專利名稱：一種基于ZigBee無線技術(shù)的空氣質(zhì)量監(jiān)測節(jié)點的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于無線通信和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于ZigBee無 線技術(shù)的空氣質(zhì)量監(jiān)測節(jié)點。
背景技術(shù)：
空氣質(zhì)量是評價城市環(huán)境優(yōu)劣的重要標志，空氣質(zhì)量監(jiān)測是空氣質(zhì)量保護與污染 治理的重要手段。通過空氣質(zhì)量監(jiān)測，可以了解和評價環(huán)境空氣質(zhì)量狀況，為城市規(guī)劃提供 依據(jù)，研究開發(fā)網(wǎng)絡化、智能化的空氣質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)已成為熱點問題?，F(xiàn)有的空氣質(zhì)量監(jiān)測方法，大體上可以分為兩種1)采用便攜式空氣質(zhì)量監(jiān)測儀 器，人工采樣、實驗室分析的方式，此方式多用于室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測，雖然移動較為方便，但 不適用于對大范圍的室外空氣質(zhì)量監(jiān)測。2)建設大型空氣質(zhì)量監(jiān)測站，由專業(yè)工作人員采 用大型設備對特定區(qū)域進行空氣質(zhì)量監(jiān)測，該方法多用于大范圍內(nèi)的空氣質(zhì)量監(jiān)測，如整 個城市的空氣質(zhì)量。系統(tǒng)成本較高，易對監(jiān)測區(qū)域環(huán)境造成影響。無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks, WSNs)作為一項新興的技術(shù)，是由 部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型節(jié)點組成，通過無線通信方式形成一個多跳的自組織網(wǎng) 絡，協(xié)作地采集和處理監(jiān)測區(qū)域中的感知對象信息，并發(fā)送給觀察者?；跓o線傳感器網(wǎng)絡 構(gòu)建空氣質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)具有如下特點1)系統(tǒng)實施運行費用低，無需鋪設大量電纜， 系統(tǒng)易于擴展和更新。2)監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋范圍廣，通信能力強。3)系統(tǒng)對所監(jiān)測區(qū)域的周邊 生態(tài)環(huán)境影響小?；跓o線傳感器網(wǎng)絡的監(jiān)測系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點、基站、監(jiān)測中心。大量傳感 器節(jié)點部署在監(jiān)測區(qū)域中，以自組方式構(gòu)成網(wǎng)絡，傳感器節(jié)點采集感興趣的環(huán)境信息并路 由至基站，由基站通過有線或無線方式送至遠程監(jiān)測中心，用戶通過監(jiān)測中心對傳感器網(wǎng) 絡配置和管理，收集監(jiān)測數(shù)據(jù)、發(fā)布監(jiān)測內(nèi)容。通常情況下，監(jiān)測區(qū)域類型多樣、環(huán)境復雜， 有線傳輸方式存在布線困難、成本高等缺點，很難滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅鵁o線傳輸則具有 組網(wǎng)簡單方便、成本低、不受地理環(huán)境影響等優(yōu)點，可很好地實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?求。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于ZigBee無線技術(shù)的空氣質(zhì)量 監(jiān)測節(jié)點，該節(jié)點成本低、功耗低、通信能力強、對待監(jiān)測區(qū)域影響小。本實用新型所采取的技術(shù)方案為一種基于ZigBee無線技術(shù)的空氣質(zhì)量監(jiān)測節(jié)點包括電源管理模塊、空氣質(zhì)量參 數(shù)采集模塊、微處理器模塊和ZigBee無線通信模塊。所述的電源管理模塊包括鋰電池、3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路和12V電壓轉(zhuǎn)換電路，鋰電 池為3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路和12V電壓轉(zhuǎn)換電路提供電源；3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路和12V電壓轉(zhuǎn) 換電路均采用成熟產(chǎn)品。[0010]所述的空氣質(zhì)量參數(shù)采集模塊包括溫濕度變送器、氣壓變送器、二氧化硫變送器、 一氧化氮變送器、二氧化氮變送器和I/V轉(zhuǎn)換電路；空氣質(zhì)量參數(shù)采集模塊中的溫濕度變送器信號輸出端與I/V轉(zhuǎn)換電路的第一通 道信號連接，氣壓變送器信號輸出端與I/V轉(zhuǎn)換電路的第二通道信號連接，二氧化硫變送 器信號輸出端與I/V轉(zhuǎn)換電路的第三通道信號連接，一氧化氮變送器信號輸出端與I/V轉(zhuǎn) 換電路的第四通道信號連接，二氧化氮變送器信號輸出端與I/V轉(zhuǎn)換電路的第五通道信號 連接。所述的微處理器模塊的控制端與12V電壓轉(zhuǎn)換電路信號連接，微處理器模塊的電 源端與3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路連接，微處理器模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口與I/V轉(zhuǎn)換電路連接。所述的ZigBee無線通信模塊與微處理器模塊的串行外設接口 (SerialPeripheral Interface, SPI)連接，ZigBee無線通信模塊的電源端與3. 3V電壓轉(zhuǎn) 換電路連接。該節(jié)點擁有感知和采集環(huán)境參數(shù)、計算和處理數(shù)據(jù)、近距離無線通信的能力，并具 有低成本、低功耗的特點。與現(xiàn)有的空氣質(zhì)量監(jiān)測設備相比，有以下優(yōu)點1.可同時采集多種空氣質(zhì)量參數(shù)(包括氣壓、溫度、濕度、二氧化硫濃度、氮氧化 物濃度等)。2.數(shù)據(jù)通信能力強，覆蓋范圍廣。節(jié)點設備的ZigBee無線通信模塊采用CC2430 射頻芯片，提高了系統(tǒng)通信能力，改善了系統(tǒng)通信質(zhì)量。3.節(jié)點設備運行功耗低。節(jié)點設備的軟硬件系統(tǒng)均采用低功耗設計技術(shù)，降低了 能耗，節(jié)點設備可在野外長時間工作。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。如圖1所示，基于ZigBee無線技術(shù)的空氣質(zhì)量監(jiān)測節(jié)點包括電源管理模塊1、空氣 質(zhì)量參數(shù)采集模塊2、微處理器模塊3和ZigBee無線通信模塊4。電源管理模塊使用一塊YSD-12450鋰電池提供12V電源，通過電壓轉(zhuǎn)換電路1_2 和電壓轉(zhuǎn)換電路1-3產(chǎn)生3. 3V和12V電壓，為節(jié)點上各個模塊供電。電壓轉(zhuǎn)換電路1-2以 LM2596-12為核心芯片構(gòu)建，電壓轉(zhuǎn)換電路1_3以LM2596-3. 3為核心構(gòu)建?？諝赓|(zhì)量參數(shù)采集模塊包括溫濕度變送器2-1、氣壓變送器2-2、二氧化硫變送器 2-3、一氧化氮變送器2-4、二氧化氮變送器2-5和I/V轉(zhuǎn)換電路2_6。I/V轉(zhuǎn)換電路的核心 為運算放大器LM324。多種空氣質(zhì)量參數(shù)變送器輸出的電流信號通過I/V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)?6路0 3. 3v的電壓信號，送入微處理器模塊的A/D轉(zhuǎn)換器進行分析和處理，完成多種空氣 質(zhì)量的采集。微處理器模塊采用TI公司的MSP430F149低功耗處理器控制ZigBee無線通信模 塊，并對采集的空氣質(zhì)量參數(shù)作分析與處理。ZigBee無線通信模塊與微處理器模塊通過SPI接口連接，ZigBee無線通信模塊的電源端與3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路連接。本實用新型的工作過程為電源管理模塊的YSD-12450鋰電池提供12V電源。以 LM2596-12為核心構(gòu)成電壓轉(zhuǎn)換電路對多種空氣質(zhì)量參數(shù)變送器和I/V轉(zhuǎn)換電路提供12V 電壓。微處理器模塊可通過單刀單擲開關(guān)ISL43110控制12V電壓轉(zhuǎn)換電路，在節(jié)點不需要 采集空氣質(zhì)量參數(shù)的情況下，停止該電壓轉(zhuǎn)換電路對多種空氣質(zhì)量參數(shù)變送器和I/V轉(zhuǎn)換 電路供電，以降低節(jié)點能耗。以LM2590-3. 3為核心構(gòu)成電壓轉(zhuǎn)換電路對微處理器模塊和 ZigBee無線通信模塊提供3. 3V電壓。當微處理器模塊允許12V電壓轉(zhuǎn)換電路為多種空氣 質(zhì)量參數(shù)變送器和I/V轉(zhuǎn)換電路供電時，多種空氣質(zhì)量參數(shù)變送器采集空氣質(zhì)量參數(shù)，并 以4 20mA的電流信號輸入至I/V轉(zhuǎn)換電路，I/V轉(zhuǎn)換電路將電流信號轉(zhuǎn)換為0 3. 3V的 電壓信號，送入微處理器模塊3的多路12位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，完成空氣質(zhì)量參 數(shù)的采集，微處理器模塊對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行分析和處理，并將分析處理后的空氣質(zhì) 量參數(shù)通過SPI接口傳輸至ZigBee無線通信模塊，發(fā)送空氣質(zhì)量參數(shù)至鄰近節(jié)點或基站。本實用新型提供的基于ZigBee無線技術(shù)的空氣質(zhì)量監(jiān)測節(jié)點，作為整個空氣質(zhì) 量監(jiān)測系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)采集設備，實現(xiàn)了對多種空氣質(zhì)量參數(shù)的實時采集和無線傳輸。
權(quán)利要求一種基于ZigBee無線技術(shù)的空氣質(zhì)量監(jiān)測節(jié)點，包括電源管理模塊、空氣質(zhì)量參數(shù)采集模塊、微處理器模塊和ZigBee無線通信模塊，其特征在于電源管理模塊包括鋰電池、3.3V電壓轉(zhuǎn)換電路和12V電壓轉(zhuǎn)換電路，鋰電池為3.3V電壓轉(zhuǎn)換電路和12V電壓轉(zhuǎn)換電路提供電源；空氣質(zhì)量參數(shù)采集模塊包括溫濕度變送器、氣壓變送器、二氧化硫變送器、一氧化氮變送器、二氧化氮變送器和I/V轉(zhuǎn)換電路；空氣質(zhì)量參數(shù)采集模塊中的溫濕度變送器信號輸出端與I/V轉(zhuǎn)換電路的第一通道信號連接，氣壓變送器信號輸出端與I/V轉(zhuǎn)換電路的第二通道信號連接，二氧化硫變送器信號輸出端與I/V轉(zhuǎn)換電路的第三通道信號連接，一氧化氮變送器信號輸出端與I/V轉(zhuǎn)換電路的第四通道信號連接，二氧化氮變送器信號輸出端與I/V轉(zhuǎn)換電路的第五通道信號連接；微處理器模塊的控制端與12V電壓轉(zhuǎn)換電路信號連接，微處理器模塊的電源端與3.3V電壓轉(zhuǎn)換電路連接，微處理器模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口與I/V轉(zhuǎn)換電路連接；ZigBee無線通信模塊與微處理器模塊的串行外設接口連接，ZigBee無線通信模塊的電源端與3.3V電壓轉(zhuǎn)換電路連接。
專利摘要本實用新型涉及一種基于ZigBee無線技術(shù)的空氣質(zhì)量監(jiān)測節(jié)點?，F(xiàn)有的設備成本高、監(jiān)測范圍有限。本實用新型包括電源管理模塊、空氣質(zhì)量參數(shù)采集模塊、微處理器模塊和ZigBee無線通信模塊。電源管理模塊為空氣質(zhì)量參數(shù)采集模塊、微處理器模塊和ZigBee無線通信模塊供電，空氣質(zhì)量參數(shù)采集模塊中的多個變送器經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換電路后輸出信號至微處理器模塊，ZigBee無線通信模塊與微處理器模塊的串行外設接口連接。本實用新型實時性強、數(shù)據(jù)類型多樣、覆蓋范圍廣；通信能力強、傳輸速度快。
文檔編號G01N33/00GK201689531SQ20092020071
公開日2010年12月29日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者宋華華, 柴利, 蔣鵬, 陳歲生 申請人:杭州電子科技大學