專利名稱：一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的飲用水安全監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的飲用水安全監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
水環(huán)境由地表水環(huán)境與地下水環(huán)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(huán)境的安全直接關(guān)系到人們?nèi)粘Ｉ畹挠行蜻M(jìn)行。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水環(huán)境污染日益加劇，因此，對于飲用水環(huán)境的監(jiān)測是必不可少的環(huán)節(jié)。由于我國幅員遼闊，飲用水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)點分散，僅依靠現(xiàn)有的監(jiān)測站和傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)不能滿足實時、全面地監(jiān)測飲用水環(huán)境的要求?，F(xiàn)有的國內(nèi)外飲用水環(huán)境監(jiān)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(yuǎn)程實時監(jiān)測，耗費人力物力較大。2)采用由監(jiān)控中心和若干個監(jiān)測子站組成的水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)對水環(huán)境參數(shù)自動連續(xù)監(jiān)測。該方法有預(yù)先鋪設(shè)電纜和建立多個監(jiān)測子站的施工要求，存在易對水體的生態(tài)環(huán)境造成破壞、監(jiān)測水域范圍有限、系統(tǒng)投資成本高等缺點。3)采用遙感技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測。該方法的缺點是實時性較差，成本高，技術(shù)難度大，對數(shù)據(jù)源要求高，較難做到同步監(jiān)測。4)采用水生物監(jiān)測水質(zhì)技術(shù)。該方法精度較低、可靠性差，只能定性地反映水質(zhì)變化情況，無法確定水質(zhì) 變化程度。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型是針對上述四種飲用水環(huán)境監(jiān)測方法的不足而提出的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的飲用水安全監(jiān)測裝置。本實用新型的技術(shù)方案:處理器模塊通過控制模擬開關(guān)，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(tài)。傳感器模塊將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器，控制器根據(jù)需要將數(shù)據(jù)存儲在外部存儲設(shè)備或通過ZigBee模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到其他設(shè)備節(jié)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(shè)備的位置信息，并通過ZigBee模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到基站。本實用新型可檢測的參數(shù)涵蓋了地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002中規(guī)定的基本參數(shù)(pH值、水溫、溶解氧、電解電導(dǎo)率、濁度、鹽度)和重金屬參數(shù)(銅、鋅、鎘、鉻、砷、萊、鉛等)。對于水環(huán)境基本參數(shù)的檢測，本實用新型中的傳感器模塊選擇M45453多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測傳感器，該傳感器可同時測量多種基本水質(zhì)參數(shù)，包括PH值、水溫、溶解氧、電解電導(dǎo)率、濁度、鹽度等，其特點是傳感器本身能自動進(jìn)行校準(zhǔn)，從而得到可靠的水質(zhì)參數(shù)，同時可直接掛接設(shè)備后潛入水中直測，具有數(shù)據(jù)保護(hù)功能。該傳感器可通過RS232與設(shè)備通訊。對于重金屬參數(shù)的檢測，本實用新型的傳感器模塊選擇采用智能數(shù)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(zhǔn)，自動溫度補(bǔ)償?shù)裙δ?。但此傳感器模塊功能單一，只能檢測單一的重金屬參數(shù)，所以需通過現(xiàn)實需求更換相應(yīng)的重金屬智能數(shù)字化傳感器模塊型號。在本實用新型中還設(shè)計了 ΙΛ轉(zhuǎn)換電路，以備擴(kuò)展，該電路可以將標(biāo)準(zhǔn)4-20mA電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并通過處理器內(nèi)部集成的AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的飲用水安全監(jiān)測系統(tǒng)由水環(huán)境監(jiān)測中心和傳感器網(wǎng)絡(luò)子區(qū)域兩部分組成。系統(tǒng)將監(jiān)測水域劃分為若干個子區(qū)域，在子區(qū)域中構(gòu)建基于ZigBee無線技術(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)。每個子區(qū)域配置一個帶ZigBee網(wǎng)關(guān)和GPRS傳輸通道的數(shù)據(jù)基站，對分布在子區(qū)域中的ZigBee網(wǎng)絡(luò)的多個傳感器設(shè)備節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)測，并通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)將子區(qū)域的實時數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測中心，供監(jiān)測中心調(diào)用。同時，數(shù)據(jù)基站接受來自監(jiān)測中心的命令，監(jiān)控各個現(xiàn)場設(shè)備節(jié)點。本實用新型為監(jiān)測設(shè)備節(jié)點部分，不包括基站和監(jiān)測中心。本實用新型一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的飲用水安全監(jiān)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(zhuǎn)換電路和以LMl 117-3.3為核心的3.3V電壓轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換電路提供5V電壓；以LM1117-3.3為核心的3.3V電壓轉(zhuǎn)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?？刂破魍ㄟ^模擬開關(guān)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(huán)境的參數(shù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器模塊，控制器將數(shù)據(jù)存儲在外部存儲模塊或通過ZigBee模塊接口將數(shù)據(jù)發(fā)送，同時控制器接受來自ZigBee模塊接口的命令?？刂破魍ㄟ^GPS模塊接口來進(jìn)行定位。
5V電壓轉(zhuǎn)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(wěn)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(fù)極、電源管理芯片U1LM2596S的3引腳、電源管理芯片U1LM2596S的5引腳、穩(wěn)壓二極管Dl的陽極和第二極性電容C2的負(fù)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(wěn)壓二極管Dl的陰極相連。3.3V電壓轉(zhuǎn)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(fā)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(fù)極、電源管理芯片LM1117的I引腳、第四極性電容C5的負(fù)極、第二濾波電容C6的一端和發(fā)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(fā)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(guān)電路包括第一模擬開關(guān)U5、第二開關(guān)二極管D2、第三開關(guān)二極管D3、第四開關(guān)二極管D4、第五開關(guān)二極管D5。第一模擬開關(guān)U5的7引腳和第一模擬開關(guān)U5的8引腳連接并接地；第一模擬開關(guān)U5的16引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第一模擬開關(guān)U5的3引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第一模擬開關(guān)U5的13引腳與VDD3.3電壓輸出端連接；第一模擬開關(guān)U5的9引腳與處理器LPC2368的P1_0引腳相連；第一模擬開關(guān)U5的10引腳與處理器LPC2368的Pl_l引腳相連；第一模擬開關(guān)U5的6引腳與處理器LPC2368的Pl_4引腳相連；第一模擬開關(guān)U5的2引腳與第二開關(guān)二極管D2的陽極相連；第一模擬開關(guān)U5的5引腳與第三開關(guān)二極管D3的陽極相連；第一模擬開關(guān)U5的14引腳與第四開關(guān)二極管D4的陽極相連；第一模擬開關(guān)U5的12引腳與第五開關(guān)二極管D3的陽極相連；第二開關(guān)二極管D2的陰極和第三開關(guān)二極管D3的陰極連接并與V-GPS相連；第四開關(guān)二極管D4的陰極和第五開關(guān)二極管D5的陰極連接并與V-ZB相連。5V模擬開關(guān)電路包括第二模擬開關(guān)U7、第六開關(guān)二極管D6、第七開關(guān)二極管D7、第八開關(guān)二極管D8和第九開關(guān)二極管D9。第二模擬開關(guān)U7的7引腳和第二模擬開關(guān)U7的8引腳連接并接地；第二模擬開關(guān)U7的16引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關(guān)U7的3引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關(guān)U7的13引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關(guān)U7的9引腳與處理器LPC2368的Pl_10引腳相連；第二模擬開關(guān)U7的10引腳與處理器LPC2368的Pl_9引腳相連；第二模擬開關(guān)U7的6引腳與處理器LPC2368的Pl_8引腳相連；第二模擬開關(guān)U7的2引腳與第六開關(guān)二極管D6的陽極相連；第二模擬開關(guān)U7的5引腳與第七開關(guān)二極管D7的陽極相連；第二模擬開關(guān)U7的14引腳與第八開關(guān)二極管D8的陽極相連；第二模擬開關(guān)U7的12引腳與第九開關(guān)二極管D9的陽極相連；第六開關(guān)二極管D6的陰極和第七開關(guān)二極管D7的陰極連接并與VDD5-2相連；第八開關(guān)二極管D8的陰極和第九開關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換芯片U3 MAX3232 ;串口通信電平接口轉(zhuǎn)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?？刂破髂K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(tǒng)成本低:相對于現(xiàn)有的水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)和人工采樣實驗室分析方法，設(shè)備和人工的費用大大降低。2監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)部署便捷，對水體生態(tài)環(huán)境影響小:無需進(jìn)行鋪設(shè)電纜和建立監(jiān)測子站的施工，將對水體生態(tài)環(huán)境的影響小。3多水質(zhì)參數(shù)采集，監(jiān)測精度高:每個設(shè)備可集成不同的傳感器感知多種水質(zhì)參數(shù)，根據(jù)監(jiān)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(jiān)測需要。4監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng):無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用無線傳輸，當(dāng)某個設(shè)備節(jié)點出現(xiàn)故障后，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能重新自動組網(wǎng)，不會因為個別設(shè)備節(jié)點的故障而影響整個網(wǎng)絡(luò)的工作，提高了監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。


:圖1為本實用新型的監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)圖；圖2為本實用新型的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型的5V電壓轉(zhuǎn)換電路原理圖；圖4為本實用新型的3.3V電壓轉(zhuǎn)換電路原理圖；圖5 Ca)為本實用新型的5V和3.3V模擬開關(guān)電路原理圖；圖5 (b)為本實用新型的5V |旲擬開關(guān)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(zhuǎn)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(jié)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(jiān)測系統(tǒng)由水環(huán)境監(jiān)測中心和傳感器網(wǎng)絡(luò)子區(qū)域兩部分組成。系統(tǒng)將監(jiān)測水域劃分為若干個子區(qū)域，在子區(qū)域中構(gòu)建基于ZigBee無線技術(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)。每個子區(qū)域配置一個帶ZigBee網(wǎng)關(guān)和GPRS傳輸通道的數(shù)據(jù)基站，對分布在子區(qū)域中的ZigBee網(wǎng)絡(luò)的多個傳感器設(shè)備節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)測，并通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)將子區(qū)域的實時數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測中心，供監(jiān)測中心調(diào)用。同時，數(shù)據(jù)基站接受來自監(jiān)測中心的命令，監(jiān)控各個現(xiàn)場設(shè)備節(jié)點。本實用新型為監(jiān)測設(shè)備節(jié)點部分，不包括基站和監(jiān)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(xiàn)有成熟技術(shù)，其中，電源管理模塊I包括以LM2596S為核心的5V電壓轉(zhuǎn)換電路1_2和以LMl 117-3.3為核心的3.3V電壓轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換電路1_1提供5V電壓；以LMl117-3.3為核心的3.3V電壓轉(zhuǎn)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?？刂破?通過模擬開關(guān)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(huán)境的參數(shù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器模塊5，控制器5將數(shù)據(jù)存儲在外部存儲模塊3或通過ZigBee模塊接口 2-4將數(shù)據(jù)發(fā)送，同時控制器5接受來自ZigBee模塊接口 2_4的命令?？刂破?通過GPS模塊接口 2-3來進(jìn)行定位。如圖3所示，5V電壓轉(zhuǎn)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(wěn)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(fù)極、電源管理芯片U1LM2596S的3引腳、電源管理芯片U1LM2596S的5引腳、穩(wěn)壓二極管Dl的陽極和第二極性電容C2的負(fù)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(wěn)壓二極管Dl的陰極相連。如圖4所示，3.3V電壓轉(zhuǎn)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(fā)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(fù)極、電源管理芯片LM1117的I引腳、第四極性電容C5的負(fù)極、第二濾波電容C6的一端和發(fā)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(fā)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(guān)電路包括第一模擬開關(guān)U5、第二開關(guān)二極管D2、第三開關(guān)二極管D3、第四開關(guān)二極管D4、第五開關(guān)二極管D5。第一模擬開關(guān)U5的7引腳和第一模擬開關(guān)U5的8引腳連接并接地；第一模擬開關(guān)U5的16引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第一模擬開關(guān)U5的3引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第一模擬開關(guān)U5的13引腳與VDD3.3電壓輸出端連接；第一模擬開關(guān)U5的9引腳與處理器LPC2368的P1_0引腳相連；第一模擬開關(guān)U5的10引腳與處理器LPC2368的Pl_l引腳相連；第一模擬開關(guān)U5的6引腳與處理器LPC2368的Pl_4引腳相連；第一模擬開關(guān)U5的2引腳與第二開關(guān)二極管D2的陽極相連；第一模擬開關(guān)U5的5引腳與第三開關(guān)二極管D3的陽極相連；第一模擬開關(guān)U5的14引腳與第四開關(guān)二極管D4的陽極相連；第一模擬開關(guān)U5的12引腳與第五開關(guān)二極管D3的陽極相連；第二開關(guān)二極管D2的陰極和第三開關(guān)二極管D3的陰極連接并與V-GPS相連；第四開關(guān) 二極管D4的陰極和第五開關(guān)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(guān)電路包括第二模擬開關(guān)U7、第六開關(guān)二極管D6、第七開關(guān)二極管D7、第八開關(guān)二極管D8和第九開關(guān)二極管D9。第二模擬開關(guān)U7的7引腳和第二模擬開關(guān)U7的8引腳連接并接地；第二模擬開關(guān)U7的16引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關(guān)U7的3引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關(guān)U7的13引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關(guān)U7的9引腳與處理器LPC2368的Pl_10引腳相連；第二模擬開關(guān)U7的10引腳與處理器LPC2368的Pl_9引腳相連；第二模擬開關(guān)U7的6引腳與處理器LPC2368的Pl_8引腳相連；第二模擬開關(guān)U7的2引腳與第六開關(guān)二極管D6的陽極相連；第二模擬開關(guān)U7的5引腳與第七開關(guān)二極管D7的陽極相連；第二模擬開關(guān)U7的14引腳與第八開關(guān)二極管D8的陽極相連；第二模擬開關(guān)U7的12引腳與第九開關(guān)二極管D9的陽極相連；第六開關(guān)二極管D6的陰極和第七開關(guān)二極管D7的陰極連接并與VDD5-2相連；第八開關(guān)二極管D8的陰極和第九開關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換芯片U3 MAX3232 ；串口通信電平接口轉(zhuǎn)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(jiān)測設(shè)備的工作過程如下:處理器模塊控制模擬開關(guān)，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(tài)。傳感器模塊將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器，控制器根據(jù)需要將數(shù)據(jù)存儲在外部存儲設(shè)備或通過ZigBee模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到其他設(shè)備節(jié)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(shè)備的位置信息，并通過ZigBee模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到基站。`
權(quán)利要求1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的飲用水安全監(jiān)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(zhuǎn)換電路和以LM1117-3.3為核心的3.3V電壓轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換電路提供5V電壓；以LM1117-3.3為核心的3.3V電壓轉(zhuǎn)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(guān)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(huán)境的參數(shù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器模塊，控制器將數(shù)據(jù)存儲在外部存儲模塊或通過ZigBee模塊接口將數(shù)據(jù)發(fā)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(jìn)行定位； 5V電壓轉(zhuǎn)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(wěn)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(fù)極、電源管理芯片U1LM2596S的3引腳、電源管理芯片U1LM2596S的5引腳、穩(wěn)壓二極管Dl的陽極和第二極性電容C2的負(fù)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(wěn)壓二極管Dl的陰極相連； .3.3V電壓轉(zhuǎn)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(fā)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(fù)極、電源管理芯片LM1117的I引腳、第四極性電容C5的負(fù)極、第二濾波電容C6的一端和發(fā)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(fā)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(guān)電路包括第一模擬開關(guān)U5、第二開關(guān)二極管D2、第三開關(guān)二極管D3、第四開關(guān)二極管D4、第五開關(guān)二極管D5 ;第一模擬開關(guān)U5的7引腳和第一模擬開關(guān)U5的8引腳連接并接地；第一模擬開關(guān)U5的16引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第一模擬開關(guān)U5的3引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第一模擬開關(guān)U5的13引腳與VDD3.3電壓輸出端連接；第一模擬開關(guān)U5的9引腳與處理器LPC2368的P1_0引腳相連；第一模擬開關(guān)U5的10引腳與處理器LPC2368的Pl_l引腳相連；第一模擬開關(guān)U5的6引腳與處理器LPC2368的Pl_4引腳相連；第一模擬開關(guān)U5的2引腳與第二開關(guān)二極管D2的陽極相連；第一模擬開關(guān)U5的5引腳與第三開關(guān)二極管D3的陽極相連；第一模擬開關(guān)U5的14引腳與第四開關(guān)二極管D4的陽極相連；第一模擬開關(guān)U5的12引腳與第五開關(guān)二極管D3的陽極相連；第二開關(guān)二極管D2的陰極和第三開關(guān)二極管D3的陰極連接并與V-GPS相連；第四開關(guān)二極管D4的陰極和第五開關(guān)二極管D5的陰極連接并與V-ZB相連； 5V模擬開關(guān)電路包括第二模擬開關(guān)U7、第六開關(guān)二極管D6、第七開關(guān)二極管D7、第八開關(guān)二極管D8和第九開關(guān)二極管D9 ;第二模擬開關(guān)U7的7引腳和第二模擬開關(guān)U7的8引腳連接并接地；第二模擬開關(guān)U7的16引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關(guān)U7的3引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關(guān)U7的13引腳與VDD5.0電壓輸出端連接；第二模擬開關(guān)U7的9引腳與處理器LPC2368的Pl_10引腳相連；第二模擬開關(guān)U7的10引腳與處理器LPC2368的Pl_9引腳相連；第二模擬開關(guān)U7的6引腳與處理器LPC2368的Pl_8引腳相連；第二模擬開關(guān)U7的2引腳與第六開關(guān)二極管D6的陽極相連；第二模擬開關(guān)U7的5引腳與第七開關(guān)二極管D7的陽極相連；第二模擬開關(guān)U7的14引腳與第八開關(guān)二極管D8的陽極相連；第二模擬開關(guān)U7的12引腳與第九開關(guān)二極管D9的陽極相連；第六開關(guān)二極管D6的陰極和第七開關(guān)二極管D7的陰極連接并與VDD5-2相連；第八開關(guān)二極管D8的陰極和第九開關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換芯片U3 MAX3232 ;串口通信電平接口轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)的飲用水安全監(jiān)測裝置，現(xiàn)有技術(shù)的實時性較差，成本高，對數(shù)據(jù)源要求高，較難做到同步監(jiān)測，本實用新型處理器模塊控制模擬開關(guān)，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(tài)，傳感器模塊將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器，控制器將數(shù)據(jù)存儲在外部存儲設(shè)備或通過ZigBee模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到其他設(shè)備節(jié)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(shè)備的位置信息，并通過ZigBee模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到基站。本實用新型系統(tǒng)成本低,監(jiān)測精度高,監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)。
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(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者蔣鵬, 柴俊沙, 王英帥 申請人:杭州電子科技大學(xué)