極管D6的陰極和第七開關二極管D7的陰極連接并與VDD5-2相連；第八開關二極管D8的陰極和第九開關二極管D9的陰極連接并與VDD5-1相連。通信模塊包括JTAG接口電路、串口通信電平轉換電路和接插件。如圖6 (a)所示，所述的JTAG接口電路包括第三電阻R3，第四電阻R4，第五電阻R5，第六電阻R6，第七電阻R7和JTAG接口 C0N1，JTAG接口 CONl中的I引腳、2弓丨腳、第三電阻R3的一端、第四電阻R4的一端、第五電阻R5的一端、第六電阻R6的一端、第七電阻R7的一端與VDD3.3相連JTAG接口 CONl中的4引腳與第七電阻R7的一端相連JTAG接口CONl中的3引腳、第六電阻R6的另一端、第七電阻R7的另一端與處理器LPC2368的nTRST引腳相連；JTAG接口 CONl中的5引腳、第五電阻R5的另一端與處理器LPC2368的TDI引腳相連JTAG接口 CONl中的7引腳、第四電阻R4的另一端與處理器LPC2368的TMS引腳相連JTAG接口 CONl中的9引腳、第三電阻R3的另一端與處理器LPC2368的TCK引腳相連JTAG接口 CONl中的6引腳與處理器LPC2368的TDO引腳相連JTAG接口 CONl中的8引腳與JTAG中的10引腳相連并接地。如圖6 (b)所示，串口通信電平轉換電路包括第四濾波電容C8，第五濾波電容C9，第六濾波電容C10，第七濾波電容Cl I和串口通信電平接口轉換芯片U3 MAX3232 ；串口通信電平接口轉換芯片U3 MAX3232的16引腳與VDD3.3相連；U3 MAX3232的I引腳與第四濾波電容C8的一端相連；U3 MAX3232的3引腳與第四濾波電容C8的另一端相連；U3 MAX3232的4引腳與第七濾波電容Cll的一端相連；U3 MAX3232的5引腳與第七濾波電容Cll的另一端相連；U3 MAX3232的11引腳與處理器LPC2368的P0_2引腳相連；U3 MAX3232的12引腳與處理器LPC2368的P0_3引腳相連；U3 MAX3232的10引腳與處理器LPC2368的P0_10引腳相連；U3 MAX3232的9引腳與處理器LPC2368的P0_11引腳相連；U3 MAX3232的2弓丨腳與第六濾波電容ClO的一端相連；U3 MAX3232的6引腳與第五濾波電容C9的一端相連；U3 MAX3232的15引腳與第五濾波電容C9的另一端、第六濾波電容ClO的另一端相連并接地；U3 MAX3232的14引腳與串口 COMl的2引腳相連；U3 MAX3232的13引腳與串口 COMl的3引腳相連；U3 MAX3232的7引腳與串口 COM2的2引腳相連；U3 MAX3232的8引腳與串口 COM2的3引腳相連。串口 COMl的5引腳接地，串口 COM2的5引腳接地，串口 COMl和串口 COM2的其余引腳均架空。如圖6 (C)所示，GPlE電平接口所述的接插件電路包括GPS接口 Jl和ZigBee接口 JPl，GPS接口 Jl的I引腳接地，GPS接口 Jl的2引腳與處理器LPC2368的P4_28引腳相連；GPS接口 Jl的3引腳與處理器LPC2368的P4_29引腳相連；GPS接口 Jl的4引腳與V-GPS相連，GPS接口 Jl的5腳、6腳架空。ZigBee接口 JPl的13引腳與V-ZB相連;ZigBee接口 JPl的15引腳與V-ZB相連；ZigBee接口 JPl的17引腳與V-ZB相連；ZigBee接口 JPl的21引腳、23引腳、25引腳、27引腳相連并接地；ZigBee接口 JPl的18引腳與處理器LPC2368的P2_0引腳相連;ZigBee接口 JPl的20引腳與處理器LPC2368的P2_l引腳相連，ZigBee接口 JPl的其余引腳架空。如圖7所示，外部存儲模塊包括第一電阻Rl、第二電阻R2、32Mb存儲器SST25VF032U4和第三濾波電容C7，32Mb存儲器SST25VF032 U4的I引腳與處理器LPC2368的P0_16引腳相連，32Mb存儲器SST25VF032 U4的2引腳與處理器LPC2368的P0_17引腳相連，32Mb存儲器SST25VF032 U4的5引腳與處理器LPC2368的P0_18弓丨腳相連，32Mb存儲器SST25VF032U4的6引腳與處理器LPC2368的P0_15引腳相連，32Mb存儲器SST25VF032 U4的3引腳、處理器LPC2368的P0_25引腳和第二電阻R2的一端相連，第二電阻R2的另一端接VDD3.3 ；32Mb存儲器SST25VF032 U4的4引腳接地，32Mb存儲器SST25VF032 U4的8引腳、第一電阻Rl的一端和第三濾波電容C7的一端接VDD3.3，第三濾波電容C7的另一端接地，32Mb存儲器SST25VF032 U4的7引腳與第一電阻Rl另一端連接。如圖8所示，信 號采集模塊包括傳感器接口 P1、運算放大器U6A LM324、第八電阻R8、第九電阻R9、第八濾波電容C12。傳感器接口 Pl的3引腳接VDD5-1 ;傳感器接口 Pl的I引腳接地；傳感器接口 Pl的2引腳、第九電阻R9的一端與第八電阻R8的一端相連；第八電阻R8的另一端、第八濾波電容C12的一端與運算放大器U6ALM324的3引腳相連；第九電阻R9另一端與第八濾波電容C12的另一端相連并接地；運算放大器U6ALM324的2引腳與運算放大器U6ALM324的I引腳相連并與處理器LPC2368的Pl_31引腳相連；運算放大器U6ALM324的4引腳電源VDD5.0 ;運算放大器U6ALM324的11引腳接地。如圖9所示，控制器模塊為微處理器LPC2368，LPC2368的12引腳、10引腳、84引腳、42引腳、13引腳、96引腳、71引腳、54引腳、28引腳接VDD3.3 ；11引腳、83引腳、97引腳、72引腳、55引腳、41引腳、31引腳、15引腳接地，除了文中提及的引腳以外的引腳皆架空。飲用水安全監測設備的工作過程如下:處理器模塊控制模擬開關，選擇是否為ZigBee模塊、GPS模塊、傳感器模塊提供電源，從而控制ZigBee模塊、GPS模塊、傳感器模塊的工作狀態。傳感器模塊將采集到的數據發送到控制器，控制器根據需要將數據存儲在外部存儲設備或通過ZigBee模塊將數據發送到其他設備節點或者基站，同時控制器通過ZigBee模塊接收來自基站的命令，控制器通過GPS模塊來定位設備的位置信息，并通過ZigBee模塊將數據發送到基站。`
權利要求1.一種基于無線傳感器網絡的飲用水安全監測裝置，包括電源管理模塊、通訊模塊、外部存儲模塊、信號采集模塊以及控制器模塊；其特征在于:電源管理模塊包括以LM2596S為核心的5V電壓轉換電路和以LM1117-3.3為核心的3.3V電壓轉換電路，通訊模塊包括RS232接口、JTAG接口、GPS模塊接口和ZigBee模塊接口，以LM2596S為核心的5V電壓轉換電路為通訊模塊中的GPS模塊接口、信號采集模塊和以LM1117-3.3為核心的3.3V電壓轉換電路提供5V電壓；以LM1117-3.3為核心的3.3V電壓轉換電路為控制器模塊、外部存儲模塊、通訊模塊中的JTAG接口、RS232接口和ZigBee模塊接口提供3.3V電壓；控制器通過模擬開關控制ZigBee模塊接口和GPS模塊接口的電源，信號采集模塊自動采集飲用水環境的參數，并將數據發送到控制器模塊，控制器將數據存儲在外部存儲模塊或通過ZigBee模塊接口將數據發送，同時控制器接受來自ZigBee模塊接口的命令；控制器通過GPS模塊接口來進行定位； 5V電壓轉換電路包括電源管理芯片U1LM2596S、第一極性電容Cl、第二極性電容C2、第一電感LI和穩壓二極管Dl，第一極性電容Cl的正極與電源管理芯片Ul LM2596S的I引腳和12V電源連接，第一極性電容Cl的負極、電源管理芯片U1LM2596S的3引腳、電源管理芯片U1LM2596S的5引腳、穩壓二極管Dl的陽極和第二極性電容C2的負極接地，電源管理芯片U1LM2596S的4引腳、第一電感LI的一端、第二極性電容C2的正極與電壓輸出端VDD5.0連接；電源管理芯片U1LM2596S的2引腳、第一電感LI的另一端和穩壓二極管Dl的陰極相連； .3.3V電壓轉換電路包括第一濾波電容C4、第三極性電容C3、電源管理芯片LMl 117、第四極性電容C5、 第二濾波電容C6和發光二極管DSl,第一濾波電容C4的一端與VDD5.0電壓輸出端、第三極性電容C3的正極和電源管理芯片LMl 117的3引腳連接，第一濾波電容C4的另一端和第三極 性電容C3的負極、電源管理芯片LM1117的I引腳、第四極性電容C5的負極、第二濾波電容C6的一端和發光二極管DSl的陰極連接并接地，電源管理芯片LM1117的2引腳與第四極性電容C5的正極、第二濾波電容C6的另一端、發光二極管DSl的陽極連接并接VDD3.3電壓輸出端； 5V和3.3V模擬開關電路包括第一模擬開關U5、第二開關二極管D2、第三開關二極管D3、第四開關二極管D4、第五開關二極管D5 ;第一模擬開關U5的7引腳和第一模擬開關U5的8引腳連接并接地；第一模擬開關U5的16引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第一模擬開關U5的3引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第一模擬開關U5的13引腳與VDD3.3電壓輸出端連接；第一模擬開關U5的9引腳與處理器LPC2368的P1_0引腳相連；第一模擬開關U5的10引腳與處理器LPC2368的Pl_l引腳相連；第一模擬開關U5的6引腳與處理器LPC2368的Pl_4引腳相連；第一模擬開關U5的2引腳與第二開關二極管D2的陽極相連；第一模擬開關U5的5引腳與第三開關二極管D3的陽極相連；第一模擬開關U5的14引腳與第四開關二極管D4的陽極相連；第一模擬開關U5的12引腳與第五開關二極管D3的陽極相連；第二開關二極管D2的陰極和第三開關二極管D3的陰極連接并與V-GPS相連；第四開關二極管D4的陰極和第五開關二極管D5的陰極連接并與V-ZB相連； 5V模擬開關電路包括第二模擬開關U7、第六開關二極管D6、第七開關二極管D7、第八開關二極管D8和第九開關二極管D9 ;第二模擬開關U7的7引腳和第二模擬開關U7的8引腳連接并接地；第二模擬開關U7的16引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關U7的3引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關U7的13引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關U7的9引腳與處理器LPC2368的Pl_10引腳相連；第二模擬開關U7的10引腳與處理器LPC2368的Pl_9引腳相連；第二模擬開關U7的6引腳與處理器LPC2368的Pl_8引腳相連；第二模擬開關U7的2引腳與第六開關二極管D6的陽極相連；第二模擬開關U7的5引腳與第七開關二極管D7的陽極相連；第二模擬開關U7的14引腳與第八開關二極管D8的陽極相連；第二模擬開關U7的12引腳與第九開關二極管D9的陽極相連；第六開關二極管D6的陰極和第七開關二極管D7的陰極連接并與VDD5-2相連；第八開關二極管D8的陰極和第九開關二極管D9的陰極連接并與VDD5-1相連； 通信模塊包括JTAG接口電路、串口通信電平轉換電路和接插件； 所述的JTAG接口電路包括第三電阻R3，第四電阻R4，第五電阻R5，第六電阻R6，第七電阻R7和JTAG接口 CON1，JTAG接口 CONl中的I引腳、2引腳、第三電阻R3的一端、第四電阻R4的一端、第五電阻R5的一端、第六電阻R6的一端、第七電阻R7的一端與VDD3.3相連；JTAG接口 CONl中的4引腳與第七電阻R7的一端相連；JTAG接口 CONl中的3引腳、第六電阻R6的另一端、第七電阻R7的另一端與處理器LPC2368的nTRST引腳相連；JTAG接口 CONl中的5引腳、第五電阻R5的另一端與處理器LPC2368的TDI引腳相連JTAG接口CONl中的7引腳、第四電阻R4的另一端與處理器LPC2368的TMS引腳相連JTAG接口 CONl中的9引腳、第三電阻R3的另一端與處理器LPC2368的TCK引腳相連JTAG接口 CONl中的6引腳與處理器LPC2368的TDO引腳相連JTAG接口 CONl中的8引腳與JTAG中的10引腳相連并接地； 串口通信電平轉換電路包括第四濾波電容C8，第五濾波電容C9，第六濾波電容C10，第七濾波電容Cll和串口通信電平接口轉換芯片U3 MAX3232 ;串口通信電平接口轉換芯片U3MAX3232的16引腳與VDD3.3相連；U3 MAX3232的I引腳與第四濾波電容C8的一端相連；U3 MAX3232的3引腳與第四濾波電容C8的另一端相連；U3 MAX3232的4引腳與第七濾波電容Cll的一端相連；U3 MAX3232的5引腳與第七濾波電容Cll的另一端相連；U3 MAX3232的11引腳與處理器LPC2368的P0_2引腳相連；U3 MAX3232的12引腳與處理器LPC2368的P0_3引腳相連；U3 MAX3232的10引腳與處理器LPC2368的P0_10引腳相連；U3 MAX3232的9引腳與處理器LPC2368的P0_11引腳相 連；U3 MAX3232的2引腳與第六濾波電容ClO的一端相連；U3 MAX3232的6引腳與第五濾波電容C9的一端相連；U3 MAX3232的15引腳與第五濾波電容C9的另一端、第六濾波電容ClO的另一端相連并接地；U3 MAX3232的14引腳與串口 COMl的2引腳相連；U3 MAX3232的13引腳與串口 COMl的3引腳相連；U3 MAX3232的7引腳與串口 COM2的2引腳相連；U3 MAX3232的8引腳與串口 COM2的3引腳相連；串口COMl的5引腳接地，串口 COM2的5引腳接地，串口 COMl和串口 COM2的其余引腳均架空； GPlE電平接口所述的接插件電路包括GPS接口 Jl和ZigBee接口 JPl，GPS接口 Jl的I引腳接地，GPS接口 Jl的2引腳與處理器LPC2368的P4_28引腳相連；GPS接口 Jl的3引腳與處理器LPC2368的P4_29引腳相連；GPS接口 Jl的4引腳與V-GPS相連，GPS接口 Jl的5腳、6腳架空;ZigBee接口 JPl的13引腳與V-ZB相連；ZigBee接口 JPl的15引腳與V-ZB相連；ZigBee接口 JPl的17引腳與V-ZB相連;ZigBee接口 JPl的21引腳、23引腳、25引腳、27引腳相連并接地；ZigBee接口 JPl的18引腳與處理器LPC2368的P2_0引腳相連；ZigBee接口 JPl的20引腳與處理器LPC2368的P2_l引腳相連，ZigBee接口 JPl的其余引腳架空； 外部存儲模塊包括第一電阻R1、第二電阻R2、32Mb存儲器SST25VF032 U4和第三濾波電容C7，32Mb存儲器SST25VF032 U4的I引腳與處理器LPC2368的P0_16引腳相連，32Mb存儲器SST25VF032 U4的2引腳與處理器LPC2368的P0_17引腳相連，32Mb存儲器SST25VF032 U4的5引腳與處理器LPC2368的P0_18引腳相連，32Mb存儲器SST25VF032 U4的6引腳與處理器LPC2368的P0_15引腳相連，32Mb存儲器SST25VF032 U4的3引腳、處理器LPC2368的P0_25引腳和第二電阻R2的一端相連，第二電阻R2的另一端接VDD3.3 ；32Mb存儲器SST25VF032 U4的4引腳接地，32Mb存儲器SST25VF032 U4的8引腳、第一電阻Rl的一端和第三濾波電容C7的一端接VDD3.3，第三濾波電容C7的另一端接地，32Mb存儲器SST25VF032 U4的7引腳與第一電阻Rl另一端連接； 信號采集模塊包括傳感器接口 P1、運算放大器U6A LM324、第八電阻R8、第九電阻R9、第八濾波電容C12 ;傳感器接口 Pl的3引腳接VDD5-1 ;傳感器接口 Pl的I引腳接地；傳感器接口 Pl的2引腳、第九電阻R9的一端與第八電阻R8的一端相連；第八電阻R8的另一端、第八濾波電容C12的一端與運算放大器U6ALM324的3引腳相連；第九電阻R9另一端與第八濾波電容C12的另一端相連并接地；運算放大器U6ALM324的2引腳與運算放大器U6ALM324的I引腳相連并與處理器LPC2368的Pl_31引腳相連；運算放大器U6ALM324的4引腳電源VDD5.0 ;運算放大器U6ALM324的11引腳接地； 控制器模塊為微處理器LPC2368，LPC2368的12引腳、10引腳、84引腳、42引腳、13引腳、96引腳、71引腳、54引腳、28引腳接VDD3.3 ；11引腳、83引腳、97引腳、72引腳、55引腳、41引腳、31引腳 、15引腳接地，除了文中提及的引腳以外的引腳皆架空。
專利摘要本實用新型公開了一種基于無線傳感器網絡的飲用水安全監測裝置，現有技術的實時性較差，成本高，對數據源要求高，較難做到同步監測，本實用新型處理器模塊控制模擬開關，選擇為ZigBee模塊、GPS模塊、傳感器模塊提供電源，控制ZigBee模塊、GPS模塊、傳感器模塊的工作狀態，傳感器模塊將采集到的數據發送到控制器，控制器將數據存儲在外部存儲設備或通過ZigBee模塊將數據發送到其他設備節點或者基站，同時控制器通過ZigBee模塊接收來自基站的命令，控制器通過GPS模塊來定位設備的位置信息，并通過ZigBee模塊將數據發送到基站。本實用新型系統成本低,監測精度高,監測網絡可靠性高，適應性強。
文檔編號G08C17/02GK203101371SQ20132010047
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月5日 優先權日2013年3月5日
發明者蔣鵬, 柴俊沙, 王英帥 申請人:杭州電子科技大學