一種水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，屬于水質(zhì)監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，適用于包括大閘蟹、魚、蝦、貝類等在內(nèi)的水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質(zhì)參數(shù)在線檢測等許多應(yīng)用場合。用于實(shí)時(shí)在線采集養(yǎng)殖池塘中的溶解氧含量(mg/L)和水溫(℃)參數(shù)數(shù)據(jù)，并對參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步變換、處理和存儲(chǔ)后通過433MHz頻段無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)或無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基站和本地終端。
【專利說明】一種水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，屬于水質(zhì)監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]溶解氧（Dissolved Oxygen, DO)是指空氣中的氧溶解于水中分子狀態(tài)的氧,用每升水里氧氣的毫克數(shù)（mg/L)表示，它是水生生物最不可或缺的生存條件之一。正?？諝庵醒鯕夂扛叨曳€(wěn)定，約占整個(gè)空氣比重的21%左右，陸地生物很少有缺氧的威脅，而水中溶解氧含量較少而且變化頻繁，其溶解氧含量不僅與空氣中氧的大氣壓力和水的溫度有關(guān)，而且與水質(zhì)狀況有密切聯(lián)系。一般來說，大氣壓力越大，水中溶解氧含量越高；水溫越低，溶解氧含量也越高。同時(shí)，當(dāng)養(yǎng)殖水體受到有機(jī)物、無機(jī)還原物污染時(shí)，會(huì)使溶解氧含量迅速降低，當(dāng)溶解氧消耗速率大于空氣中氧氣向水中溶入的速率時(shí)，溶解氧的含量可能趨近于0，此時(shí)厭氧菌繁殖活躍，水質(zhì)狀況惡化。溶解氧含量大小能夠反映出水體受到的污染程度，它是水體污染的重要指標(biāo)之一，也是衡量水質(zhì)的綜合評價(jià)指標(biāo)之一。對于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)來說，水中溶解氧含量對水產(chǎn)品的生存有著至關(guān)重要的影響，當(dāng)溶解氧含量低于3mg/L時(shí)，就會(huì)引起水生生物窒息甚至死亡。因此，如何快速有效、準(zhǔn)確方便地檢測水中溶解氧含量和水溫及其他關(guān)鍵參數(shù)，對于區(qū)域環(huán)境監(jiān)測以及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展都具有重要意義。然而，目前水產(chǎn)養(yǎng)殖中溶解氧檢測的研究重點(diǎn)主要集中于分布式監(jiān)控系統(tǒng)的建立，多采用有線、人工接入或干預(yù)方式，不僅價(jià)格昂貴，而且維護(hù)極為不便，在分布范圍較廣、環(huán)境較惡劣的養(yǎng)殖水域中難以大面積推廣使用。由此可見，設(shè)計(jì)并開發(fā)一種新型的水產(chǎn)養(yǎng)殖中溶解氧和水溫參數(shù)檢測方法和手段已成為現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)亟待解決的重大課題之一。
[0003]近年來，中國政府越來越注重農(nóng)業(yè)科技發(fā)展水平的提高和新興農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)的應(yīng)用。2009年8月，溫家寶總理在江蘇無錫考察時(shí)提出“感知中國”理念，并號召在江蘇無錫率先建立“感知中國”產(chǎn)業(yè)化基地，以引領(lǐng)并推動(dòng)全國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)及其相關(guān)經(jīng)濟(jì)格局的形成和發(fā)展，以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks,WSN)為核心的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)目前已經(jīng)在我國各行各業(yè)，尤其是農(nóng)業(yè)、通信業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等基礎(chǔ)領(lǐng)域如火如荼的發(fā)展起來。WSN是一種無中心節(jié)點(diǎn)的全分布式系統(tǒng)，由眾多廉價(jià)的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，被密集部署于監(jiān)測區(qū)域，它能夠通過協(xié)作實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)信息，并經(jīng)過一系列后續(xù)信號處理、計(jì)算等步驟，通過無線通信方式和分層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，形成一種無線多跳路由自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。同時(shí)，為了有效管理硬件資源和分配任務(wù)，并提高應(yīng)用程序的開發(fā)效率，通過采用低功耗、開源式的嵌入式操作系統(tǒng)，以突破傳感器節(jié)點(diǎn)硬件資源少、電源供應(yīng)有限和通信距離短的限制，合理分配各個(gè)任務(wù)，減少系統(tǒng)內(nèi)部能源消耗，提高整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率。這些特性使得WSN的應(yīng)用范圍非常廣泛，涉及國防軍事、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、智能家居、倉儲(chǔ)物流管理、交通控制管理、精細(xì)農(nóng)業(yè)、消費(fèi)電子和救災(zāi)等諸多領(lǐng)域。由此可見，將WSN應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢：
[0004]首先，低功耗、微型化、低成本的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，被部署在養(yǎng)殖池塘各處，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測各種水產(chǎn)品的生長環(huán)境要素，包括溶解氧含量、水溫、pH值、氨氮量和總磷
且雄里寺。
[0005]其次，與傳統(tǒng)的傳感器采集手段（如有線傳感器網(wǎng)等）相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置具有自組織、靈活性強(qiáng)、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，可以全天候無人值守地有效解決水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理、無線傳輸和無線自組網(wǎng)等關(guān)鍵問題。
[0006]再次，利用傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及智能控制技術(shù)，集數(shù)據(jù)采集、無線傳輸、智能處理和預(yù)測預(yù)警信息發(fā)布、輔助決策等功能于一體，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場及遠(yuǎn)程系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取、報(bào)警控制和設(shè)備控制，對水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并進(jìn)行相應(yīng)的處理，能大大改善水產(chǎn)養(yǎng)殖的科技含量，提高水產(chǎn)品的養(yǎng)殖效率。養(yǎng)殖戶可以通過手機(jī)或Web頁面實(shí)時(shí)了解養(yǎng)殖塘內(nèi)各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行情況，真正實(shí)現(xiàn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)的信息化、網(wǎng)絡(luò)化，使水產(chǎn)品在最適宜的環(huán)境下生長，達(dá)到智能、節(jié)能和增產(chǎn)的目的。
[0007]最后，通過WSN技術(shù)實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖方式的集約化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，對提高未來我國漁業(yè)以至整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化和信息化水平具有長遠(yuǎn)意義。
[0008]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵技術(shù)必將成為推動(dòng)未來高效智能化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展的重大舉措之一，也是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)提升產(chǎn)業(yè)層次，轉(zhuǎn)變養(yǎng)殖方式和積極應(yīng)對勞動(dòng)力成本上升的有效手段。在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中大力推進(jìn)信息化技術(shù)，實(shí)施產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新工程，以便獲得更好的社會(huì)效益、生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，此舉具有重大意義。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0009]本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有裝置的不足，推出了一種水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，并融合了智能傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)和嵌入式計(jì)算技術(shù)，使其具有成本低廉、科技含量高、適用性強(qiáng)的特點(diǎn)。
[0010]本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：
[0011]本實(shí)用新型提供一種水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，包括傳感主板和電源管理板，傳感主板與所述電源管理板相連，電源管理板由太陽能電池板提供能源，電源管理板包括依次相連的鋰電池充電控制單元、電壓隔離單元和電壓等級變換單元。傳感主板包括微處理器單元、無線通信單元、溶解氧信號調(diào)理單元、水溫信號調(diào)理單元和清洗泵控制單元，溶解氧信號調(diào)理單元和水溫信號調(diào)理單元分別與溶解氧傳感器和水溫傳感器相連。
[0012]微處理器單元采用AVR系列微處理器芯片，通過微處理器芯片上A/D 口與所述溶解氧信號調(diào)理單元相連，將其輸出的溶解氧參數(shù)電壓信號進(jìn)行A/D變換、計(jì)算、解析、校驗(yàn)和存儲(chǔ)。微處理器單元與所述水溫信號調(diào)理單元采用SPI總線相連，將其輸出的水溫?cái)?shù)字量信號進(jìn)行換算、校驗(yàn)和存儲(chǔ)。
[0013]無線通信單元由數(shù)據(jù)傳輸控制子單元和無線收發(fā)接口子單元組成，采用低功耗、超高頻單片無線收發(fā)通信芯片作為處理芯片，微處理器單元通過SPI總線與無線通信單元的數(shù)據(jù)接口相連，通過軟件編程來控制無線通信單元的數(shù)據(jù)收發(fā)。
[0014]清洗泵控制單元與微處理器單元的普通I/O 口相連，由光耦隔離電路和場效應(yīng)管控制電路組成，通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)清洗泵的定時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)和關(guān)斷，給溶解氧傳感器覆膜進(jìn)行清洗。
[0015]在本實(shí)用新型中的水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，鋰電池充電控制單元由鋰電池充電管理芯片、晶體管或MOSFET管、充電狀態(tài)指示燈以及外圍電路組成，所述鋰電池充電管理芯片通過肖特基勢壘整流器與太陽能電池板相連，將太陽能電池板輸出的直流電壓通過自適應(yīng)可調(diào)充電電路給鋰電池組充電，并且鋰電池充電管理芯片實(shí)現(xiàn)對鋰電池組溫度的連續(xù)監(jiān)測，對充電電路進(jìn)行必要的保護(hù)和調(diào)節(jié)。
[0016]鋰電池組輸出端與電壓隔離單元相連，電壓隔離單元由寬壓隔離定壓輸出（DC -DC)模塊組成，并與CMOS模擬開關(guān)芯片相連，從CMOS模擬開關(guān)芯片輸出的電壓供溶解氧信號調(diào)理單元和水溫信號調(diào)理單元工作。CMOS模擬開關(guān)芯片與微處理器單元的普通I/O 口相連，并通過編程來控制CMOS模擬開關(guān)芯片的導(dǎo)通和關(guān)斷，減少非工作狀態(tài)下溶解氧信號調(diào)理單元和水溫信號調(diào)理單元的電源消耗。
[0017]電壓等級變換單元與電壓隔離單元的輸出端相連，并通過升、降壓芯片或穩(wěn)壓管及相應(yīng)外圍電路將電壓隔離單元輸出端電壓進(jìn)行等級變換，為傳感主板及其他設(shè)備的運(yùn)行提供所需的供電電壓。
[0018]鋰電池組通過場效應(yīng)管或可控硅與清洗泵相連，提供清洗泵的運(yùn)行工作電壓，場效應(yīng)管或可控硅的通斷由傳感主板上的微處理器單元通過清洗泵控制單元來加以自動(dòng)控
制和管理。
[0019]在本實(shí)用新型的水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置中，溶解氧傳感器上設(shè)有鉬電極和銀電極，鉬電極和銀電極與溶解氧信號調(diào)理單元相連；溶解氧信號調(diào)理單元由極化電壓發(fā)生器、信號前置放大器、可編程增益放大器和有源低通濾波器依次連接組成，將從溶解氧傳感器輸出的nA級微弱電流信號變換成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號輸入到微處理器單元中進(jìn)行后續(xù)變換、處理。水溫傳感器由負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻構(gòu)成，所述水溫傳感器與水溫信號調(diào)理單元相連，所述水溫信號調(diào)理單元由熱敏電阻一數(shù)字轉(zhuǎn)換器和外部固定電阻組成，熱敏電阻一數(shù)字轉(zhuǎn)換器將水溫傳感器輸出的模擬溫度阻值直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，并輸入到微處理器單元進(jìn)行水溫?cái)?shù)據(jù)計(jì)算和處理。
[0020]本實(shí)用新型的水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置的運(yùn)行方法，包括如下步驟：
[0021]I、傳感主板上電，首先完成初始化工作，包括微處理器單元和無線通信單元的初始化；
[0022]2、微處理器單元開啟清洗泵控制單元定時(shí)器，執(zhí)行步驟3;并等待系統(tǒng)預(yù)啟動(dòng)分組，執(zhí)行步驟5 ;
[0023]3、若定時(shí)時(shí)間到，則微處理器單元觸發(fā)清洗泵控制單元中的場效應(yīng)管或可控硅的門極導(dǎo)通電壓，使場效應(yīng)管或可控硅導(dǎo)通，延遲SI時(shí)間后啟動(dòng)清洗泵，同時(shí)啟動(dòng)清洗泵的工作定時(shí)器，運(yùn)行S2時(shí)間；
[0024]4、傳感主板等待清洗泵的運(yùn)行時(shí)間，若運(yùn)行時(shí)間到則通過微處理器單元關(guān)斷清洗泵控制單元中的場效應(yīng)管或可控硅的門極導(dǎo)通電壓，執(zhí)行步驟5 ；
[0025]5、微處理器單元收到系統(tǒng)預(yù)啟動(dòng)分組，轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，休眠標(biāo)識位置0，即節(jié)點(diǎn)裝置不休眠，同時(shí)廣播路由分組，建立動(dòng)態(tài)路由，并等待系統(tǒng)啟動(dòng)分組；
[0026]6、微處理器單元收到系統(tǒng)啟動(dòng)分組，轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，同時(shí)完成網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步，并停止發(fā)送路由分組，休眠標(biāo)識位置1，即數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后可以休眠；
[0027]7、傳感主板根據(jù)系統(tǒng)啟動(dòng)分組確定數(shù)據(jù)采集周期：從系統(tǒng)啟動(dòng)分組中讀取數(shù)據(jù)采集時(shí)間參數(shù)n，周期S=n+ (-1廣X [ (i d+c) %N] X m，其中i d為節(jié)點(diǎn)號，c為數(shù)據(jù)發(fā)送次數(shù)，N為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)，m為偏移量因子，同時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集定時(shí)器；
[0028]8、傳感主板等待數(shù)據(jù)采集設(shè)定時(shí)間，若數(shù)據(jù)采集時(shí)間到，則首先啟動(dòng)溶解氧信號調(diào)理單元和水溫信號調(diào)理單元工作電壓，延遲SI時(shí)間后啟動(dòng)通用模擬信號處理接口，同時(shí)延遲S3時(shí)間以響應(yīng)溶解氧傳感器和水溫傳感器；
[0029]9、若溶解氧傳感器和水溫傳感器響應(yīng)時(shí)間到，則首先采集溶解氧參數(shù)數(shù)據(jù)，并在微處理器單元中進(jìn)行數(shù)據(jù)加權(quán)移動(dòng)平均濾波處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；延遲S2時(shí)間后啟動(dòng)熱敏電阻一數(shù)字轉(zhuǎn)換器，采集水溫參數(shù)數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，然后延遲S4時(shí)間后關(guān)斷溶解氧信號調(diào)理單元和水溫信號調(diào)理單元的工作電壓；[0030]10、參數(shù)數(shù)據(jù)采集完成后，傳感主板啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)，選擇最佳路由發(fā)送數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟11 ;
[0031]11、若傳感主板數(shù)據(jù)發(fā)送收到應(yīng)答，則數(shù)據(jù)發(fā)送次數(shù)加1，更新路由；若傳感主板數(shù)據(jù)發(fā)送未收到應(yīng)答，并且數(shù)據(jù)重發(fā)超過k次，則發(fā)送失敗，數(shù)據(jù)發(fā)送次數(shù)加1，更新路由；
[0032]12、若傳感主板數(shù)據(jù)發(fā)送次數(shù)小于q，則啟動(dòng)休眠準(zhǔn)備定時(shí)器，向下執(zhí)行步驟13 ；若傳感主板數(shù)據(jù)發(fā)送次數(shù)超過q，則等待系統(tǒng)預(yù)啟動(dòng)數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)到步驟5 ；
[0033]13、傳感主板等待休眠準(zhǔn)備設(shè)定時(shí)間，若休眠準(zhǔn)備時(shí)間到則設(shè)置微處理器單元為休眠狀態(tài)，關(guān)閉溶解氧信號調(diào)理單元和水溫信號調(diào)理單元的工作電壓，關(guān)閉無線通信單元，使傳感主板處于低功耗狀態(tài)，轉(zhuǎn)到步驟8。
[0034]本實(shí)用新型的水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置的運(yùn)行方法，溶解氧傳感器和水溫傳感器需要進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)定和溫度補(bǔ)償，標(biāo)定采用兩點(diǎn)法繪制標(biāo)定曲線，溫度補(bǔ)償采用軟件方法實(shí)現(xiàn)，具體過程包括下述幾個(gè)步驟：
[0035]I. I初始化變量a、b、c并賦初值；
[0036]I. 2輸入操作命令Operation,包括零點(diǎn)標(biāo)定,量程標(biāo)定和溫度測量。零點(diǎn)標(biāo)定是測得溶解氧傳感器在5%亞硫酸鈉無氧水溶液中的輸出電流Itl，保存在變量a中；量程標(biāo)定是測得溶解氧傳感器在氧飽和水中的電流I1，保存在變量b中；溫度測量是指通過水溫傳感器測得氧飽和水的溫度T1，保存在變量c中，同時(shí)查“氧在不同溫度純水中的飽和溶解度表”得到T1溫度下的飽和溶解氧含量02’ ；
[0037]I. 3由零點(diǎn)標(biāo)定得到的輸出電流Itl,記零點(diǎn)（0，I0)，量程標(biāo)定得到的輸出電流I1,記滿量程點(diǎn)（8. 3，I1),通過兩點(diǎn)法確定標(biāo)定曲線，不同溫度下標(biāo)定曲線的斜率不一樣，其他溫度下的標(biāo)定曲線可以通過相同的方法繪制，標(biāo)定完成，執(zhí)行步驟I. 4 ；
[0038]I. 4判斷標(biāo)定操作是否完成，若a、b、c都大于零，則表示標(biāo)定的各操作已經(jīng)完成，若標(biāo)定未完成，轉(zhuǎn)到步驟I. 2，繼續(xù)進(jìn)行標(biāo)定操作，直至獲得Ip IpT1的值；
[0039]I. 5用溶解氧傳感器測得在樣品液中的輸出電流12，同時(shí)通過水溫傳感器測得樣品液的溫度T2,并記錄；
[0040]I. 6運(yùn)用公式O2 x[l + 4%(/; -r2)]x?計(jì)算樣品液中的溶解氧含量;



(A - ,0)
[0041]I. 7不同溫度所對應(yīng)的標(biāo)定曲線斜率不同，溫度每升高rc從溶解氧傳感器輸出的電流值會(huì)升高4%，將在其他溫度下測得的電流值轉(zhuǎn)化到25°C溫度下的電流值，根據(jù)在25°C下確定的標(biāo)定曲線測量在其他溫度下的溶解氧含量。
[0042]本實(shí)用新型的有益效果：[0043]I、所開發(fā)的裝置能實(shí)時(shí)采集、處理和存儲(chǔ)溶解氧和水溫參數(shù)，并通過433MHz頻段無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信方式將其參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)或無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基站和本地終端，其裝置的成本低、性價(jià)比高、實(shí)時(shí)性好、環(huán)境適用性強(qiáng)、功耗低、壽命長、安全可靠，能完全滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖用戶大規(guī)模推廣應(yīng)用。
[0044]2、基于組件化/模塊化設(shè)計(jì)思想、事件驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行模型和主動(dòng)消息通信方式等，在傳感主板上運(yùn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)TinyOS，采用組件化編程語言nesC開發(fā)水產(chǎn)養(yǎng)殖溶解氧檢測節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序，以實(shí)現(xiàn)溶解氧檢測節(jié)點(diǎn)的自組織性，程序代碼簡潔，執(zhí)行速度快，便于修改，能夠突破無線傳感器網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)資源少的限制，并能提高編程效率和網(wǎng)絡(luò)信息處理能力。
[0045]3、由于水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的特殊性，經(jīng)常遭受潮濕度、酸堿度、暴曬等影響，極容易導(dǎo)致元器件工作的不正常以至失效，從而降低系統(tǒng)的可靠性。本實(shí)用新型采用的各元器件在防水防潮方面采用規(guī)格高、密封性能良好的材料，這樣可使本實(shí)用新型適合于絕大多數(shù)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境。
[0046]4、本實(shí)用新型安裝模具設(shè)計(jì)和制作上將傳感節(jié)點(diǎn)和電源節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)分開安裝，采用高密度防水、防潮裝置確保電路板免受潮濕侵蝕，并保證足夠的物理距離，并且對無線收發(fā)模塊上的無線收發(fā)芯片采用金屬殼封裝，這樣既減少了電源板對無線收發(fā)模塊的干擾，也增強(qiáng)了無線收發(fā)模塊的抗干擾能力，從而提高了無線收發(fā)的性能。
[0047]5、由于ZigBee協(xié)議的2. 4GHz頻段在線監(jiān)測與控制水產(chǎn)養(yǎng)殖的方法所形成的系統(tǒng)硬件及其加工成本高、無線信號繞射性差、通信距離短等特點(diǎn)，我們采用433MHz頻段傳輸，抗干擾性強(qiáng)，信號繞射性（穿透性）強(qiáng)，并支持各種點(diǎn)對點(diǎn)，一點(diǎn)對多點(diǎn)及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)通訊方式，具有收發(fā)一體、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0049]圖2是本實(shí)用新型的微處理器單元和無線通信單元電路原理圖。
[0050]圖3是本實(shí)用新型的溶解氧信號調(diào)理單元電路原理圖。
[0051]圖4是本實(shí)用新型的水溫信號調(diào)理單元電路原理圖。
[0052]圖5是本實(shí)用新型清洗泵控制單元電路原理圖。
[0053]圖6是本實(shí)用新型電源管理板電路原理圖。
[0054]圖7是本實(shí)用新型節(jié)點(diǎn)裝置運(yùn)行方法中參數(shù)數(shù)據(jù)采集和無線通信工作流程圖。
[0055]圖8是本實(shí)用新型溶解氧和水溫傳感器標(biāo)定和軟件溫度補(bǔ)償流程圖。
[0056]圖9是本實(shí)用新型溶解氧和水溫傳感器兩點(diǎn)法標(biāo)定曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057]本實(shí)用新型提供的一種水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，在傳感主板中，微處理器單元I由微處理器芯片Ul及其他相應(yīng)外圍電路組成，如圖2所示。微處理器芯片Ul選用 AVR 系列微處理器芯片 ATmegal28、ATmegal28A、ATmegal28L、ATmega64、ATmega64A 或ATmega64L，它主要用于溶解氧和水溫參數(shù)數(shù)據(jù)的計(jì)算、解析、校驗(yàn)和存儲(chǔ)，以及完成水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置整個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算、信號控制、算法處理和無線數(shù)據(jù)收發(fā)控制等任務(wù)。JTAG接口為標(biāo)準(zhǔn)DIPlO腳調(diào)試接口，可以通過AVR仿真器與PC機(jī)相連，用于系統(tǒng)程序的調(diào)試、仿真和燒錄。無線通信單元2由數(shù)據(jù)傳輸控制子單元2-1和無線收發(fā)接口子單元2-2組成，J6為無線通信單元2的數(shù)據(jù)控制和傳輸接口，無線收發(fā)芯片選用低功耗、超高頻單片無線收發(fā)通信芯片CC1000和CC1020中的其中一種。
[0058]在傳感主板中，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的溶解氧參數(shù)采集方法是通過溶解氧信號調(diào)理單元3將溶解氧傳感器輸出的nA級微弱電流信號經(jīng)過下述步驟處理轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號輸入到微處理器單元I中進(jìn)行A/D變換、計(jì)算、解析、校驗(yàn)和存儲(chǔ)，溶解氧信號調(diào)理單元3由極化電壓發(fā)生器3-1、信號前置放大器3-2、可編程增益放大器3-3和有源低通濾波器3-4組成，該信號處理步驟結(jié)合圖3加以闡述：
[0059]I)溶解氧傳感器BlA覆膜電極輸出的nA級電流信號通過極化電壓發(fā)生器3_1和信號前置放大器3-2，將微弱電流信號轉(zhuǎn)換成mV級電壓信號并進(jìn)行第一級信號放大。Ql為NPN晶體管，用來產(chǎn)生極化電壓，U5為精密型雙運(yùn)算放大器，用于將電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柌⑦M(jìn)行信號放大。信號前置放大器3-2輸出的mV級電壓與溶解氧傳感器覆膜電極輸出的nA級電流之間成正比例關(guān)系。
[0060]2)信號前置放大器3-2輸出的電壓信號經(jīng)過精密電阻分壓后與可編程增益放大器3-3相連，將mV級電壓信號或差分信號進(jìn)行精確變換，U6為可編程增益放大器，并通過SPI總線與微處理器芯片Ul的普通I/O 口相連，共同完成多路選擇和可變增益調(diào)節(jié)。Dl為穩(wěn)壓二極管，用來保護(hù)意外干擾信號超過芯片U6引腳極限電壓造成的芯片損壞。
[0061 ] 3)可編程增益放大器3-3輸出的電壓信號通過有源低通濾波器3-4濾除高頻干擾信號，最后輸入到微處理器單元I中進(jìn)行A/D采樣。有源低通濾波器由運(yùn)算放大器U7和外部RC元件組成，構(gòu)成RC濾波電路，其輸入阻抗高，輸出阻抗低。
[0062]在傳感主板中，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的水溫?cái)?shù)據(jù)采集過程結(jié)合圖4所述如下：
[0063]水溫傳感器由負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻PT-100組成，熱敏電阻一方面用來測量水溫，另一方面用來補(bǔ)償溶解氧信號調(diào)理單元3中晶體管Ql基極和發(fā)射極間電壓Vbe的電壓溫度系數(shù)，使其極化電壓不受環(huán)境溫度的影響，得到穩(wěn)定的0. 7V電壓輸出。水溫?cái)?shù)據(jù)采集通過熱敏電阻一數(shù)字轉(zhuǎn)換器U4及外部固定電阻將熱敏電阻兩端的溫度阻值直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，并輸入到微處理器單元I進(jìn)行水溫?cái)?shù)據(jù)計(jì)算和處理。
[0064]在實(shí)際的水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)用現(xiàn)場，由于養(yǎng)殖環(huán)境的特殊性，受水質(zhì)渾濁和漂浮著各種微小生物的影響，溶解氧傳感器覆膜電極長期置于池塘中，表面會(huì)粘覆著各種雜質(zhì)，不僅會(huì)對測量探頭產(chǎn)生一定的損傷，而且將大大影響到參數(shù)測量的精準(zhǔn)性。因此，清洗泵控制單元5通過微處理器芯片Ul的定時(shí)設(shè)置來控制清洗泵（由微型抽水馬達(dá)組成）給溶解氧傳感器覆膜表面進(jìn)行自動(dòng)清洗，確保其測量精度并延長使用壽命，電路如圖5所示。U2采用光耦隔離芯片將微處理器單元和清洗泵及其控制單元在電氣空間上隔離開來，避免了各種電氣干擾。清洗泵控制單元中Q5選用功率場效應(yīng)管或可控硅，微處理器芯片通過控制Q5的通斷來啟動(dòng)清洗泵對溶解氧傳感器電極進(jìn)行自動(dòng)清洗，清洗泵的開啟和運(yùn)行時(shí)間都由微處理器芯片通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)，減少了人為的干預(yù)。D6為穩(wěn)壓二極管，用于阻止清洗泵反電動(dòng)勢對鋰電池組輸出電壓的干擾。
[0065]電源管理板電路如圖6所示，U8采用鋰電池充電管理芯片，太陽能電池板BTl通過肖特基勢壘二極管D3與U8相連，U8通過場效應(yīng)管Q3來控制其導(dǎo)通和關(guān)斷，以便實(shí)施對鋰電池組的充電過程。U8內(nèi)集成的溫度傳感器連續(xù)檢測鋰電池內(nèi)部溫度，當(dāng)溫度超出所設(shè)定范圍時(shí)，立刻關(guān)閉對鋰電池組的充電。充電狀態(tài)識別通過U8與LED指示燈相連。
[0066]鋰電池組輸出端與電壓隔離單元7相連，電壓隔離單元7由U9組成，以消除鋰電池組輸出電壓與傳感主板供電電壓由于共地或共電源線而串入的各種電氣干擾。U9輸出的隔離后的電壓分為兩路：一路通過UlO將電壓下降到+3. 3V給微處理器單元I和無線通信單元供電，另一路將微處理器芯片Ul連接到CMOS模擬開關(guān)Q4的輸入腳，從CMOS模擬開關(guān)芯片輸出的電壓供溶解氧信號調(diào)理單元3和水溫信號調(diào)理單元4工作，微處理器芯片Ul通過編程來控制CMOS模擬開關(guān)芯片的導(dǎo)通和關(guān)斷，以減少非工作狀態(tài)下溶解氧信號調(diào)理單元3和水溫信號調(diào)理單元4的電源消耗，對于通過太陽能供電設(shè)備來說，有著重要的意義。
[0067]一種水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置及運(yùn)行方法，其節(jié)點(diǎn)裝置應(yīng)用程序包括溶解氧和水溫?cái)?shù)據(jù)采集程序、節(jié)點(diǎn)裝置間通信程序和清洗泵控制程序，如圖7所示，程序運(yùn)行包括下列步驟：
[0068]I. I傳感主板上電，首先完成初始化工作，包括微處理器單元I和無線通信單元2的初始化；
[0069]I. 2微處理器單元I開啟清洗泵控制單元5定時(shí)器，執(zhí)行步驟I. 3 ;并等待系統(tǒng)預(yù)啟動(dòng)分組，執(zhí)行步驟I. 5 ;
[0070]I. 3若定時(shí)時(shí)間到，則微處理器單元I觸發(fā)清洗泵控制單元5中的場效應(yīng)管或可控硅的門極導(dǎo)通電壓，使場效應(yīng)管或可控硅導(dǎo)通，延遲S1時(shí)間（IOms)后啟動(dòng)清洗泵，同時(shí)啟動(dòng)清洗泵的工作定時(shí)器，運(yùn)行S2 (30s)時(shí)間；
[0071]I. 4傳感主板等待清洗泵的運(yùn)行時(shí)間，若運(yùn)行時(shí)間到則通過微處理器單元I關(guān)斷清洗泵控制單元5中的場效應(yīng)管或可控硅的門極導(dǎo)通電壓，執(zhí)行步驟I. 5 ；
[0072]I. 5微處理器單元I收到系統(tǒng)預(yù)啟動(dòng)分組，轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，休眠標(biāo)識位置0，即節(jié)點(diǎn)裝置不休眠，同時(shí)廣播路由分組，建立動(dòng)態(tài)路由，并等待系統(tǒng)啟動(dòng)分組；
[0073]I. 6微處理器單元I收到系統(tǒng)啟動(dòng)分組，轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，同時(shí)完成網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步，并停止發(fā)送路由分組，休眠標(biāo)識位置1，即數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后可以休眠；
[0074]I. 7傳感主板根據(jù)系統(tǒng)啟動(dòng)分組確定數(shù)據(jù)采集周期：從系統(tǒng)啟動(dòng)分組中讀取數(shù)據(jù)采集時(shí)間參數(shù)n，周期Szn+HrxKid+cHWXm，其中id為節(jié)點(diǎn)號，c為數(shù)據(jù)發(fā)送次數(shù)，N為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)，m為偏移量因子（約為5?10毫秒），同時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集定時(shí)器；
[0075]I. 8傳感主板等待數(shù)據(jù)采集設(shè)定時(shí)間，若數(shù)據(jù)采集時(shí)間到，則首先啟動(dòng)溶解氧信號調(diào)理單元3和水溫信號調(diào)理單元4工作電壓，延遲S1時(shí)間（IOms)后啟動(dòng)通用模擬信號處理接口 3-2，同時(shí)延遲S3時(shí)間（2min)以響應(yīng)溶解氧傳感器；
[0076]I. 9若溶解氧傳感器響應(yīng)時(shí)間到，則采集溶解氧參數(shù)數(shù)據(jù)，并在微處理器單元I中進(jìn)行數(shù)據(jù)加權(quán)移動(dòng)平均濾波處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。延遲S2時(shí)間（30s)后啟動(dòng)熱敏電阻一數(shù)字轉(zhuǎn)換器，采集水溫參數(shù)數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，然后延遲S4時(shí)間（IOs)后關(guān)斷溶解氧信號調(diào)理單元3和水溫信號調(diào)理單元4的工作電壓；
[0077]I. 10參數(shù)數(shù)據(jù)采集完成后，傳感主板啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)，選擇最佳路由發(fā)送數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟I. 11 ;
[0078]I. 11若傳感主板數(shù)據(jù)發(fā)送收到應(yīng)答，則數(shù)據(jù)發(fā)送次數(shù)加I，更新路由；若傳感主板數(shù)據(jù)發(fā)送未收到應(yīng)答，并且數(shù)據(jù)重發(fā)超過k (3)次，則發(fā)送失敗，數(shù)據(jù)發(fā)送次數(shù)加1，更新路由；
[0079]I. 12若傳感主板數(shù)據(jù)發(fā)送次數(shù)小于q (取48次），則啟動(dòng)休眠準(zhǔn)備定時(shí)器，向下執(zhí)行步驟I. 13 ;若傳感主板數(shù)據(jù)發(fā)送次數(shù)超過q(取48次），則等待系統(tǒng)預(yù)啟動(dòng)數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)到步驟I. 5 ；
[0080]I. 13傳感主板等待休眠準(zhǔn)備設(shè)定時(shí)間，若休眠準(zhǔn)備時(shí)間到則設(shè)置微處理器單元I為休眠狀態(tài)，關(guān)閉溶解氧信號調(diào)理單元3和水溫信號調(diào)理單元4的工作電壓，關(guān)閉無線通信單元2，使傳感主板處于低功耗狀態(tài)，轉(zhuǎn)到步驟I. 8。
[0081]溶解氧傳感器和水溫傳感器需要進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)定和溫度補(bǔ)償，標(biāo)定采用兩點(diǎn)法繪制標(biāo)定曲線，溫度補(bǔ)償采用軟件方法實(shí)現(xiàn)，如圖8和圖9所示，具體過程包括下述幾個(gè)步驟：
[0082]2. I初始化變量a、b、c并賦初值；
[0083]2. 2輸入操作命令Operation,包括零點(diǎn)標(biāo)定,量程標(biāo)定和溫度測量。零點(diǎn)標(biāo)定是測得溶解氧傳感器在無氧水（5%亞硫酸鈉溶液）中的輸出電流Itl,保存在變量a中。量程標(biāo)定是測得溶解氧傳感器在氧飽和水中的電流I1，保存在變量b中。溫度測量是指通過水溫傳感器測得氧飽和水的溫度T1，保存在變量c中，同時(shí)查“氧在不同溫度純水中的飽和溶解度表”得到T1溫度下的飽和溶解氧含量O2 ；
[0084]2. 3由零點(diǎn)標(biāo)定得到的輸出電流Itl,記零點(diǎn)（0，I0)，量程標(biāo)定得到的輸出電流I1,記滿量程點(diǎn)（8. 3，I1),通過兩點(diǎn)法確定標(biāo)定曲線，不同溫度下標(biāo)定曲線的斜率不一樣，其他溫度下的標(biāo)定曲線可以通過相同的方法繪制，標(biāo)定完成，執(zhí)行步驟2. 4 ;
[0085]2. 4判斷標(biāo)定操作`是否完成，若a、b、c都大于零，則表示標(biāo)定的各操作已經(jīng)完成，若標(biāo)定未完成，轉(zhuǎn)到步驟2. 2，繼續(xù)進(jìn)行標(biāo)定操作，直至獲得Ip IpT1的值；
[0086]2. 5用溶解氧傳感器測得在樣品液中的輸出電流12，同時(shí)通過水溫傳感器測得樣品液的溫度T2,并記錄；
?(I -I )
[0087]2. 6運(yùn)用公式02 =A X[I+ W1 -^)]x (/ — /)計(jì)算樣品液中的溶解氧含量。其
中，02’為氧飽和水在溫度Tl時(shí)的含氧量；4%為溶解氧覆膜電極的溫度系數(shù)；!\、T2分別為氧飽和水和樣品液的溫度；1(!、I1^ I2分別為殘余電流，氧飽和水中的電流和樣品液的電流。
[0088]2. 7不同溫度所對應(yīng)的標(biāo)定曲線斜率不同，溫度每升高1°C從溶解氧傳感器輸出的電流值會(huì)升高4%，將在其他溫度下測得的電流值轉(zhuǎn)化到某一溫度下（如25V )，根據(jù)在25°C下確定的標(biāo)定曲線測量在其他溫度下的溶解氧含量。
[0089]實(shí)施例一：
[0090]上述微處理器單元I中微處理器芯片Ul選用ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗、高性能的8位CMOS處理器ATmegal28L，如圖2所示。ATmegal28L具有基于AVR RISC結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)lMIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。微處理器單元I中的JTAG接口的數(shù)據(jù)線經(jīng)過上拉電阻“R1-R4”后與ATmegal28L微處理器芯片的“54~57”引腳相連。LED1-LED3為ATmegal28L微處理器芯片的工作狀態(tài)指示燈和無線通信單元2數(shù)據(jù)收發(fā)指示燈，在系統(tǒng)調(diào)試階段根據(jù)其指示燈的狀態(tài)判斷程序的運(yùn)行情況，狀態(tài)指示LED1-LED3燈與ATmegal28L的“49、50、51”引腳相連。R9與C11構(gòu)成軟件復(fù)位電路。Y1、Y2為晶體振蕩器，Yl為低頻晶振，振蕩頻率為32. 768kHz，可以在處理器運(yùn)行于低功耗模式時(shí)使用。Y2為高頻晶振，振蕩頻率為7. 3728MHz，為系統(tǒng)時(shí)鐘源。S0、SI、SCK1、SCK2、CS1、CS2為用普通I/O 口來模擬SPI總線接口，它可以使ATmegal28L微處理器芯片與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息，通過編寫相應(yīng)程序可實(shí)現(xiàn)U4和U6與ATmegal28L之間的數(shù)據(jù)傳輸。無線收發(fā)芯片選用Chipcon公司生產(chǎn)的低功耗、超高頻無線數(shù)據(jù)收發(fā)芯片CC1000，采用先進(jìn)的 SmartRF 技術(shù)，工作于 315MHz、433MHz、868MHz 或 915MHz ISM/SRD 頻段，可通過 SPI 總線接口靈活編程。ATmegal28L微處理器芯片通過第“11、12、29、31、32、61”引腳與CClOOO相連接，CClOOO可通過簡單的三條串行數(shù)據(jù)接口（PDATA、PCLK和PALE)進(jìn)行編程。
[0091]實(shí)施例二：
[0092]上述溶解氧信號調(diào)理單元3中，極化電壓發(fā)生器3-1由NPN晶體管S8050和外部電阻R18組成，以得到穩(wěn)定的0. 7V極化電壓輸出，如圖3所示。U5為精密型雙運(yùn)算放大器TLC277ID，具有廣泛的低失調(diào)電壓輸入和漂移、高輸入阻抗、低噪音等特點(diǎn)。采用雙電源供電方式，通過CMOS電壓反相器將工作電壓反向后給TLC277ID供電,信號前置放大器3_2輸出的電壓與溶解氧信號調(diào)理單元3輸入的電流之間成正比例關(guān)系，放大倍數(shù)通過調(diào)節(jié)外部電阻R25的阻值得到。信號前置放大器3-2輸出的電壓信號經(jīng)過精密電阻R28和R29分壓后，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電壓信號輸入到可編程增益放大器3-3中，U6為可編程增益放大器MCP6S21，并通過SPI總線與微處理器單元I普通I/O 口相連，共同完成多路選擇和可變增益調(diào)節(jié)。可編程增益放大器MCP6S21的串行時(shí)鐘輸入引腳SCK1、串行數(shù)據(jù)輸入腳引SI、芯片選擇輸入引腳CSl分別與微處理器單元I中的第“25”引腳、第“3”引腳和第“35”引腳相連，微處理器單元I通過編程來控制可編程增益放大器3-3的工作。有源低通濾波器由運(yùn)算放大器U7和外部RC元件組成，構(gòu)成RC濾波電路，其輸入阻抗高，輸出阻抗低。U7采用Microchip公司生產(chǎn)的5MHz單電源運(yùn)放MCP6281芯片，并設(shè)計(jì)Sallen-Key或Butterworth低通濾波器，截止頻率為20Hz，U7與微處理器芯片Ul的第“58”引腳ADC3相連。
[0093]上述水溫信號調(diào)理單元4中，水溫?cái)?shù)據(jù)采集通過U4及外部固定電阻R19將熱敏電阻兩端的溫度阻值直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，并輸入到微處理器單元I進(jìn)行水溫?cái)?shù)據(jù)計(jì)算和處理，如圖4所示。U4選用高精度熱敏電阻一數(shù)字轉(zhuǎn)換器MAX6682，熱敏電阻和外部固定電阻R19構(gòu)成一個(gè)分壓器，由MAX6682的內(nèi)部基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)，MAX6682測量R19兩端電壓，并根據(jù)該電壓產(chǎn)生10位+符號位輸出代碼，在所測量的溫度范圍內(nèi)，只要選擇合適的熱敏電阻和外部固定電阻阻值，MAX6682就可以按照8LSB/°C (0. 125°C分辨率）的比例輸出數(shù)據(jù)。MAX6682是一個(gè)只讀器件，通過三線SPI總線與微處理器芯片Ul相連。熱敏電阻一數(shù)字轉(zhuǎn)換器MAX6682的串行時(shí)鐘輸入引腳SCK2、串行數(shù)據(jù)輸出腳引S0、芯片選擇輸入引腳CS2分別與微處理器芯片Ul中的第“26”引腳、第“2”引腳、第“36”引腳相連。MAX6682使用10位的ADC通過外部固定電阻R19將電壓的下降轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出，當(dāng)使用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻時(shí)，通過測量電壓R19兩端電壓，其輸出的代碼直接和溫度數(shù)值有關(guān)。盡管熱敏電阻和溫度是非線性的，但是，R19兩端電壓在有限的溫度范圍內(nèi)可以近似認(rèn)為是線性的，10位數(shù)字量輸出和R19兩端電壓按照如下公式換算：
【權(quán)利要求】
1.一種水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，包括傳感主板和電源管理板，所述傳感主板與所述電源管理板相連，所述電源管理板由太陽能電池板提供能源，所述電源管理板包括依次相連的鋰電池充電控制單元（6)、電壓隔離單元（7)和電壓等級變換單元⑶；傳感主板包括微處理器單元（I)、無線通信單元（2)、溶解氧信號調(diào)理單元（3)、水溫信號調(diào)理單元（4)和清洗泵控制單元（5)，所述溶解氧信號調(diào)理單元（3)和水溫信號調(diào)理單元（4)分別與溶解氧傳感器和水溫傳感器相連，其特征在于： 所述微處理器單元（I)采用AVR系列微處理器芯片，通過微處理器芯片上A/D 口與所述溶解氧信號調(diào)理單元（3)相連；所述微處理器單元（I)與所述水溫信號調(diào)理單元（4)采用SPI總線相連； 所述無線通信單元（2)由數(shù)據(jù)傳輸控制子單元（2-1)和無線收發(fā)接口子單元（2-2)組成，采用無線收發(fā)通信芯片CClOOO或CC1020作為處理芯片，所述微處理器單元（I)采用SPI總線與無線通信單元（2)的數(shù)據(jù)接口相連； 所述清洗泵控制單元（5)與微處理器單元（I)的普通I/O 口相連，由光耦隔離電路(5-1)和場效應(yīng)管控制電路（5-2)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于：所述鋰電池充電控制單元（6)由鋰電池充電管理芯片、晶體管或MOSFET管、充電狀態(tài)指示燈以及外圍電路組成，所述鋰電池充電管理芯片通過肖特基勢壘整流器與太陽能電池板相連，將太陽能電池板輸出的直流電壓通過自適應(yīng)可調(diào)充電電路給鋰電池組充電，并且鋰電池充電管理芯片實(shí)現(xiàn)對鋰電池組溫度的連續(xù)監(jiān)測； 鋰電池組輸出端與電壓隔離單元（7)相連，電壓隔離單元（7)由寬壓隔離定壓輸出(DC - DC)模塊組成，并與CMOS模擬開關(guān)芯片相連，從CMOS模擬開關(guān)芯片輸出的電壓供溶解氧信號調(diào)理單元（3)和水溫信號調(diào)理單元（4)工作，CMOS模擬開關(guān)芯片與微處理器單元(I)的普通I/O 口相連，并通過編程來控制CMOS模擬開關(guān)芯片的導(dǎo)通和關(guān)斷，減少非工作狀態(tài)下溶解氧信號調(diào)理單元（3)和水溫信號調(diào)理單元（4)的電源消耗； 電壓等級變換單元（8)與電壓隔離單元（7)的輸出端相連，并通過升、降壓芯片或穩(wěn)壓管及相應(yīng)外圍電路將電壓隔離單元（7)輸出端電壓進(jìn)行等級變換，為傳感主板及其他設(shè)備的運(yùn)行提供所需的供電電壓等級； 鋰電池組通過場效應(yīng)管或可控硅與清洗泵相連，提供清洗泵的運(yùn)行工作電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于：所述溶解氧傳感器上設(shè)有鉬電極和銀電極，所述鉬電極和銀電極與溶解氧信號調(diào)理單元（3)相連；所述溶解氧信號調(diào)理單元（3)由極化電壓發(fā)生器（3-1)、信號前置放大器（3-2)、可編程增益放大器（3-3)和有源低通濾波器（3-4)依次連接組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水產(chǎn)養(yǎng)殖無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于：所述水溫傳感器由負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻構(gòu)成，所述水溫傳感器與水溫信號調(diào)理單元（4)相連，所述水溫信號調(diào)理單元（4)由熱敏電阻一數(shù)字轉(zhuǎn)換器和外部固定電阻組成。
【文檔編號】H04B1/40GK203466807SQ201320284982
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月22日
【發(fā)明者】陳俊杰, 卜世平, 李剛, 蔣燕飛 申請人:南京英埃格傳感網(wǎng)絡(luò)科技有限公司