专利名称:一种低功耗无线养殖水质水温检测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种低功耗无线养殖水质水温检测系统。本实用新型主要由一个主机和多个从机构成，主机通过GPS？模块与外部计算机连接，多个从机构成通过无线通信模块构成一个网络，并与主机无线连接；所述的从机包括无线通信模块、时钟及数据储存模块、养殖水质水温检测传感模块、电源模块和微处理器模块。本实用新型通过采用TI公司的MSP430G2553微处理器，使系统实现了低功耗运行，集成SPI接口、模拟比较器、电池检测器等丰富的外设，极大简化了系统设计的复杂度。
【专利说明】一种低功耗无线养殖水质水温检测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水产养殖无线传感器网络检测系统，属于养殖水质水温监测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]养殖水体是水产动物的栖息场所，恶劣的水体环境直接影响动物机体的健康，导致水产品生长发育缓慢，引起疾病蔓延甚至大面积死亡，给水产养殖者造成经济损失。科学研究已经证明，水温是水产品养殖过程中的重要养殖水质水温参数，水温参数的变化会直接影响水产动物的健康和抗病力。
[0003]因此，如何快速、准确及方便的检测水温参数，对于水产养殖业的发展具有重要意义。在实际生产中，传统水产养殖户通过自身养殖经验来判断养殖水质水温中水温参数的变化，无法及时、准确的了解养殖水质水温的变化，做出正确的措施，影响水产养殖业者的经济收入。
【发明内容】
[0004]针对以上问题，本实用新型提出一种可以长时间连续检测养殖水质水温参数数据，成本较低，使用方便的无线养殖水质水温检测系统。
[0005]本实用新型采用以下技术方案:
[0006]本实用新型主要由一个主机和多个从机构成，主机通过GPS模块与外部计算机连接，多个从机构成通过无线通信模块构成一个网络，并与主机无线连接；所述的从机包括无线通信模块、时钟及数据储存模块、养殖水质水温检测传感模块、电源模块和微处理器模块。
[0007]所述微处理器模块包括MSP430G2553单片机，电容Cl，电容C2，晶振Xl。MSP430G2553单片机脚19分别与第一电容Cl的一端，晶振Xl的一端相连，MSP430G2553单片机脚18分别与第二电容C2的一端，晶振Xl的另一端相连，第一电容Cl的另一端接地,第二电容C2的另一端接地，MSP430G2553单片机脚20接地，MSP430G2553单片机脚I接+3.3V电压。
[0008]所述电源模块包括电源芯片AMSl117，电容C3，电容C4和电池BI。 电源芯片AMSl117脚3分别与电池BI的正极，第三电容C3的一端相连，电源芯片AMSl117脚2与第四电容C4的一端相连并作为+3.3V电压的输出端，电源芯片AMS1117脚I接地，第三电容C3的另一端接地，第四电容C4的另一端接地，电池BI的负极接地。
[0009]所述无线通信模块包括CCl 101芯片，电感LI，电容C5，电容C6，电容CTtjCCl 101芯片脚5分别与第一电感LI,第六电容C6,第七电容C7的一端相连,第一电感LI的另一端分别与第五电容C5的一端、+3.3V电压相连,第五电容C5的另一端接地,第六电容C6的另一端接地，第七电容C7的另一端接地，CCllOl芯片脚10接地，CCllOl芯片脚8接地，CCllOl芯片脚9接天线，MSP430G2553单片机1 口 P2.0与CCllOl芯片脚I相连，MSP430G2553单片机1 口 P2.1与CCllOl芯片脚7相连，MSP430G2553单片机1 口 P2.2与CCllOl芯片脚6相连，MSP430G2553单片机1 口 P2.3与CCllOl芯片脚2相连，MSP430G2553单片机1 口 P2.4与CCllOl芯片脚3相连，MSP430G2553单片机1 口 P2.5与CCllOl芯片脚4相连。
[0010]所述时钟及数据储存模块包括DS1302芯片，24C02芯片。DS1302芯片脚I接+3.3V电压，DS1302芯片脚5接地，MSP430G2553单片机1 口 Pl.5与DS1302芯片脚2相连，MSP430G2553 单片机 1 口 Pl.6 与 DS1302 芯片脚 3 相连，MSP430G2553 单片机 1 口 Pl.7与DS1302芯片脚4相连，24C02芯片脚I接地，24C02芯片脚2接地，24C02芯片脚3接地，24C02芯片脚4接地，24C02芯片脚7接地，24C02芯片脚8接+3.3V电压，MSP430G2553单片机1 口 Pl.3与24C02芯片脚6相连，MSP430G2553单片机1 口 Pl.4与24C02芯片脚5相连。
[0011]所述养殖水质水温传感器模块包括温度传感器DS18B20。传感器DS18B20脚I接地，传感器DS18B20脚3接+3.3V电压，MSP430G2553单片机1 口 Pl.0与传感器DS18B20脚2相连。
[0012]本实用新型与现有技术相比的有益效果及优点:通过采用TI公司的MSP430G2553微处理器，使系统实现了低功耗运行，集成SPI接口、模拟比较器、电池检测器等丰富的外设，极大简化了系统设计的复杂度。采用TI公司的CCllOl无线收发芯片，该芯片为低功耗无线应用而设计，具有无线唤醒功能，可以时刻工作于休眠状态，仅在唤醒后进入接受或发射模式，极大的降低了电流消耗。本实用新型具有成本低、性价比高、功耗低、寿命长和灵活性高等特点。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型结构示意图。
[0014]图2为本实用新型微处理器芯片电路图。
[0015]图3为本实用新型电源模块电路图。
[0016]图4为本实用新型无线通信模块电路图。
[0017]图5a为本实用新型时钟及数据储存模块中DS1302芯片的电路连接示意图。
[0018]图5b为本实用新型时钟及数据储存模块中24C02芯片的电路连接示意图。
[0019]图6为本实用新型养殖水质水温传感器电路图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
[0021]如图1所示，本实施例主要由一个主机和多达255个从机构成。为了简化设计，主机与从机使用相同的硬件结构，仅用八位地址加以区别。主机不接传感器，而接GPS模块与电脑进行通信；从机监视传感器信号变化，并在必要的时候发送和转发数据。系统硬件包括无线通信模块1、时钟及数据储存模块5、养殖水质水温检测传感模块4、电源模块3和微处理器模块2，由养殖水质水温检测传感模块检测的数据，经微处理器处理后，在数据储存模块中保存并将数据通过无线通信模块发送，主机将采集到的养殖水质水温参数发送至计算机中。所述微处理器模块与所述无线通信模块、时钟及数据储存模块和养殖水质水温检测传感模块相连并受其控制
[0022]如图2所示，所述微处理器模块包括MSP430G2553单片机，电容Cl，电容C2，晶振XUMSP430G2553单片机脚19分别与第一电容Cl的一端，晶振Xl的一端相连，MSP430G2553单片机脚18分别与第二电容C2的一端，晶振Xl的另一端相连，第一电容Cl的另一端接地，第二电容C2的另一端接地，MSP430G2553单片机脚20接地，MSP430G2553单片机脚I接+3.3V电压。
[0023]如图3所示，所述电源模块包括电源芯片AMS1117，电容C3，电容C4和电池BI。电源芯片AMSl117脚3分别与电池BI的脚1，第三电容C3的一端相连，电源芯片AMSl117脚2与第四电容C4的一端相连并作为+3.3V电压的输出端，电源芯片AMSl117脚I接地，第三电容C3的另一端接地，第四电容C4的另一端接地，电池BI的脚2接地。
[0024]如图4所示，所述无线通信模块包括CCllOl芯片，电感LI，电容C5，电容C6，电容C7。CCllOl芯片脚5分别与第一电感LI,第六电容C6,第七电容C7的一端相连,第一电感LI的另一端分别与第五电容C5的一端,+3.3V电压相连,第五电容C5的另一端接地，第六电容C6的另一端接地，第七电容C7的另一端接地，CCllOl芯片脚10接地，CCllOl芯片脚8接地，CCllOl芯片脚9接天线，MSP430G2553单片机1 口 P2.0与CCllOl芯片脚I相连，MSP430G2553单片机1 口 P2.1与CCllOl芯片脚7相连，MSP430G2553单片机1 口P2.2与CCllOl芯片脚6相连，MSP430G2553单片机1 口 P2.3与CCllOl芯片脚2相连，MSP430G2553 单片机 1 口 P2.4 与 CCllOl 芯片脚 3 相连，MSP430G2553 单片机 1 口 P2.5与CCllOl芯片脚4相连。
[0025]如图5a和图5b所示，所述时钟及数据储存模块包括DS1302芯片，24C02芯片。DS1302芯片脚I接+3.3V电压，DS1302芯片脚5接地，MSP430G2553单片机1 口 Pl.5与DS1302 芯片脚 2 相连，MSP430G2553 单片机 1 口 Pl.6 与 DS1302 芯片脚 3 相连，MSP430G2553单片机1 口 Pl.7与DS1302芯片脚4相连，24C02芯片脚I接地，24C02芯片脚2接地，24C02芯片脚3接地，24C02芯片脚4接地，24C02芯片脚7接地，24C02芯片脚8接+3.3V电压，MSP430G2553 单片机 1 口 Pl.3 与 24C02 芯片脚 6 相连，MSP430G2553 单片机 1 口 Pl.4 与24C02芯片脚5相连。
[0026]如图6所示，所述养殖水质水温传感器模块包括温度传感器DS18B20。传感器DS18B20脚I接地，传感器DS18B20脚3接+3.3V电压，MSP430G2553单片机1 口 Pl.0与传感器DS18B20脚2相连。
[0027]本实用新型由一个主节点和若干个终端探测节点组成。利用TI的低功耗MSP430单片机和低功耗单片收发芯片CC1101，进行低功耗设计。通过无线通信组建了超低功耗无线传感器网络，实现养殖水质水温数据的统计检测功能。
[0028]探测节点与主节点都是以微处理器模块为核心，养殖水质水温检测传感模块可以对养殖水质水温的水温参数进行采集。微处理器模块具有将养殖水质水温检测传感模块采集养殖水质水温换成数字信号，并即时储存和分析功能。当养殖水质水温出现异常时及时通过无线传感网络向工作人员发出报警信号。本系统的微处理器采用TI公司的MSP430ValueLine系列微处理器芯片，MSP430系列单片机片上集成SPI接口、模拟比较器、电池检测器等丰富的外设，极大简化了系统设计的复杂度。MSP430G2553是超低功耗混合信号微控制器，具有内置的16位定时器、多达24个支持触摸感测的I/O引脚、一个10位模数(A/D)转换器、一个通用型模拟比较器以及采用通用串行通信接口的内置通信能力。具有一个强大的16位RISC CPU、16位寄存器和有助于获得最大编码效率的常数发生器。数字控制振荡器可使微处理器在不到Ius的时间里完成从低功耗模式至运行模式的唤醒。具有5种低功耗模式,专为延长电池的使用寿命而优化。
[0029]无线通信模块采用TI公司的CCl 101，CCllOl基于Chipon公司的SmartRF03技术，以0.18umCM0S工艺制成，采用QLP48封装，具有较高的集成度。该芯片为低功耗无线应用而设计，集成了一个高度可配置的调制解调器，数据传输率可达500kbps，并可软件修改波特率，开阔地传输最远距离达到300-500米，具有无线唤醒等功能，灵敏度达到-1lOdBm,可靠性高，可广泛应用于各种场合的短距离无线通信领域，为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、空闲信道评估、连接质量指示和电磁波唤醒提供广泛的硬件支持。CCllOl具有无线唤醒(WOR)功能，可以时刻工作于休眠状态，仅在唤醒后进入接受或发射模式，极大的降低了电流消耗。
[0030]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以做出若干改进和润饰等，均应包含在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种低功耗无线养殖水质水温检测系统，主要由一个主机和多个从机构成，主机通过GPS模块与外部计算机连接，多个从机构成通过无线通信模块构成一个网络，并与主机无线连接，其特征在于: 所述的从机包括无线通信模块、时钟及数据储存模块、养殖水质水温检测传感模块、电源模块和微处理器模块； 所述微处理器模块包括MSP430G2553单片机，电容Cl，电容C2，晶振Xl ；MSP430G2553单片机脚19分别与第一电容Cl的一端，晶振Xl的一端相连，MSP430G2553单片机脚18分别与第二电容C2的一端，晶振Xl的另一端相连，第一电容Cl的另一端接地,第二电容C2的另一端接地，MSP430G2553单片机脚20接地，MSP430G2553单片机脚I接+3.3V电压；所述电源模块包括电源芯片AMS1117，电容C3，电容C4和电池BI ;电源芯片AMS1117脚3分别与电池BI的正极，第三电容C3的一端相连，电源芯片AMSl 117脚2与第四电容C4的一端相连并作为+3.3V电压的输出端，电源芯片AMS1117脚I接地，第三电容C3的另一端接地，第四电容C4的另一端接地，电池BI的负极接地； 所述无线通信模块包括CCllOl芯片，电感LI，电容C5，电容C6，电容C7 ；CC1101芯片脚5分别与第一电感LI,第六电容C6,第七电容C7的一端相连,第一电感LI的另一端分别与第五电容C5的一端、+3.3V电压相连,第五电容C5的另一端接地,第六电容C6的另一端接地，第七电容C7的另一端接地，CCllOl芯片脚10接地，CCllOl芯片脚8接地，CCllOl芯片脚9接天线，MSP430G2553单片机1 口 P2.0与CCllOl芯片脚I相连，MSP430G2553单片机1 口 P2.1与CCllOl芯片脚7相连，MSP430G2553单片机1 口 P2.2与CCllOl芯片脚6相连，MSP430G2553单片机1 口 P2.3与CCllOl芯片脚2相连，MSP430G2553单片机1 口P2.4与CCllOl芯片脚3相连，MSP430G2553单片机1 口 P2.5与CCllOl芯片脚4相连；所述时钟及数据储存模块包括DS1302芯片，24C02芯片；DS1302芯片脚I接+3.3V电压，DS1302芯片脚5接地，MSP430G2553单片机1 口 Pl.5与DS1302芯片脚2相连，MSP430G2553 单片机 1 口 Pl.6 与 DS1302 芯片脚 3 相连，MSP430G2553 单片机 1 口 Pl.7与DS1302芯片脚4相连，24C02芯片脚I接地，24C02芯片脚2接地，24C02芯片脚3接地，24C02芯片脚4接地，24C02芯片脚7接地，24C02芯片脚8接+3.3V电压，MSP430G2553单片机1 口 Pl.3与24C02芯片脚6相连，MSP430G2553单片机1 口 Pl.4与24C02芯片脚5相连； 所述养殖水质水温传感器模块包括温度传感器DS18B20 ;传感器DS18B20脚I接地，传感器DS18B20脚3接+3.3V电压，MSP430G2553单片机1 口 Pl.0与传感器DS18B20脚2相连。
【文档编号】G01K7-00GK204302271SQ201420660220
【发明者】许伟忠, 谢家亮, 郑尧元, 徐亚希, 孙骁 [申请人]杭州电子科技大学