專利名稱：野外環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理裝置，采用低功耗和無線設(shè)計，適用于在無法連接供電及通信線路的野外條件下進行環(huán)境參數(shù)的檢測與報警。
背景技術(shù)：
目前使用較多的環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置需要依靠電網(wǎng)供電，其數(shù)據(jù)傳送需通過專用線路或借助于公共通信系統(tǒng)實現(xiàn)。如專利號為02210481.X，名稱為“環(huán)境參數(shù)智能遙測系統(tǒng)”的實用新型專利，雖然也使用無線方式傳輸數(shù)據(jù)，但其現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器設(shè)備較復(fù)雜，而且需要依靠電網(wǎng)供電。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種小型、廉價、功耗低和可靠性高的野外環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置，其現(xiàn)場檢測裝置自帶電源，電源管理模塊實現(xiàn)自帶電源的智能管理，以降低系統(tǒng)的功耗，數(shù)據(jù)傳輸采用小功率射頻發(fā)送模塊和高靈敏度射頻接收模塊，無外部引線，可方便靈活地獨立工作于野外環(huán)境。
野外環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置由現(xiàn)場檢測裝置與中央監(jiān)測站構(gòu)成。
現(xiàn)場檢測裝置由參數(shù)檢測模塊、單片機系統(tǒng)、射頻發(fā)送模塊、電源管理模塊和自帶電源構(gòu)成，其中單片機系統(tǒng)與參數(shù)檢測模塊相連控制檢測數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)送入射頻發(fā)送模塊，以無線方式進行發(fā)送；電源管理模塊與自帶電源相連給參數(shù)檢測模塊和射頻發(fā)送模塊供電，且電源管理模塊受單片機系統(tǒng)控制。
現(xiàn)場檢測裝置由單片機系統(tǒng)控制定時工作，工作時單片機系統(tǒng)控制電源管理模塊給參數(shù)檢測模塊和射頻發(fā)送模塊供電，空閑時電源管理模塊關(guān)閉參數(shù)檢測模塊和射頻發(fā)送模塊的電源，實現(xiàn)低功耗管理?，F(xiàn)場檢測裝置平時處于低功耗的待機狀態(tài)，單片機內(nèi)部定時器定時中斷喚醒進入工作狀態(tài)，在完成一次參數(shù)檢測、處理和發(fā)送過程后，再回到待機狀態(tài)。特殊情況下，可由報警事件喚醒，發(fā)送報警信號后，再回到待機狀態(tài)。系統(tǒng)管理及數(shù)據(jù)采集、處理和發(fā)送程序固化于單片機內(nèi)部，自帶電源可以是干電池或充電電池。
中央監(jiān)測站由射頻接收模塊和上位機構(gòu)成，射頻接收模塊接收現(xiàn)場檢測裝置傳送來的數(shù)據(jù)，送入上位機進行處理、顯示和保存。
現(xiàn)場檢測裝置使用小功率(無線電管理條例允許的功率，例如＜500mW)射頻發(fā)送模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，中央監(jiān)測站使用高靈敏度(例如≤0.3μV)射頻接收模塊接收數(shù)據(jù)。射頻接收模塊和上位機之間通過RS-232C串行接口連接，上位機以中斷方式接收數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行處理、顯示和存儲，并可進行報警處理，接收過程采用后臺方式工作。
本技術(shù)方案相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(1)自帶電源，低功耗工作，可在無法提供任何電源的野外環(huán)境中進行參數(shù)檢測。
(2)小功率發(fā)送和高靈敏度接收系統(tǒng)可在無線電管理條例允許的條件下進行無線收發(fā)，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離和分散測量點的數(shù)據(jù)傳送。
(3)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計精煉緊湊、體積小、機動性強、價格低廉。
(4)中央監(jiān)控站上位機軟件采用中斷方式接收數(shù)據(jù)，接收過程采用后臺方式工作，節(jié)省上位機資源，不需要專用的上位機，并保證實時接收數(shù)據(jù)。
(5)適用于無供電和無布線條件的分散系統(tǒng)工程遠(yuǎn)程監(jiān)測與報警，如環(huán)境監(jiān)測，水文檢測，林區(qū)保護和農(nóng)田管理等多種領(lǐng)域。


圖1為野外環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置框圖。
圖2為現(xiàn)場檢測裝置原理圖。
圖3為現(xiàn)場檢測裝置管理程序流程圖。
圖4為中央監(jiān)測站管理程序結(jié)構(gòu)圖。
圖5為上位機界面。
圖6為保存數(shù)據(jù)格式。
具體實施方式
圖1為野外環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置框圖，單片機系統(tǒng)控制參數(shù)檢測模塊檢測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)處理后送入射頻發(fā)送模塊，以無線方式進行發(fā)送；自帶電源通過電源管理模塊給參數(shù)檢測模塊和射頻發(fā)送模塊供電，電源管理模塊受單片機系統(tǒng)控制；中央監(jiān)測站由射頻接收模塊和上位機構(gòu)成，射頻接收模塊接收現(xiàn)場檢測裝置傳送來的數(shù)據(jù)，送入上位機進行處理、顯示和保存。
圖2為現(xiàn)場檢測裝置原理圖，圖中參數(shù)檢測模塊使用8通道10位串行A/D轉(zhuǎn)換電路MAX192，初始化編程將其設(shè)定為外時鐘方式，差分輸入，每兩個通道組成一個模擬量輸入端口，分別與傳感器相連。
單片機采用AT89C2051，P1.4～P1.7與MAX192連接，P1.7輸出MAX192所需的串行時鐘SCLK，P1.6輸出MAX192的片選信號/CS，P1.5連接MAX192的DIN引腳，串行輸出MAX192工作方式的控制字，P1.4用于接收由MAX192通過DOUT端串行輸出的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果(10位數(shù)據(jù))。
時鐘信號由單片機內(nèi)部定時器定時，用軟件方法產(chǎn)生。在/CS為低電平期間，由SCLK的每個上升沿從DIN端逐位移入控制字，用以選擇MAX192的工作方式及選擇啟動某一通道進行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的10位數(shù)字信號同樣由SCLK同步，逐位通過DOUT端移出。
單片機的P3.0(RxD)和P3.1(TxD)連接至射頻發(fā)送模塊C11T的TxD和RxD端，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過P3.1引腳串行送至射頻發(fā)送模塊的RxD端，并由射頻發(fā)送模塊用無線方式向外發(fā)送。
單片機的P3.3接報警器，作為單片機的外部中斷輸入，使系統(tǒng)進入報警狀態(tài)。報警條件可以是電源電壓低，也可以是其他情況。
電源管理電路MAX603A用于管理參數(shù)檢測模塊和射頻發(fā)送模塊的電源。單片機的P1.2與MAX603A的OFF端相連，由單片機控制MAX603A在需要采集和發(fā)送數(shù)據(jù)時接通電源，而平時將電源關(guān)斷，從而實現(xiàn)低功耗工作。
現(xiàn)場檢測模塊的工作過程如圖3所示，單片機在進行必要的初始化操作之后，開中斷并啟動定時器1工作，然后控制MAX603A關(guān)斷電源，并設(shè)置單片機進入待機方式，使整個裝置進入低功耗狀態(tài)，此時工作電流小于6mA。單片機由中斷喚醒，中斷源可為定時器1定時時間到中斷或報警中斷。定時中斷服務(wù)程序控制MAX603A接通模塊電源，激活系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，然后啟動MAX192進行A/D轉(zhuǎn)換，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并通過串行口送往射頻發(fā)送模塊發(fā)送；報警中斷服務(wù)程序進行報警處理。中斷返回后主程序重新啟動定時器1，控制MAX603A關(guān)斷電源，并使AT89CS2051再次進入待機方式。
射頻接收模塊C11R位于中央監(jiān)測室內(nèi)，射頻接收模塊接收到的數(shù)據(jù)通過RS-232C串行口送至作為上位機的通用微型計算機，由上位機進行處理、顯示或報警，接收過程采用后臺方式工作。
上位機的工作過程如圖4所示，程序執(zhí)行后首先對定時器和串行口進行初始化，設(shè)置為中斷工作方式，然后進入事件等待狀態(tài)。當(dāng)有接收數(shù)據(jù)時產(chǎn)生串行口中斷，首先接收射頻接收模塊送來的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理，然后顯示時間和數(shù)據(jù)，同時將時間和數(shù)據(jù)保存在硬盤上的數(shù)據(jù)文件中。上位機界面和保存數(shù)據(jù)的格式分別如圖5和圖6所示。定時器中斷時，顯示系統(tǒng)時間。
權(quán)利要求1.一種野外環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置，由現(xiàn)場檢測裝置與中央監(jiān)測站構(gòu)成，其特征在于現(xiàn)場檢測裝置由參數(shù)檢測模塊、單片機系統(tǒng)、射頻發(fā)送模塊、電源管理模塊和自帶電源構(gòu)成，其中單片機系統(tǒng)與參數(shù)檢測模塊相連控制檢測數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)送入射頻發(fā)送模塊，以無線方式進行發(fā)送；電源管理模塊與自帶電源相連給參數(shù)檢測模塊和射頻發(fā)送模塊供電，且電源管理模塊受單片機系統(tǒng)控制；中央監(jiān)測站由射頻接收模塊和上位機構(gòu)成，射頻接收模塊接收現(xiàn)場檢測裝置傳送來的數(shù)據(jù)，送入上位機進行處理、顯示和保存。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置，其特征在于現(xiàn)場檢測裝置由單片機系統(tǒng)控制定時工作，工作時單片機系統(tǒng)控制電源管理模塊給參數(shù)檢測模塊和射頻發(fā)送模塊供電，空閑時電源管理模塊關(guān)閉參數(shù)檢測模塊和射頻發(fā)送模塊的電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置，其特征在于自帶電源可以是干電池或充電電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置，其特征在于現(xiàn)場檢測裝置使用小功率射頻發(fā)送模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，中央監(jiān)測站使用高靈敏度射頻接收模塊接收數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置，其特征在于射頻接收模塊和上位機之間通過RS-232C串行接口連接，上位機以中斷方式接收數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理、顯示和存儲，接收過程采用后臺方式工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的野外環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置，其特征在于電源管理模塊為MAX603A。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的野外環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置，其特征在于參數(shù)檢測模塊為MAX192。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的野外環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置，其特征在于單片機系統(tǒng)為AT89C2051。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的野外環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置，其特征在于射頻發(fā)送模塊為C11T。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的野外環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置，其特征在于射頻接收模塊為C11R。
專利摘要一種野外環(huán)境參數(shù)檢測報警裝置，由現(xiàn)場檢測裝置與中央監(jiān)測站構(gòu)成，現(xiàn)場檢測裝置由參數(shù)檢測模塊、單片機系統(tǒng)、射頻發(fā)送模塊、電源管理模塊和自帶電源組成，單片機系統(tǒng)控制參數(shù)檢測模塊檢測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)處理后送入射頻發(fā)送模塊，以無線方式進行傳送，自帶電源通過電源管理模塊給參數(shù)檢測模塊和射頻發(fā)送模塊供電；中央監(jiān)測站由射頻接收模塊和上位機構(gòu)成，射頻接收模塊接收現(xiàn)場檢測裝置傳送來的數(shù)據(jù)，用串行中斷方式送入上位機進行處理、顯示和保存。本系統(tǒng)適用于無供電、無布線條件的分散系統(tǒng)工程遠(yuǎn)程參數(shù)檢測與報警，如環(huán)境監(jiān)測、林區(qū)保護、農(nóng)田管理、水文監(jiān)測和氣象監(jiān)測等多種領(lǐng)域。
文檔編號G06F17/40GK2660596SQ20032012978
公開日2004年12月1日 申請日期2003年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月24日
發(fā)明者葛紉秋, 郭書軍, 關(guān)鴻權(quán), 王玉花 申請人:北方工業(yè)大學(xué)