一种水环境监测节点制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于ＺｉｇＢｅｅ无线技术的水环境监测节点。现有技术监测周期长、劳动强度大，无法反映水环境动态变化。本实用新型专利技术包括电源管理模块、水质参数采集模块、微处理器模块以及ＺｉｇＢｅｅ射频模块。该设备采用ＭＳＰ４３０Ｆ１４９微处理器分析和处理水环境参数，并控制ＺｉｇＢｅｅ射频模块与水质参数采集模块的工作状态。微处理器通过自身集成的１２位Ａ／Ｄ转换器与水质参数采集模块互连，通过ＳＰＩ串行接口与ＺｉｇＢｅｅ射频模块互连，同时还通过模拟开关控制电源管理模块供电。本实用新型专利技术成本低、功耗低，能够长期置于水环境中，对水体环境进行多参数实时监测，并完成数据的高效传输。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

Water environment monitoring node

The utility model relates to a water environment monitoring node based on ZigBee wireless technology. The existing technology has the advantages of long monitoring period and high labor intensity, which can not reflect the dynamic change of water environment. The utility model comprises a power supply management module, a water quality parameter acquisition module, a microprocessor module and a ZigBee radio frequency module. The equipment uses MSP430F149 microprocessor to analyze and deal with the water environment parameters, and control the working state of the ZigBee RF module and the water quality parameter acquisition module. Through its own microprocessor integrated 12 bit A / D converter and water quality parameter acquisition module connected through the SPI serial interface and ZigBee RF module interconnection, but also through the analog switch control power supply management module. The utility model has the advantages of low cost and low power consumption, and can be placed in the water environment for a long time.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种可用于水环境监测的无线传感器网络节点设备，该设备采用低功耗处理器和高效的ZigBee无线传输技术，属于无线通信和嵌入式系统

技术介绍
水环境监测是水资源管理与保护的重要手段，我国水资源紧缺、水 污染严重，如何高效、实时、准确地获取水环境参数，研究开发网络化、 智能化的水环境实时监测系统已成为迫切需要。现有的水环境监测方法主要分为两种1)采用便携式水质监测仪人 工采样、实验室分析的方式；2)采用由远程监测中心和若干个监测子站 组成的水环境自动监测系统。前者无法对水环境参数远程实时监测，存 在监测周期长、劳动强度大、数据采集慢等问题，无法反映水环境动态 变化，不易及早发现污染源并报警。后者虽能较好解决上述存在的问题， 但由于有预先铺设电缆和建立多个监测子站的施工要求，故有系统成本 高、监测水域范围有限、易对监测区域造成破环等缺点。无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)作为一项新 兴的技术，是由部署在监测区域内大量的廉价微型节点组成，通过无线 通信方式形成一个多跳的自组织网络，协作地采集和处理监测区域中的 感知对象信息，并发送给观察者。它的出现产生了一种全新的信息获取 和处理模式，结合不同类型的传感器，在环境监测、军事侦查、智能家 居、智能交通、工业控制等众多领域有着广阔的应用前景。基于无线传 感器网络的水环境实时监测系统是无线传感器网络在环境监测方面的典 型应用。与现有的水环境自动监测系统相比，基于无线传感器网络的水 环境监测系统具有对生态环境影响小、监测密度高且范围广、系统成本 低等优点。目前，基于无线传感器网络的水环境实时监测系统，国外比较典型的代表有美国Heliosware公司的EMNET系统和澳大利亚CSIR0的Fleck 系统。E丽ET系统可测量水压、PH值、电导率、溶解氧等参数，无线通 信频段为900MHz，速率为9. 8 kbps; Fleck系统主要测量的指标是PH 值、水温、电导率，无线通信频率为433MHz，速率72 kbps。上述两种 系统可采集参数种类较少、不提供对水环境的视频监测功能、通信速率 低、产品体积较大、功耗较高，仅适合用作研究，目前尚不能作为实用 系统在现场使用。基于无线传感器网络的监测系统通常包括传感器节点、数据基站、 监测中心。大量传感器节点部署在监测区域中，以自组方式构成网络， 传感器节点采集感兴趣的环境信息并路由至数据基站，由数据基站通过 有线或无线方式送至远程监测中心，用户通过监测中心对传感器网络进 行配置和管理，发布监测内容以及收集监测数据。通常情况下，监测区 域类型多样、环境复杂，有线传输方式存在布线困难、成本高等缺点， 很难满足数据传输的要求，而无线传输则具有组网简单方便、成本低、 不受地理环境影响等优点，可很好地实现监测系统中数据传输的要求。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于ZigBee 无线技术的传感器网络监测节点。克服现有水环境监测装置监测周期长、 实效性差、劳动强度大、监测水域范围有限、系统成本高以及对水体的 生态环境造成破坏等问题。该节点成本低、功耗低，能够长期置于水环 境中，对水体参数进行多参数实时监测。通过ZigBee无线技术进行数据 传输，无需铺设电缆和建立多个监测子站。本技术的水环境监测节点包括微处理器模块、ZigBee射频模块、 电源管理模块和水质参数采集模块。微处理器模块分别与水质参数采集 模块中的放大电路以及ZigBee射频模块连接；电源管理模块分别与其他 模块连接，为其供电。微处理器模块采用TI公司的MSP430F149低功耗处理器，用于控制 ZigBee射频模块与传感器网络节点、以及网关基站间的通信，并对采集 的水环境参数作简单的分析与处理。ZigBee射频模块采用CC2420射频芯片，用于实现无线传感器网络的 数据监测节点与基站设备间的通信。通过SPI接口与MSP430F149处理器 互连。ZigBee射频模块支持2. 4GHz ZigBee/ IEEE802. 15. 4标准，可与 分布于监测水域内的数据监测节点以及基站通信。电源管理模块使用两节3. 6V的LS14500C电池，串联形成7. 2V电源， 通过电压转换电路产生3. 3V和5V电压，为节点上各个模块供电。水质参数采集模块采用E+H公司的水质参数传感器，用于完成水温、 PH值、浊度、电导率、溶解氧含量的数据采集。传感器输出的微弱电压、 电流信号通过放大电路，转变为标准电压信号。MSP430F149低功耗处理 器对放大电路输出的标准信号进行分析和处理，可实现多种水质参数的 采集(包括包括水温、PH值、浊度、电导率、溶解氧含量等)。本技术的基于ZigBee无线技术的水环境监测节点可采集多种水 质参数(包括水温、ra值、浊度、电导率、溶解氧含量等)，对水质参数 进行简单处理，并通过ZigBee无线通信方式将采集处理后的数据发送至 基站。同时节点可接收基站发送的控制指令，并根据指令要求完成相应 操作(包括配置数据监测节点、控制节点工作状态、查询和收集相关信 息等)。该节点拥有传感、计算与通信能力，具有低成本、低功耗的特点，与现有的水环境实时自动监测系统相比，有以下优点1. 可同时采集多种水质参数、数据采集覆盖范围广。本技术可实时采集、传输多种水质参数(包括水温、PH值、浊度、电导率、溶解氧含量等)。传感器节点部署方便，不受地理环境的约束，可以监测大范围 水域的水质变化情况。2. 数据通信能力强。采用新2)传感器多点密集部署密集部署的多个传感器节点可以对地理分布范围较广的每个小水域的水环境参数进行检 测，并通过对大量冗余信息的智能信息处理提高参数检测的精度。3. 节点设备环境适应性强。节点各部件均采用符合工业级标准的器件， 在野外恶劣的环境条件下具有较强的适应能力。应用电源管理模块、低功耗处理器(MSP430F149)以及低功耗传输模式(ZigBee)，延长了节点 在野外的生存时间。4. 数据处理速度快，功能强。本技术使用16位高性能的MSP430F149 作为处理器。提高了数据处理以及数据传输能力，同时增强了系统可靠 性并有利于今后的系统升级和功能更新。5. 电路结构清晰，工作稳定可靠。节点设备各功能模块和接口定义清 晰，其中MSP430F149处理器作为整个节点设备的控制中心，协调各功能 模块完成数据的采集、处理及传输功能。6. 系统成本低相对于现有的水环境自动监测系统和人工采样实验室 分析方法，设备和人工的费用大大降低。附图说明图1为本技术的整体结构示意图2为本技术的水质参数信号流示意图3为基于无线传感器网络的水环境监测系统整体构架示意具体实施方式以下结合附图对本技术提供的无线传感器网络节点设备作进一歩描述。图1为本技术提供的可用于水环境监测的无线传感器网节点设 备的结构原理框图，该基站设备包括电源管理模块1、水质参数采集模块2、微处理器模块3以及ZigBee射频模块CC2420 4四部分。各模块 中均采用现有成熟技术。其中，电源管理模块l包括两节3. 6V的LS14500C电池，串联形成7. 2V 电源1-1，标称容量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水环境监测节点，包括微处理器模块、ＺｉｇＢｅｅ射频模块、电源管理模块和水质参数采集模块，其特征在于微处理器模块分别与水质参数采集模块中的放大电路以及ＺｉｇＢｅｅ射频模块连接；电源管理模块分别与其他模块连接，为其供电；其中　微处理器模块采用ＭＳＰ４３０Ｆ１４９低功耗处理器，用于控制ＺｉｇＢｅｅ射频模块与传感器网络节点、以及网关基站间的通信，并对采集的水环境参数作简单的分析与处理；　ＺｉｇＢｅｅ射频模块采用ＣＣ２４２０射频芯片，通过ＳＰＩ接口与ＭＳＰ４３０Ｆ１４９低功耗处理器互连；ＺｉｇＢｅｅ射频模块支持２．４ＧＨｚ　ＺｉｇＢｅｅ／ＩＥＥＥ８０２．１５．４标准，用于实现无线传感器网络的数据监测节点与基站设备间的通信；　电源管理模块使用两节３．６Ｖ的ＬＳ１４５００Ｃ电池，串联形成７．２Ｖ电源，通过电压转换电路产生３．３Ｖ和５Ｖ电压，为节点上各个模块供电；　水质参数采集模块采用水质参数传感器，用于完成水温、ＰＨ值、浊度、电导率、溶解氧含量的数据采集；传感器输出的微弱电压、电流信号通过放大电路，转变为标准电压信号；ＭＳＰ４３０Ｆ１４９低功耗处理器对放大电路输出的标准信号进行分析和处理，完成多种水质参数的采集。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋鹏，夏宏博，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]