專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)滑坡體地溫的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)滑坡體地溫的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，屬于地溫監(jiān)測(cè) 的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前在國(guó)際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集 成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線(xiàn)通信等技術(shù)的進(jìn)步，推 動(dòng)了現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展了人們信息獲取能力，將客 觀世界的物理信息同傳輸網(wǎng)絡(luò)連接在一起，在下一代網(wǎng)絡(luò)中將為人們提供最直接、最有效、 最真實(shí)的信息。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠獲取客觀物理信息，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，能應(yīng)用 于軍事國(guó)防、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境檢測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等 領(lǐng)域，已經(jīng)引起了許多國(guó)家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，被認(rèn)為是對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響 力的技術(shù)之一。地下溫度場(chǎng)信息是地球動(dòng)力學(xué)研究所關(guān)注的對(duì)象，根據(jù)地下溫度場(chǎng)信息的變化研 究地球動(dòng)力學(xué)的有關(guān)問(wèn)題，地震、火山噴發(fā)等一些地球動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象引起的地溫變化相當(dāng)顯 著。目前，據(jù)國(guó)外研究資料表明，研究人員已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用地下溫度場(chǎng)變化信息作為輔助參 數(shù)，來(lái)配合其它主要參數(shù)研究某些地球物理場(chǎng)變化的問(wèn)題，研究發(fā)現(xiàn)，活動(dòng)滑坡體的溫度場(chǎng) 與滑床的溫度場(chǎng)相比較，存在較為明顯的溫度場(chǎng)異常；在滑坡活動(dòng)時(shí)，滑坡體溫度場(chǎng)將會(huì)發(fā) 生變化，據(jù)資料，這一變化量有2 3°C左右，最大變化量有時(shí)能達(dá)到6°C左右。因此，本實(shí) 用新型用于監(jiān)測(cè)滑坡體地溫，對(duì)庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的建立和運(yùn)行具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí) 意義和必要性。目前監(jiān)測(cè)滑坡體低溫，是在一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)上配置一個(gè)地溫傳感器，將傳感器節(jié) 點(diǎn)設(shè)備放置到地下井，在滑坡體附近采用有線(xiàn)連接的方式將傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)備所采集的地溫 數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收設(shè)備上，由于在滑坡體附近區(qū)域內(nèi)打井、部署通信電纜或光纜造價(jià)高， 工程施工很多不便；并且，當(dāng)?shù)販貍鞲衅鞒霈F(xiàn)故障時(shí)，無(wú)法采集到有故障節(jié)點(diǎn)的地溫?cái)?shù)據(jù)， 造成地溫監(jiān)測(cè)設(shè)備的可靠性低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有的使用有線(xiàn)方式采集地溫?cái)?shù)據(jù)存在工程造價(jià) 高、施工不便、地溫監(jiān)測(cè)設(shè)備的可靠性低的缺陷，而提供一種硬件電路簡(jiǎn)單、可靠性高、功耗 低、成本低廉和體積小巧的無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)滑坡體地溫的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，具體的技術(shù)方案 如下一種無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)滑坡體地溫的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，由地溫?cái)?shù)據(jù)采集單元、微處理 器控制單元和無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元組成，所述的地溫?cái)?shù)據(jù)采集單元與微處理器控制單元電連 接，無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元與微處理器控制單元電連接；地溫?cái)?shù)據(jù)采集單元電路中包含兩個(gè)或以上溫度傳感器芯片，所述的數(shù)個(gè)溫度傳感
3器芯片分別橫向和縱向排列組合，橫向排列的溫度傳感器芯片的相同引腳連接在一條總線(xiàn) 上與微處理器控制單元的引腳連接，縱向排列的溫度傳感器芯片的相同引腳連接在一條總 線(xiàn)上與微處理器控制單元的引腳連接；無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元包括高精度的晶體振蕩器Y1、外接天線(xiàn)E1、不平衡變壓器Sl和 無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片U1，外接天線(xiàn)Fl通過(guò)不平衡變壓器Sl與無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片Ul連接，晶體振蕩器 兩端分別與無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片的引腳連接。優(yōu)選地，溫度傳感器芯可以采用AD7416芯片，微處理器控制單元的硬件電路中主 要采用ATMEGA128L芯片構(gòu)成，無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元的硬件電路中主要采用AT86RF230芯片構(gòu) 成。進(jìn)一步地，所述的溫度傳感器芯片設(shè)有16個(gè)，橫向排列有8個(gè)AD7416芯片，縱向 排列有8個(gè)AD7416。 進(jìn)一步地，所述的無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元的外接天線(xiàn)經(jīng)可調(diào)電感與不平衡變壓器的1 引腳電連接，不平衡變壓器的4引腳經(jīng)電容與無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片的4引腳電連接，不平衡變壓器 的3引腳經(jīng)電容與無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片的5引腳電連接，無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片的25引腳與晶體振蕩器的 1引腳電連接，無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片的26引腳與晶體振蕩器的2引腳連接。采用上述方案的無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)滑坡體地溫的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn)和積 極效果(1)采用了無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元，無(wú)需在滑坡體附近區(qū)域內(nèi)部署通信電纜或光纜，即 可將地溫監(jiān)測(cè)裝置采集的地溫?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接收設(shè)備上，減小了工程造價(jià)，減小了施工 量；(2) 一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)上配置多個(gè)地溫傳感器，當(dāng)其中的一個(gè)地溫傳感器發(fā)生故障 時(shí)，其它地溫傳感器能夠?qū)⒃摬杉摴?jié)點(diǎn)的地溫?cái)?shù)據(jù)，使得地溫監(jiān)測(cè)裝置仍然能夠正常工 作，提高了地溫監(jiān)測(cè)裝置的可靠性；(3)數(shù)個(gè)溫度傳感器芯片分別橫向和縱向排列組合，橫向排列的溫度傳感器芯片 和縱向排列的溫度傳感器芯片的相同引腳分別連接在一條總線(xiàn)上，與微處理器控制單元相 應(yīng)引腳連接，充分利用了單片機(jī)內(nèi)部資源，節(jié)約系統(tǒng)硬件電路空間，整個(gè)硬件單元體積小 巧，使得單元硬件電路設(shè)計(jì)最小化；(4)本實(shí)用新型的整體硬件電路簡(jiǎn)單、成本低廉、便于制造實(shí)施，特別是在監(jiān)測(cè)區(qū) 域需要大規(guī)模地部署無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的場(chǎng)合，降低工程成本經(jīng)濟(jì)、便于工程實(shí)施。

圖1是本實(shí)用新型提供的監(jiān)測(cè)滑坡體地溫的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型的地溫?cái)?shù)據(jù)采集單元中16個(gè)AD7416橫向(X向)和縱向(y向) 排列示意圖；圖3是本實(shí)用新型的地溫?cái)?shù)據(jù)采集單元與微處理器控制單元的連接電路圖；圖4是本實(shí)用新型的無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元與微處理器控制單元的連接電路具體實(shí)施方式
下面以具體實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明[0022]本實(shí)用新型提供的一種無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)滑坡體地溫的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置的結(jié)構(gòu)框圖 參見(jiàn)圖1，由地溫?cái)?shù)據(jù)采集單元1、微處理器控制單元2和無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元組成3，其中地 溫?cái)?shù)據(jù)采集單元1與微處理器控制單元2電連接，無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元3與微處理器控制單 元2電連接；地溫?cái)?shù)據(jù)采集單元1電路中包含兩個(gè)或以上溫度傳感器芯片，如圖2所示，所述的 數(shù)個(gè)溫度傳感器芯片分別橫向和縱向排列組合。如圖3所示，橫向排列的溫度傳感器芯片 的相同引腳連接在一條總線(xiàn)上與微處理器控制單元的引腳連接，縱向排列的溫度傳感器芯 片的相同引腳連接在一條總線(xiàn)上與微處理器控制單元的引腳連接；下面給出本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例地溫?cái)?shù)據(jù)采集單元1是有16個(gè)溫度傳感器AD7416組成十字交叉排列。地溫?cái)?shù)據(jù)采集單元1采用AD7416芯片構(gòu)成，微處理器控制單元2中的單片機(jī)采用 ATMEGA128L芯片構(gòu)成，所述無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元3采用AT86RF230芯片構(gòu)成。圖2示出了地溫?cái)?shù)據(jù)采集單元中16個(gè)溫度傳感器AD7416實(shí)物安裝示意，由于監(jiān) 測(cè)滑坡體地溫的溫度傳感器AD7416被埋設(shè)在地底下的測(cè)試井中，施工工程造價(jià)高，為了提 高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性，微處理器控制單元將一次采集的16個(gè)地溫?cái)?shù)據(jù)求取其均值、最大值、 最小值，將地溫均值、最大值、最小值，作為一次觀測(cè)過(guò)程數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)測(cè)中心站。圖3示出了數(shù)據(jù)采集單元與微處理器控制單元的連接電路圖，根據(jù)上述的具體實(shí) 施例，描述其具體的引腳連接關(guān)系為微處理器控制單元采用ATMEGA128L作為整個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的控制中心，它是一款8位 低功耗的CMOS單片機(jī)，內(nèi)部有128KB的Flash存放系統(tǒng)執(zhí)行程序，4KB的EEPROM可以存放 一些系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)，通過(guò)單一串行總線(xiàn)對(duì)AD7416進(jìn)行讀寫(xiě)數(shù)據(jù)控制。AD7416有一個(gè)7位串行地址，地址的高4位設(shè)定為1001，低3位引腳A2、Al、AO 接5V電源或接地，可為每個(gè)AD7416分配唯一的設(shè)備地址進(jìn)行區(qū)分；微處理器在串行時(shí)鐘線(xiàn) SCL即ATMEGA128L的第2引腳PEO保持為高電平時(shí)，在串行數(shù)據(jù)線(xiàn)SDA即ATMEGA128L的 第3引腳PEl上產(chǎn)生下跳變，將串行傳輸一幀數(shù)據(jù)。所有接在串行總線(xiàn)上的AD7416將響應(yīng) START信號(hào)，并串行移入后續(xù)的包括高位在前的7位地址和一個(gè)R/W位8個(gè)數(shù)據(jù)位，R/W位 決定數(shù)據(jù)傳送方向，即數(shù)據(jù)將從AD7416讀出/寫(xiě)入。圖4示出了無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元與微處理器控制單元的連接電路圖，根據(jù)上述的具 體實(shí)施例，描述其具體的引腳連接關(guān)系為當(dāng)AT86RF230發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，ATMEGA128L把需要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過(guò)SPI接口傳送到 AT86RF230的寄存器中，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)基頻處理、頻率合成、功率放大，然后經(jīng)過(guò)AT86RF230的 第4引腳RFP通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射。當(dāng)AT86RF230接收數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)通過(guò)天線(xiàn)經(jīng)AT86RF230的第 5腳RFN輸入，然后經(jīng)過(guò)低噪聲放大、多相濾波器、復(fù)合帶通濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后把接收到 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在AT86RF230的寄存器中，然后通過(guò)SPI接口與ATMEGA128L進(jìn)行通信，把數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)到ATMEGA128L的寄存器中。SPI接口完成AT86RF230與ATMEGA128L之間的數(shù)據(jù)交換過(guò) 程為將AT86RF230的第23引腳/SEL設(shè)置為低電平，ATMEGA128L將啟動(dòng)一次通信過(guò)程， AT86RF230和ATMEGA128L將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)放入相應(yīng)的移位寄存器中，ATMEGA128L的第 11引腳SCK上產(chǎn)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的同步時(shí)鐘脈沖，ATMEGA128L的數(shù)據(jù)從ATMEGA128L第 12引腳MOSI串行移出，從AT86RF230的第22引腳MOSI串行移入；AT86RF230的數(shù)據(jù)從AT86RF230的第20引腳MISO串行移出，從ATMEGA128L第13引腳MISO串行移入。 本實(shí)用新型的整體硬件電路簡(jiǎn)單、成本低廉、便于制造實(shí)施，特別適合于需要大規(guī) 模地部署無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)區(qū)域場(chǎng)合。
權(quán)利要求一種無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)滑坡體地溫的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，包括地溫?cái)?shù)據(jù)采集單元、微處理器控制單元和無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元，所述的地溫?cái)?shù)據(jù)采集單元與微處理器控制單元電連接，無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元與微處理器控制單元電連接，其特征在于地溫?cái)?shù)據(jù)采集單元電路中包含兩個(gè)或以上溫度傳感器芯片，所述的數(shù)個(gè)溫度傳感器芯片分別橫向和縱向排列組合，橫向排列的溫度傳感器芯片的相同引腳連接在一條總線(xiàn)上與微處理器控制單元的引腳連接，縱向排列的溫度傳感器芯片的相同引腳連接在一條總線(xiàn)上與微處理器控制單元的引腳連接；無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元包括晶體振蕩器、外接天線(xiàn)、不平衡變壓器和無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片，外接天線(xiàn)通過(guò)不平衡變壓器與無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片連接，晶體振蕩器兩端分別與無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片的引腳連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)滑坡體地溫的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于 所述的溫度傳感器芯由AD7416芯片構(gòu)成，所述微處理器控制單元主要由ATMEGA128L芯片構(gòu)成，所述無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元主要由AT86RF230芯片構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)滑坡體地溫的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于所述的溫度傳感器芯片設(shè)有16個(gè)，橫向排列有8個(gè)AD7416芯片，縱向排列有8個(gè) AD7416。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)滑坡體地溫的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元的外接天線(xiàn)經(jīng)可調(diào)電感與不平衡變壓器的1引腳電連接，不平衡變 壓器的4引腳經(jīng)電容與無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片的4引腳電連接，不平衡變壓器的3引腳經(jīng)電容與無(wú) 線(xiàn)收發(fā)芯片的5引腳電連接，無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片的25引腳與晶體振蕩器的1引腳電連接，無(wú)線(xiàn) 收發(fā)芯片的26引腳與晶體振蕩器的2引腳連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種監(jiān)測(cè)滑坡體地溫的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，由地溫?cái)?shù)據(jù)采集單元、微處理器控制單元和無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元組成；其中地溫?cái)?shù)據(jù)采集單元與微處理器控制單元電連接，無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元與微處理器控制單元電連接；所述的地溫?cái)?shù)據(jù)采集單元由兩個(gè)或以上溫度傳感器芯片十字交叉排列連接組成。本實(shí)用新型硬件電路簡(jiǎn)單、成本低廉和體積小巧、采集數(shù)據(jù)可靠性高，特別適合于需要在監(jiān)測(cè)區(qū)域大規(guī)模部署無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采集地溫的場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G01K13/00GK201662885SQ20102016685
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者劉俊, 文飛, 沈耀東, 肖萬(wàn)源, 陳分雄 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)