水質監測無線傳感器網絡節點的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種水質監測無線傳感器網絡節點，包括平pH傳感器模塊、溶解氧傳感器模塊、ZigBee無線收發模塊和電源模塊，所述pH傳感器模塊，用于采集水環境中的pH值；所述溶解氧傳感器模塊，用于采集水環境中溶解氧含量，所述ZigBee無線收發模塊，接收到pH傳感器模塊和溶解氧傳感器模塊傳送的數據，并對數據進行處理后，通過無線傳感器網絡發送至網關節點。本發明融合了傳感器技術、電子技術、無線通信技術等領域最新技術的節點監測設備，本發明采用有線和無線混合通信方式，具有便攜化、成本低、維護方便、自動化、智能化程度高等優點，適用于水環境監測管理，無需使用大量人力資源進行采樣、分析與維護。
【專利說明】水質監測無線傳感器網絡節點
【技術領域】
[0001]本發明屬于無線傳感器水質監測網絡【技術領域】，尤其涉及基于無線傳感器網絡的集數據采集、無線傳輸與實時監測于一體的水質監測系統。
【背景技術】
[0002]目前國內水質監測多數仍采用人工方式，監測過程中采樣、樣品運送和保存、實驗室測定到數據整理等過程，是一個復雜而又有聯系的系統，任何一步的差錯都將影響最終數據的質量。傳統的采用人工定期或不定期的采樣監測費時費力，并且難以全面客觀地反應變化規律和實況，對于事故性的污染排放無法及時發現和處理，已無法滿足目前對水質監測的需要。無線傳感器網絡具有分布式處理帶來的高精度、高容錯性、大覆蓋區域、可遠程監控等很多優點，將其應用于水質監測將能解決采樣、數據處理分析的實時性問題，克服常規方法所具有的主觀性強、監測范圍小和難以應對突發性水污染事件等缺點；提供更快的實時響應，縮短信息傳播周期，實現數據的共享。
【發明內容】
[0003]發明目的:針對上述存在的問題和缺陷，本發明提出一種水質監測無線傳感器網絡節點，具有數據采集、無線傳輸、實時監測監控等功能，實現水質監測的低功耗、低成本、自動化、網絡化、智能化。
[0004]技術方案:為達到上述發明目的，本發明采用以下技術方案:一種水質監測無線傳感器網絡節點，包括PH傳感器模塊、溶解氧傳感器模塊、ZigBee無線收發模塊和電源模塊，其中:所述PH傳感器模塊，用于采集水環境中的PH值，并將采集的數據傳送給ZigBee無線收發模塊；所述溶解氧傳感器模塊，用于采集水環境中溶解氧含量，并將采集的數據傳送給ZigBee無線收發模塊；所述ZigBee無線收發模塊，接收到PH傳感器模塊和溶解氧傳感器模塊傳送的數據，并對數據進行處理后，通過無線傳感器網絡發送至網關節點；所述電源模塊，對PH傳感器模塊、溶解氧傳感器模塊和ZigBee無線收發模塊提供適配的不同電壓等級的穩定電源。
[0005]作為優選，所述PH傳感器模塊，包括PH傳感器和與之相連的信號調理電路，所述PH傳感器采用PH復合電極E-201-C。
[0006]作為優選，所述溶解氧傳感器模塊包括溶解氧傳感器和信號調理電路，其中所述溶解氧傳感器采用RY952溶解氧傳感器，所述信號調理電路采用LM324芯片。
[0007]作為優選，所述ZigBee無線收發模塊基于CC2430芯片，并通過CC2430芯片引腳輸入端接收PH傳感器模塊和溶解氧傳感器模塊的信號，并經過信號處理后，經天線將信號發送至網關進行數據傳輸。
[0008]有益效果:與現有技術相比，本發明具有以下優點:本發明融合了傳感器技術、電子技術、無線通信技術等領域最新技術的節點監測設備，本發明采用有線和無線混合通信方式，具有便攜化、成本低、維護方便、自動化、智能化程度高等優點，適用于水環境監測管理，無需使用大量人力資源進行采樣、分析與維護，對于提升自動化管理水平、節約人力和資金具有明顯的效果，具有較高的工程應用價值和市場推廣價值，有十分廣闊的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為本發明所述PH傳感器模塊的電路原理示意圖；
圖3為本發明所述溶解氧傳感器模塊的電路原理示意圖；
圖4為本發明用于數據傳輸的方法流程示意圖。
[0010]其中，PH傳感器模塊1、溶解氧傳感器模塊2、ZigBee無線收發模塊3、電源模塊4。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0012]圖1表示本發明結構示意圖。水質監測無線傳感器網絡節點，包括PH傳感器模塊1、溶解氧傳感器模塊2、ZigBee無線收發模塊3與電源模塊4。其中，PH傳感器模塊I與ZigBee無線收發模塊3、電源模塊4相連，溶解氧傳感器模塊2與ZigBee無線收發模塊
3、電源模塊4相連、電源模塊4與PH傳感器模塊1、溶解氧傳感器模塊2、ZigBee無線收發模塊3相連。PH傳感器模塊I用于采集水環境中的PH值，將放大與除噪后的信號發送到ZigBee無線收發模塊3。溶解氧傳感器模塊2用于采集水環境中的溶解氧含量，將放大后的信號發送到ZigBee無線收發模塊3。ZigBee無線收發模塊3用于對數據進行處理與傳輸，將信號通過無線傳感器網絡發送至網關節點。電源模塊4用于為PH傳感器模塊1、溶解氧傳感器模塊2、ZigBee無線收發模塊3提供不同電壓等級的穩定電源。
[0013]如圖2所示，表示本發明的PH傳感器模塊I電路原理圖。PH傳感器模塊I包括傳感器、信號調理電路。傳感器采用的是PH復合電極，信號調理電路中采用普通運算放大器CA3140與LM741，能夠將采集到的信號進行二次放大，并通過加入50Hz陷波器去除工頻干擾。
[0014]如圖3所示，表示本發明的溶解氧傳感器模塊2電路原理圖。溶解氧傳感器模塊2包括傳感器、調理電路。傳感器采用的是RY952溶解氧傳感器，信號調理電路采用LM324芯片，LM324有四個獨立的，高增益，內部頻率補償運算放大器，在溶解氧傳感器模塊2中使用其中三個進行三階放大，放大倍數1000倍。
[0015]ZigBee無線收發模塊3包括CC2430芯片、震蕩電路、復位電路、程序下載電路。CC2430是TI公司推出的高度整合的系統級射頻收發器，集成了 RF前端、128K閃存、8KBRAM以及8051八位MCU核；另外還集成了模數轉換器(ADC)、定時器、AES128協同處理器、看門狗、32KHz晶振休眠定時、上電復位和掉電監測電路，以及21個可編程I/O引腳。振蕩電路為CC2430芯片的引腳XTALl和XTAL外接石英晶體振蕩器Yl和兩只電容，構成一個穩定的自激振蕩器。芯片的引腳RESET接復位電路。采用JTAG接口將編寫好軟件程序下載至CC2430芯片。ZigBee無線收發模塊3 [3]分別通過CC2430芯片引腳輸入端接收經過調理之后的PH傳感器模塊1[1]與溶解氧傳感器模塊2[2]信號，經過內置模數轉換器進行轉換，將電壓的模擬信按照線性變換關系號轉化成數字信號，利用ZigBee協議，選擇相應傳輸通道，經天線將信號發送至網關進行數據傳輸。
[0016]電源模塊4整個硬件需要2種不同電壓等級的電源供電:6V、3V，6V由外接穩壓電源提供給PH傳感器模塊1、溶解氧傳感器模塊2，ZigBee無線收發模塊3、PH傳感器模塊I中部分芯片使用3V電源，有6V電源經芯片XC6203E302轉換得到。為不同芯片提供合適的電源，為整個節點供電。
[0017]圖4表示本發明節點設備用于數據傳輸的方法流程圖。本發明無線通信模塊采用基于2.4 GHz的射頻芯片CC2430。具體包括如下步驟:
步驟1:啟動網關設備應用程序，初始化各項網關設備參數，具體包括ZigBee模塊的波特率、端口號，晶振頻率。
[0018]步驟2:激活傳感器進行數據采集，判斷有無中斷請求，有中斷請求進行數據傳輸，否則進入節點休眠模式。
[0019]步驟3:判斷數據是否傳輸完畢，有中斷請求時開啟通道進行數據傳輸，如果傳輸完畢則進行數據準確性檢驗，否則繼續傳輸。
[0020]步驟4:判斷數據準確性，如果傳輸的數據準確就將數據發送至網關節點，否則重新傳輸。
【權利要求】
1.一種水質監測無線傳感器網絡節點，其特征在于:包括PH傳感器模塊、溶解氧傳感器模塊、ZigBee無線收發模塊和電源模塊，其中: 所述PH傳感器模塊，用于采集水環境中的PH值，并將采集的數據傳送給ZigBee無線收發模塊； 所述溶解氧傳感器模塊，用于采集水環境中溶解氧含量，并將采集的數據傳送給ZigBee無線收發模塊； 所述ZigBee無線收發模塊，接收到PH傳感器模塊和溶解氧傳感器模塊傳送的數據，并對數據進行處理后，通過無線傳感器網絡發送至網關節點； 所述電源模塊，對PH傳感器模塊、溶解氧傳感器模塊和ZigBee無線收發模塊提供適配的不同電壓等級的穩定電源。
2.根據權利要求1所述水質監測無線傳感器網絡節點，其特征在于:所述PH傳感器模塊，包括PH傳感器和與之相連的信號調理電路，所述PH傳感器采用PH復合電極E-201-C。
3.根據權利要求1所述水質監測無線傳感器網絡節點，其特征在于:所述溶解氧傳感器模塊包括溶解氧傳感器和信號調理電路，其中所述溶解氧傳感器采用RY952溶解氧傳感器，所述信號調理電路采用LM324芯片。
4.根據權利要求1所述水質監測無線傳感器網絡節點，其特征在于:所述ZigBee無線收發模塊基于CC2430芯片，并通過CC2430芯片引腳輸入端接收PH傳感器模塊和溶解氧傳感器模塊的信號，并經過信號處理后，經天線將信號發送至網關進行數據傳輸。
【文檔編號】H04W88/02GK103974462SQ201310034487
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月29日 優先權日:2013年1月29日
【發明者】胡榮林, 劉丹丹, 吳波 申請人:揚州蘇安物聯傳感科技有限公司