一種無線水質氨氮監測裝置製造方法
2023-08-08 10:52:16
一種無線水質氨氮監測裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種無線水質氨氮監測裝置，包括至少一個傳感器節點及與所述傳感器節點通過ZigBee網絡連接的匯聚節點；傳感器節點包括水質氨氮傳感器、信號調理模塊、處理模塊和第一ZigBee模塊；水質氨氮傳感器，用於採集水質氨氮參數數據；信號調理模塊，用於接收水質氨氮傳感器採集的氨氮參數數據，並對數據進行放大轉化；處理模塊，用於接收信號調理模塊調理後的數據，並將數據通過串口通訊傳輸給第一ZigBee模塊；匯聚節點包括第二ZigBee模塊、控制模塊、GPRS模塊和監測終端；第二ZigBee模塊，通過ZigBee網絡接收來自第一ZigBee模塊發送的數據；控制模塊，用於接收第二ZigBee模塊傳輸的數據，並將數據通過串口通訊傳輸給GPRS模塊；GPRS模塊，用於通過GPRS網絡將接收到的數據傳輸給監測終端。本實用新型能夠遠程、實時監測水質氨氮參數特性的變化。
【專利說明】一種無線水質氨氮監測裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種水質監測裝置，尤其涉及一種無線水質氨氮監測裝置。
【背景技術】
[0002] 水資源是一種重要的基礎自然資源，是生態環境的控制性因素之一，同時又是 戰略性經濟資源，是一個國家綜合國力的有機組成部分。因此，保護水資源是環境保護工 作的重中之重。保護水環境、治理水汙染，水質監測是必不可少的首要工作，是有效治理和 控制水汙染的技術支持和保障。加強水資源管理，保護水環境，實現水質在線自動監測己 經成為關係國計民生的大事。然而，長期使用中發現，目前市場上的無線水質監測裝置一般 僅能進行取樣檢測，設備複雜且價格昂貴，不適合水質監測的推廣應用。
【發明內容】
[0003] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種能夠遠程、實時監測水質的無線水質 氨氮監測裝置。
[0004] 為解決上述技術問題，本實用新型提供一種無線水質氨氮監測裝置，包括至少一 個傳感器節點及與所述傳感器節點通過ZigBee網絡連接的匯聚節點；
[0005] 所述傳感器節點包括水質氨氮傳感器、信號調理模塊、處理模塊和第一 ZigBee模 塊；
[0006] 所述水質氨氮傳感器，用於採集水質氨氮參數數據；
[0007] 所述信號調理模塊，用於接收所述水質氨氮傳感器採集的氨氮參數數據，並對數 據進行放大轉化；
[0008] 所述處理模塊，用於接收所述信號調理模塊調理後的數據，並將數據通過串口通 訊傳輸給所述第一 ZigBee模塊；
[0009] 所述匯聚節點包括第二ZigBee模塊、控制模塊、GPRS模塊和監測終端；
[0010] 所述第二ZigBee模塊，通過ZigBee網絡接收來自所述第一 ZigBee模塊發送的數 據；
[0011] 所述控制模塊，用於接收所述第二ZigBee模塊傳輸的數據，並將數據通過串口通 訊傳輸給所述GPRS模塊；
[0012] 所述GPRS模塊，用於通過GPRS網絡將接收到的數據傳輸給監測終端。
[0013] 還包括供電模塊，用於為所述水質氨氮傳感器、所述處理模塊、所述控制模塊、所 述第一 ZigBee模塊和所述第二ZigBee模塊供電。
[0014] 所述信號調理模塊包括LM358雙運算放大器。
[0015] 所述處理模塊包括ATmegal6L-8PI單片機。
[0016] 所述控制模塊包括ATmegal6L_8PI單片機。
[0017] 本實用新型的有益效果為：本實用新型通過將近距離傳輸的ZigBee模塊與遠距 離傳輸的GPRS模塊結合使用，克服了傳統的水質監測系統實時性差、遠距離信息傳輸能力 弱、控制性差、代價昂貴等缺點，既能靈活方便的對水質氨氮參數進行實時監控，又能及時 將數據遠距離傳輸至監測終端，該無線水質氨氮監測裝置數據傳輸安全可靠，且設備體積 要求小，無需布線，大大降低了工程造價及運行維修成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1為本實用新型的系統框圖；
[0019] 圖2為圖1所不/[目號調理模塊的電路原理圖；
[0020] 圖3為圖1所示處理模塊和控制模塊的電路原理圖；
[0021] 圖4為圖3所示控制模塊的擴展接口原理圖；
[0022] 圖5為圖1所不信號調理模塊和GPRS模塊的電源電路原理圖；
[0023] 圖6為水質氨氮傳感器、處理模塊、控制模塊、第一 ZigBee模塊和第二ZigBee模 塊的電源電路原理圖。
【具體實施方式】
[0024] 以下結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步詳細說明：參見圖1所示， 本實用新型的一種無線水質氨氮監測裝置，包括至少一個傳感器節點2及與傳感器節點2 通過ZigBee網絡連接的匯聚節點4 ;
[0025] 傳感器節點2包括水質氨氮傳感器20、信號調理模塊22、處理模塊24和第一 ZigBee 模塊 26 ;
[0026] 水質氨氮傳感器20,用於採集水質氨氮參數數據；
[0027] 所述信號調理模塊22,用於接收水質氨氮傳感器20採集的氨氮參數數據，並對數 據進行放大轉化；
[0028] 處理模塊24,用於接收信號調理模塊22調理後的數據，並將數據通過串口通訊傳 輸給第一 ZigBee模塊26 ;
[0029] 匯聚節點4包括第二ZigBee模塊40、控制模塊42、GPRS模塊44和監測終端46 ;
[0030] 第二ZigBee模塊40,通過ZigBee網絡接收來自第一 ZigBee模塊26發送的數據；
[0031] 控制模塊42,用於接收第二ZigBee模塊40傳輸的數據，並將數據通過串口通訊傳 輸給GPRS模塊44 ;
[0032] GPRS模塊44,用於通過GPRS網絡將接收到的數據傳輸給監測終端46。
[0033] 本實用新型的原理是：通過採用水質氨氮傳感器20監測水質氨氮參數，傳感器節 點2通過ZigBee網絡把水質氨氮參數發送到匯聚節點4上，由匯聚節點4通過GPRS網絡 傳輸到監測終端46,本實用新型通過將近距離傳輸的ZigBee模塊與遠距離傳輸的GPRS模 塊結合使用，實現實時監測水質氨氮參數特性的變化。
[0034] 傳感器節點2中的水質氨氮傳感器20組成數據採集模塊，該水質氨氮傳感器20 是NH61-A891水質氨氮傳感器，能實時監測水質氨氮的變化，具有耐腐蝕，性能穩定和測量 精度1?等優點。
[0035] 傳感器節點2中的處理模塊24和匯聚節點4中的控制模塊42均包括 ATmegal6L-8PI單片機，該單片機一種基於增強的AVRRISC結構的低功耗8位CMOS微控 制器。由於其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，ATmegal6的數據吞吐率高達 lMIPS/MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾，為許多嵌入式控制應用提供 了靈活而低成本的解決方案。參見圖3所示，傳感器節點2中的處理模塊24和匯聚節點4中 的控制模塊42具體的是由ATmegal6L-8PI單片機及其外圍電路構成，其中ATmegal6L-8PI 單片機可以實現8路的AD採集，將調理好的信號直接接至ATmegal6L-8PI單片機的40號引 腳；ATmegal6L-8PI單片機的9號引腳上接有一個10k的電阻札和10uF的電容C 6，電阻札和 電容C6串聯後，電容C6的另一端接5V電源，電阻&的另一端接地，該外圍電路起到上電復 位的作用，同時在電容C 6上並聯一個開，實現手動復位功能；ATmegal6L-8PI單片機的 12號引腳和13號引腳之間串聯有一個22. 1184M的晶振Yi，該晶振￥1的兩端分別連接有一 個33pF的電容C7、C 12，該電容C7、C12的另一端接地，晶振Yi和電容C7、C 12構成的震蕩電路，對 整個電路長期、可靠、穩定的工作具有非常重要的意義，尤其是在頻繁的進行睡眠、喚醒機 制中起到了非常重要的作用；ATmegal6L-8PI單片機的10號引腳上接5V電源，下接0. luF 的電容；ATmegal6L-8PI單片機的30號引腳是埠 A與A/D轉換器的電源。不使用ADC時， 該引腳應直接與VCC連接，使用ADC時應通過一個低通濾波器與VCC連接。，控制模塊42 使用A/D，利用10mH的電感和兩個0. luF的電容來實現低通濾波的功能；ATmegal6L-8PI單 片機的31號引腳和11號引腳接地；Tmegal6L-8PI單片機的32號引腳是A/D的模擬基準 輸入引腳，不能直接接地，需通過10uF的電容C 8接地。再參見4所示，匯聚節點4中的控制 模塊42的擴展接口是以MAX232所構成的一個RS232串口通訊，用於連接GPRS DTU無線數 據傳輸模塊，該擴展接口的15號引腳接地，1號引腳與3號引腳、4號引腳與5號引腳分別 串聯一個〇. luF的電容C2、C4, 2號引腳串聯一個0. luF的電容C3後接電源正極，6號引腳串 聯一個0. luF的電容C5後接地，7號引腳和8號引腳分別接一個RS232的2號引腳和3號 引腳，並且RS232的5號引腳、10號引腳和11號引腳都接地；此外，該擴展接口的9號引腳 與10號引腳分別接至ATmegal6L-8PI單片機的14號引腳與15號引腳。
[0036] 傳感器節點2的第一 ZigBee模塊26和匯聚節點的第二ZigBee模塊40均採用無 線射頻晶片CC2530,該晶片數據處理準確度高、效率高，保證了無線數據傳輸的精確度和實 時性。
[0037] GPRS模塊44採用長沙易道電子測量儀器有限公司生產的EDA0-3360 GPRS DTU無 線數據傳輸模塊，該DTU內置8位嵌入式處理器，內嵌完備的TCP/IP協議棧，同時提供1個 RS232串口（端子接口），其內部採用華為最新款MG323無線模塊工業級主控晶片，可以長期 穩定可靠的工作，抗幹擾能力強，使用方便。
[0038] 參見圖2所示，傳感器節點2中的信號調理模塊22,是基於LM358的信號調理模 塊。NH61-A891水質氨氮傳感器，輸出的4-20mA的電流信號，經信號調理模塊轉化成(T5V 的電壓信號才能傳給單片機。電阻&起1八轉換取樣電阻的作用，電流信號在R7上產生 一個對應電壓，即4mA對應0. 04V，20mA對應0. 2V，然後通過LM358進行25倍放大後，就變 成對應的1-5V的電壓信號。電阻R8起校對作用，調節R 8使輸入電流信號為20mA時輸出為 5V〇
[0039] 參見圖5、圖6所示，本實用新型中的水質氨氮傳感器20、處理模塊24、控制模塊 42、第一 ZigBee模塊26和第二ZigBee模塊42均需提供5v電壓，信號調理模塊22需提供 正負12V電壓，GPRS模塊44也需提供12V電壓，故採用變壓器1\變壓，將220V的供電電壓 降至至正負16V，採用LM7812晶片將+16V降壓至-12V並穩壓，採用LM7912晶片將+16V降 壓至-12V並穩壓，採用LM7805晶片將12V降壓至5V並穩壓。
[0040] 以上所述僅為本實用新型的較佳實施方式，本實用新型的保護範圍並不以上述實 施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據本實用新型所揭示內容所作的等效修飾或變 化，皆應納入權利要求書中記載的保護範圍內。
【權利要求】
1. 一種無線水質氨氮監測裝置，其特徵在於：包括至少一個傳感器節點（2)及與所述 傳感器節點（2)通過ZigBee網絡連接的匯聚節點（4); 所述傳感器節點（2)包括水質氨氮傳感器（20)、信號調理模塊（22)、處理模塊（24)和 第一 ZigBee 模塊（26); 所述水質氨氮傳感器（20)，用於採集水質氨氮參數數據； 所述信號調理模塊（22)，用於接收所述水質氨氮傳感器（20)採集的氨氮參數數據，並 對數據進行放大轉化； 所述處理模塊（24)，用於接收所述信號調理模塊（22)調理後的數據，並將數據通過串 口通訊傳輸給所述第一 ZigBee模塊（26); 所述匯聚節點（4)包括第二ZigBee模塊（40)、控制模塊（42)、GPRS模塊（44)和監測 終立而（46 ); 所述第二ZigBee模塊（40)，通過ZigBee網絡接收來自所述第一 ZigBee模塊（26)發 送的數據； 所述控制模塊（42)，用於接收所述第二ZigBee模塊（40)傳輸的數據，並將數據通過串 口通訊傳輸給所述GPRS模塊（44); 所述GPRS模塊（44 )，用於通過GPRS網絡將接收到的數據傳輸給監測終端（46 )。
2. 根據權利要求1所述的無線水質氨氮監測裝置，其特徵在於：還包括供電模塊 (6)，用於為所述水質氨氮傳感器（20)、所述處理模塊（24)、所述控制模塊（42)、所述第一 ZigBee模塊（26)和所述第二ZigBee模塊（40)供電。
3. 根據權利要求1所述的無線水質氨氮監測裝置，其特徵在於：所述信號調理模塊 (22)包括LM358雙運算放大器。
4. 根據權利要求1所述的無線水質氨氮監測裝置，其特徵在於：所述處理模塊（24)包 括 ATmegal6L-8PI 單片機。
5. 根據權利要求1所述的無線水質氨氮監測裝置，其特徵在於：所述控制模塊（42)包 括 ATmegal6L-8PI 單片機。
【文檔編號】G01N33/18GK203870096SQ201420029400
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年1月17日 優先權日:2014年1月17日
【發明者】江冰, 薛曉青, 王秀芝, 胡鋼 申請人:河海大學常州校區