物聯(lián)網(wǎng)智能水質(zhì)ph值感知終端裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型物聯(lián)網(wǎng)智能水質(zhì)PH值感知終端裝置，主要由感知模塊1，控制模塊2，ZigBee無線通信模塊3以及電源模塊4組成，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)PH值數(shù)據(jù)信息的采集、傳輸功能。物聯(lián)網(wǎng)智能水質(zhì)PH值感知終端裝置部署于監(jiān)測(cè)區(qū)域，以自組織方式形成網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)采用多跳通信方式，隨機(jī)分配地址方案，支持一對(duì)多、多對(duì)一、源路由等路由算法，支持大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)容量，網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性好，功耗低。終端協(xié)同處理感知的監(jiān)測(cè)區(qū)域信息通過網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程傳輸至監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理、分析水質(zhì)PH值數(shù)據(jù)，對(duì)異常情況報(bào)警等功能。本實(shí)用新型具有部署安裝靈活、維護(hù)方便、成本低、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】物聯(lián)網(wǎng)智能水質(zhì)PH值感知終端裝置
一、【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型物聯(lián)網(wǎng)智能水質(zhì)PH值感知終端裝置，涉及一種水質(zhì)PH值短距離信息采集，無線傳輸、中轉(zhuǎn)其它物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)分析、處理，異常報(bào)警的設(shè)備，采用無線通信技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、Internet網(wǎng)絡(luò)信息管理技術(shù)以及自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。本實(shí)用新型物聯(lián)網(wǎng)智能水質(zhì)PH值感知終端裝置，能夠感知監(jiān)測(cè)區(qū)域水質(zhì)PH值參數(shù)，對(duì)感知的參數(shù)進(jìn)行分析，融合并對(duì)超限PH值進(jìn)行異常處理，適合環(huán)保部門、工廠、樓宇等重要場(chǎng)所的水質(zhì)信息的智能監(jiān)控。
二、【背景技術(shù)】
[0002]物聯(lián)網(wǎng)是通過信息感知設(shè)備，按約定的協(xié)議實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，其主要特征是通過射頻識(shí)別、傳感器等方式獲取物理世界的各種信息，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的傳送與交互，采用智能計(jì)算技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行分析、處理，從而提高對(duì)物質(zhì)世界的感知能力，實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控制。
[0003]水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法往往受布線、成本、安裝部署的靈活性等多種因素制約，難以滿足環(huán)保部門、工廠水污染處理等重要場(chǎng)所的水質(zhì)監(jiān)測(cè)監(jiān)控的管理需求，限制了水質(zhì)監(jiān)測(cè)的智能化水平的提高。本實(shí)用新型正是針對(duì)上述問題給出的一種全新解決方案，采用E-201PH值傳感器，以CC2530為核心的控制模塊和ZigBee無線通信模塊，實(shí)現(xiàn)PH值數(shù)據(jù)感知、無線傳輸、自組織網(wǎng)絡(luò)等多功能于一體的智能感知終端裝置。
三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](I)發(fā)明目的
[0005]本實(shí)用新型物聯(lián)網(wǎng)智能水質(zhì)PH值感知終端裝置目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，開發(fā)一種基于物聯(lián)網(wǎng)智能PH值感知裝置，具有短距離數(shù)據(jù)感知、無線傳輸以及自組織網(wǎng)絡(luò)功能，能夠利用3G網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，并由上位機(jī)監(jiān)控中心對(duì)PH值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、異常情況進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。
[0006](2)技術(shù)方案
[0007]本實(shí)用新型物聯(lián)網(wǎng)智能水質(zhì)PH值感知終端裝置主要由感知模塊1、控制模塊2、ZigBee無線通信模塊3以及電源模塊4組成。感知模塊主要由E-201PH值傳感器采集模擬信號(hào)，由軟件程序?qū)崿F(xiàn)A / D轉(zhuǎn)換，其中ADC電壓采用差分模式，提高信號(hào)精度，去掉共有的誤差干擾，經(jīng)過A / D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由控制模塊2對(duì)其進(jìn)行處理?？刂颇K2采用CC2530的增強(qiáng)型8051內(nèi)核控制器，高達(dá)256KB閃存和20KB的擦除周期，支持無線更新和大型應(yīng)用程序；可編程輸出功率達(dá)+4dBm，在掉電模式下，只有睡眠定時(shí)器運(yùn)行時(shí)，僅有不到IuA的電流損耗，具有低功耗特性；ZigBee無線通信模塊3采用RX和TX端口收發(fā)數(shù)據(jù)，采用CC2530的DSSS直接序列擴(kuò)頻通信方式的射頻收發(fā)器，具有高靈敏度和強(qiáng)抗干擾能力，使用ZigBee-Pro協(xié)議自組織成網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多跳通信方式傳輸數(shù)據(jù)，支持大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)通信，網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性強(qiáng)，并支持一對(duì)多，多對(duì)一，源路由等路由算法；電源模塊4采用AMSl117實(shí)現(xiàn)+5v電源電壓到+3.3v電壓的轉(zhuǎn)換。
[0008](3)技術(shù)效果
[0009]物聯(lián)網(wǎng)智能水質(zhì)PH值感知終端裝置是一種融合了無線通信技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備，本實(shí)用新型采用無線通信方式，自組織成網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)間通信采用多跳通信方式，具有安裝、部署靈活，可擴(kuò)展性強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)方便、信息化、自動(dòng)化和智能化程度高等優(yōu)勢(shì)，尤其適用于環(huán)保部門、水污染處理等重要場(chǎng)所的水質(zhì)監(jiān)控領(lǐng)域，無需使用大量人力資源進(jìn)行安裝、布線、巡視及檢修，對(duì)于提升自動(dòng)化管理水平，降低管理成本具有顯著效果，有十分廣闊的應(yīng)用前景和工程應(yīng)用、市場(chǎng)推廣價(jià)值。
四、【專利附圖】

【附圖說明】:
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0011]圖1是本實(shí)用新型原理框圖
[0012]圖2是本實(shí)用新型控制模塊和ZigBee無線通信模塊的集成模塊原理圖
[0013]圖3是本實(shí)用新型ZigBee無線通信模塊插座原理圖
[0014]圖4是本實(shí)用新型JTAG調(diào)試接口原理圖
[0015]圖5(a)是本實(shí)用新型電源模塊外接電源原理圖
[0016]圖5(b)是本實(shí)用新型電源模塊干電池供電原理圖
[0017]圖6是物聯(lián)網(wǎng)智能水質(zhì)PH值感知裝置收發(fā)數(shù)據(jù)流程圖
五、【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步說明:
[0019]參照?qǐng)D1，圖1表示實(shí)用新型原理框圖。本實(shí)用新型裝置的硬件基于TI公司的CC2530芯片為核心，實(shí)現(xiàn)一種具有計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和無線通信能力的感知設(shè)備。硬件連接包括:感知模塊、控制模塊、ZigBee無線通信模塊以及電源模塊。其中感知模塊通過P0.0和P0.1腳與控制模塊相連，控制模塊與ZigBee無線通信模塊集成在一個(gè)芯片上，電源模塊為感知模塊、控制模塊以及ZigBee無線通信模塊提供正常的工作電壓。感知模塊包括PH值傳感器以及A / D轉(zhuǎn)換功能，ADC支持7位到12位的分辨率，分別在30KHz或4KHz的帶寬，ADC可以自動(dòng)執(zhí)行定期抽樣或轉(zhuǎn)換通道序列；控制器模塊包括處理器和存儲(chǔ)器兩部分；ZigBee無線通信模塊包括網(wǎng)絡(luò)層、MAC層以及射頻收發(fā)器相應(yīng)功能。
[0020]參照?qǐng)D2，圖2表示本實(shí)用新型的控制模塊與ZigBee無線通信模塊的集成模塊原理圖。本實(shí)用新型集成模塊選用CC2530核心芯片，符合ZigBee-PiO協(xié)議規(guī)范，自組織網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)容量，可擴(kuò)展性強(qiáng)，能夠滿足以ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)的
2.4GHz ISM頻段應(yīng)用對(duì)低成本、低功耗的特殊要求。它結(jié)合了一個(gè)高性能2.4GHz直接序列擴(kuò)頻射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)增強(qiáng)型8051控制器。8051CPU內(nèi)核是一個(gè)單周期的8051兼容內(nèi)核。它有三種不同的內(nèi)存訪問總線，單周期訪問SFR，DATA和主SRAM。外部時(shí)鐘由32MHz晶振和兩個(gè)負(fù)載電容提供，復(fù)位電路通過一個(gè)4.7K上拉電阻的按鍵復(fù)位提供。
[0021]參照?qǐng)D3，圖3表示本實(shí)用新型ZigBee無線通信模塊插座原理圖。圖中的JPl，JP2分別為本實(shí)用新型ZigBee無線通信模塊插座的左邊和右邊的引腳圖。插座左邊JPl的I腳接CC2530芯片的P0.7，2腳接P0.6，3腳接P0.5，4腳接P0.4，5腳接TX發(fā)送端引腳，6腳接RX接收端引腳，7腳接P0.1，8腳接P0.0，9腳接Pl.0，10腳接Pl.1 ;插座右邊JP2的I腳接地，2腳接電源，3腳接P2.2，4腳接P2.1，5腳接Pl.4，6腳接Pl.5，7腳接REST引腳實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能，8腳接Pl.6,9腳接P2.0,10腳接PL 7。
[0022]參照?qǐng)D4，圖4表示本實(shí)用新型JTAG調(diào)試接口原理圖。JTAG調(diào)試接口、電源指示燈，按鍵等均通過底板擴(kuò)展。JATG的I腳接地，2腳接電源，3腳接CC2530的？2.2，4腳接P2.1，7腳接RESET實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能，其它引腳均處于懸空狀態(tài)。
[0023]參照?qǐng)D5(a)，圖5(a)表示本實(shí)用新型電源模塊外接電源原理圖。外接電源供電方式中使用的核心芯片是AMS1117，AMS1117的I腳接地，3腳接輸入信號(hào)，2腳為輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)+5V電源電壓到+3.3V的轉(zhuǎn)換。
[0024]參照?qǐng)D5(b),圖5(b)表不本實(shí)用新型電源模塊干電池供電原理圖。干電池供電方式，主要采用六腳開關(guān)實(shí)現(xiàn)，六腳開關(guān)的I腳與6腳相連接干電池正極2腳接VCC，3腳與4腳相連輸出+3.3V電壓，5腳接300 Ω電阻和LED指示燈再接地。
[0025]參照?qǐng)D6，圖6表示本實(shí)用新型物聯(lián)網(wǎng)智能水質(zhì)PH值感知裝置收發(fā)數(shù)據(jù)流程圖。在Z-Stack協(xié)議棧的應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)PH值采集數(shù)據(jù)的A / D轉(zhuǎn)換、計(jì)算、處理、數(shù)據(jù)無線收發(fā)功能。PH值感知終端裝置先進(jìn)行設(shè)備初始化后，進(jìn)行信道掃描選擇合適的信道準(zhǔn)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，選擇了合適的信道后，需要判斷收發(fā)接收到信標(biāo)，若接收到，就發(fā)送加入網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，待加入網(wǎng)絡(luò)成功后，記錄PH值傳感器采集的數(shù)據(jù)，并判斷是否與上次采集的數(shù)據(jù)相同，若不相同就發(fā)送采集的數(shù)據(jù)，完成任務(wù)后可進(jìn)行休眠，定時(shí)喚醒狀態(tài)，降低物聯(lián)網(wǎng)水質(zhì)PH值智能感知裝置的功耗。
【權(quán)利要求】
1.物聯(lián)網(wǎng)智能水質(zhì)PH值感知終端裝置，其特征在于:系統(tǒng)主要由感知模塊(I)、控制模塊(2)、ZigBee無線通信模塊(3)以及電源模塊(4)組成，感知模塊(I)主要采用E-201PH值傳感器采集PH值模擬信號(hào)，并通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)由控制模塊(2)處理，控制模塊(2)對(duì)PH值數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，誤差處理后由ZigBee無線通信模塊(3)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無線傳輸，所有模塊都必須由電源模塊(4)提供正常工作時(shí)的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物聯(lián)網(wǎng)智能水質(zhì)PH值感知終端裝置，其特征在于:所使用的控制模塊(2)采用的核心芯片是CC2530的增強(qiáng)型8051控制器；ZigBee無線通信模塊(3)采用的是CC2530的直接序列擴(kuò)頻通信射頻收發(fā)器，采用2.4GHz ISM免費(fèi)頻段通信，遵循ZigBee-Pro協(xié)議，采用Ζ-Stack協(xié)議棧搭載ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，支持多跳通信方式傳輸數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物聯(lián)網(wǎng)智能水質(zhì)PH值感知終端裝置，其特征在于:所使用的電源模塊(4)采用外接電源和干電池供電兩種方式；外接電源供電方式中主要采用AMSl117核心芯片，將+5V電源電壓轉(zhuǎn)換成+3.3V電壓，干電池供電方式采用兩節(jié)干電池供電。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK203433657SQ201320117059
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】顧相平, 胡榮林, 楊艷, 金鷹 申請(qǐng)人:淮陰工學(xué)院