基于无线传感器网络的饮用水安全监测装置

摘要

本发明公开了一种基于无线传感器网络的饮用水安全监测装置，现有技术的实时性较差，成本高，对数据源要求高，较难做到同步监测，本发明处理器模块控制模拟开关，选择为ZigBee模块、GPS模块、传感器模块提供电源，控制ZigBee模块、GPS模块、传感器模块的工作状态，传感器模块将采集到的数据发送到控制器，控制器将数据存储在外部存储设备或通过ZigBee模块将数据发送到其他设备节点或者基站，同时控制器通过ZigBee模块接收来自基站的命令，控制器通过GPS模块来定位设备的位置信息，并通过ZigBee模块将数据发送到基站。本发明系统成本低,监测网络部署便捷,监测精度高,监测网络可靠性高，适应性强。

主权项

基于无线传感器网络的饮用水安全监测装置，包括电源管理模块、通讯模块、外部存储模块、信号采集模块以及控制器模块；其特征在于：电源管理模块包括以LM2596S为核心的5V电压转换电路和以LM1117‑3.3为核心的3.3V电压转换电路，通讯模块包括RS232接口、JTAG接口、GPS模块接口和ZigBee模块接口，以LM2596S为核心的5V电压转换电路为通讯模块中的GPS模块接口、信号采集模块和以LM1117‑3.3为核心的3.3V电压转换电路提供5V电压；以LM1117‑3.3为核心的3.3V电压转换电路为控制器模块、外部存储模块、通讯模块中的JTAG接口、RS232接口和ZigBee模块接口提供3.3V电压；控制器通过模拟开关控制ZigBee模块接口和GPS模块接口的电源，信号采集模块自动采集饮用水环境的参数，并将数据发送到控制器模块，控制器将数据存储在外部存储模块或通过ZigBee模块接口将数据发送，同时控制器接受来自ZigBee模块接口的命令；控制器通过GPS模块接口来进行定位；5V电压转换电路包括电源管理芯片U1LM2596S、第一极性电容C1、第二极性电容C2、第一电感L1和稳压二极管D1，第一极性电容C1的正极与电源管理芯片U1 LM2596S的1引脚和12V电源连接，第一极性电容C1的负极、电源管理芯片U1LM2596S的3引脚、电源管理芯片U1LM2596S的5引脚、稳压二极管D1的阳极和第二极性电容C2的负极接地，电源管理芯片U1LM2596S的4引脚、第一电感L1的一端、第二极性电容C2的正极与电压输出端VDD5.0连接；电源管理芯片U1LM2596S的2引脚、第一电感L1的另一端和稳压二极管D1的阴极相连；3.3V电压转换电路包括第一滤波电容C4、第三极性电容C3、电源管理芯片LM1117、第四极性电容C5、第二滤波电容C6和发光二极管DS1，第一滤波电容C4的一端与VDD5.0电压输出端、第三极性电容C3的正极和电源管理芯片LM1117的3引脚连接，第一滤波电容C4的另一端和第三极性电容C3的负极、电源管理芯片LM1117的1引脚、第四极性电容C5的负极、第二滤波电容C6的一端和发光二极管DS1的阴极连接并接地，电源管理芯片LM1117的2引脚与第四极性电容C5的正极、第二滤波电容C6的另一端、发光二极管DS1的阳极连接并接VDD3.3电压输出端；5V和3.3V模拟开关电路包括第一模拟开关U5、第二开关二极管D2、第三开关二极管D3、第四开关二极管D4、第五开关二极管D5；第一模拟开关U5的7引脚和第一模拟开关U5的8引脚连接并接地；第一模拟开关U5的16引脚与VDD5.0电压输出端连接；第一模拟开关U5的3引脚与VDD5.0电压输出端连接；第一模拟开关U5的13引脚与VDD3.3电压输出端连接；第一模拟开关U5的9引脚与处理器LPC2368的P1_0引脚相连；第一模拟开关U5的10引脚与处理器LPC2368的P1_1引脚相连；第一模拟开关U5的6引脚与处理器LPC2368的P1_4引脚相连；第一模拟开关U5的2引脚与第二开关二极管D2的阳极相连；第一模拟开关U5的5引脚与第三开关二极管D3的阳极相连；第一模拟开关U5的14引脚与第四开关二极管D4的阳极相连；第一模拟开关U5的12引脚与第五开关二极管D3的阳极相连；第二开关二极管D2的阴极和第三开关二极管D3的阴极连接并与V‑GPS相连；第四开关二极管D4的阴极和第五开关二极管D5的阴极连接并与V‑ZB相连；5V模拟开关电路包括第二模拟开关U7、第六开关二极管D6、第七开关二极管D7、第八开关二极管D8和第九开关二极管D9；第二模拟开关U7的7引脚和第二模拟开关U7的8引脚连接并接地；第二模拟开关U7的16引脚与VDD5.0电压输出端连接；第二模拟开关U7的3引脚与VDD5.0电压输出端连接；第二模拟开关U7的13引脚与VDD5.0电压输出端连接；第二模拟开关U7的9引脚与处理器LPC2368的P1_10引脚相连；第二模拟开关U7的10引脚与处理器LPC2368的P1_9引脚相连；第二模拟开关U7的6引脚与处理器LPC2368的P1_8引脚相连；第二模拟开关U7的2引脚与第六开关二极管D6的阳极相连；第二模拟开关U7的5引脚与第七开关二极管D7的阳极相连；第二模拟开关U7的14引脚与第八开关二极管D8的阳极相连；第二模拟开关U7的12引脚与第九开关二极管D9的阳极相连；第六开关二极管D6的阴极和第七开关二极管D7的阴极连接并与VDD5‑2相连；第八开关二极管D8的阴极和第九开关二极管D9的阴极连接并与VDD5‑1相连；通信模块包括JTAG接口电路、串口通信电平转换电路和接插件；所述的JTAG接口电路包括第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第六电阻R6，第七电阻R7和JTAG接口CON1，JTAG接口CON1中的1引脚、2引脚、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端与VDD3.3相连；JTAG接口CON1中的4引脚与第七电阻R7的一端相连；JTAG接口CON1中的3引脚、第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端与处理器LPC2368的nTRST引脚相连； JTAG接口CON1中的5引脚、第五电阻R5的另一端与处理器LPC2368的TDI引脚相连；JTAG接口CON1中的7引脚、第四电阻R4的另一端与处理器LPC2368的TMS引脚相连；JTAG接口CON1中的9引脚、第三电阻R3的另一端与处理器LPC2368的TCK引脚相连；JTAG接口CON1中的6引脚与处理器LPC2368的TDO引脚相连；JTAG接口CON1中的8引脚与JTAG中的10引脚相连并接地；串口通信电平转换电路包括第四滤波电容C8，第五滤波电容C9，第六滤波电容C10，第七滤波电容C11和串口通信电平接口转换芯片U3 MAX3232；串口通信电平接口转换芯片U3 MAX3232的16引脚与VDD3.3相连；U3 MAX3232的1引脚与第四滤波电容C8的一端相连；U3 MAX3232的3引脚与第四滤波电容C8的另一端相连；U3 MAX3232的4引脚与第七滤波电容C11的一端相连；U3 MAX3232的5引脚与第七滤波电容C11的另一端相连；U3 MAX3232的11引脚与处理器LPC2368的P0_2引脚相连；U3 MAX3232的12引脚与处理器LPC2368的P0_3引脚相连；U3 MAX3232的10引脚与处理器LPC2368的P0_10引脚相连；U3 MAX3232的9引脚与处理器LPC2368的P0_11引脚相连；U3 MAX3232的2引脚与第六滤波电容C10的一端相连；U3 MAX3232的6引脚与第五滤波电容C9的一端相连；U3 MAX3232的15引脚与第五滤波电容C9的另一端、第六滤波电容C10的另一端相连并接地；U3 MAX3232的14引脚与串口COM1的2引脚相连；U3 MAX3232的13引脚与串口COM1的3引脚相连；U3 MAX3232的7引脚与串口COM2的2引脚相连；U3 MAX3232的8引脚与串口COM2的3引脚相连；串口COM1的5引脚接地，串口COM2的5引脚接地，串口COM1和串口COM2的其余引脚均架空；GP1E 电平接口所述的接插件电路包括GPS接口J1和ZigBee接口JP1，GPS接口J1的1引脚接地，GPS接口J1的2引脚与处理器LPC2368的P4_28引脚相连；GPS接口J1的3引脚与处理器LPC2368的P4_29引脚相连；GPS接口J1的4引脚与V‑GPS相连，GPS接口J1的5脚、6脚架空；ZigBee接口JP1的13引脚与V‑ZB相连；ZigBee接口JP1的15引脚与V‑ZB相连；ZigBee接口JP1的17引脚与V‑ZB相连；ZigBee接口JP1的21引脚、23引脚、25引脚、27引脚相连并接地；ZigBee接口JP1的18引脚与处理器LPC2368的P2_0引脚相连；ZigBee接口JP1的20引脚与处理器LPC2368的P2_1引脚相连，ZigBee接口JP1的其余引脚架空；外部存储模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、32Mb存储器SST25VF032 U4和第三滤波电容C7，32Mb存储器SST25VF032 U4的1引脚与处理器LPC2368的P0_16引脚相连，32Mb存储器SST25VF032 U4的2引脚与处理器LPC2368的P0_17引脚相连，32Mb存储器SST25VF032 U4的5引脚与处理器LPC2368的P0_18引脚相连，32Mb存储器SST25VF032 U4的6引脚与处理器LPC2368的P0_15引脚相连，32Mb存储器SST25VF032 U4的3引脚、处理器LPC2368的P0_25引脚和第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端接VDD3.3；32Mb存储器SST25VF032 U4的4引脚接地，32Mb存储器SST25VF032 U4的8引脚、第一电阻R1的一端和第三滤波电容C7的一端接VDD3.3，第三滤波电容C7的另一端接地，32Mb存储器SST25VF032 U4的7引脚与第一电阻R1另一端连接；信号采集模块包括传感器接口P1、运算放大器U6A LM324、第八电阻R8、第九电阻R9、第八滤波电容C12；传感器接口P1的3引脚接VDD5‑1；传感器接口P1的1引脚接地；传感器接口P1的2引脚、第九电阻R9的一端与第八电阻R8的一端相连；第八电阻R8的另一端、第八滤波电容C12的一端与运算放大器U6ALM324的3引脚相连；第九电阻R9另一端与第八滤波电容C12的另一端相连并接地；运算放大器U6ALM324的2引脚与运算放大器U6ALM324的1引脚相连并与处理器LPC2368的P1_31引脚相连；运算放大器U6ALM324的4引脚电源VDD5.0；运算放大器U6ALM324的11引脚接地；控制器模块为微处理器LPC2368，LPC2368的12引脚、10引脚、84引脚、42引脚、13引脚、96引脚、71引脚、54引脚、28引脚接VDD3.3；11引脚、83引脚、97引脚、72引脚、55引脚、41引脚、31引脚、15引脚接地，除了文中提及的引脚以外的引脚皆架空。