专利名称：沼气生产环境因子检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种遵循ZigBee协议的无线通信嵌入式微处理器，尤其是一种沼气环境因子检测装置。基于ZigBee技术和传感器技术创新出沼气生产各环境因子数据无线网络传送并实时显示的新功能。
背景技术：
ZigBee技术是近几年兴起的自动组网、无线通信技术。沼气作为绿色能源，在我国正处于蓬勃发展期，为提高沼气池产气效率，生产及管理技术在不断改进，为了达到精确地控制各环境因子，需要现代化的检测、控制技术。我国沼气生产自动控制技术处于刚起步阶段，目前市面上各研究单位设计的沼气环境因子检测器常有这几种实现方案(1)单片机加传感器技术，采用有线通信方式实现采集；(2) PLC加传感器技术，采用有线通信方式实现；(3)嵌入式技术加RF芯片、传感器技术实现无线采集；(4)计算机加虚拟仪器技术、传感器技术，采用有线通信方式实现采集。针对沼气厌氧发酵环境采用池、井结构特点，方案(1)、(2)、(4)存在布线困难、移动灵活性差等缺点；方案(3)虽实现了无线通信，但都是简单的点对点通信存在多点采集时数据传输、管理不便且没有路由功能在传输距离上也受到限制等缺点。
发明内容为了克服现有技术存在的上述缺陷，并考虑沼气池的池、井式等造型结构，本实用新型的目的在于提供一种沼气生产环境因子检测装置，解决目前沼气生产环境因子检测装置中数据传输困难问题。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是以遵循ZigBee协议的无线通信嵌入式微处理器CCM30为核心进行设计。本实用新型由7个节点设计而成，节点1是 ZigBee全功能节点-FFD，在装置中担当协调器，并实时显示检测到的数据；节点2、3是全功能节点-FFD，在装置中担当路由节点，实现数据中继、转发的作用；节点4是终端节点-RFD， 在装置中实现氧化还原电位检测；节点5是终端节点-RFD，在装置中实现pH值检测；节点 6是终端节点-RFD，在装置中实现温度检测；节点7是终端节点-RFD，在装置中实现液位检测。7个节点之间都是通过ZigBee技术实现自动组网、数据无线传送的功能，终端节点根据沼气池大小需要可灵活扩展相似节点。本实用新型的有益效果是解决了目前沼气生产环境因子检测系统中数据传输困难问题。当终端节点采集到传感器信号后，经节点间的无线相互组网传输，最后由协调器收集所有传感器信号并实时显示给用户。无线嵌入式微处理器控制，自动化程度高；无线通信使用灵活、方便；系统易于扩展。
以下结合附图对本实用新型作进一步的描述。[0008]
图1是本实用新型的系统拓扑结构框图，其中节点4、5、6、7根据沼气生产工艺环境灵活安置。如将节点4、5置入预处理池，节点6、7置入厌氧反应池，路由节点3、4根据现场环境灵活安置，ZigBee网络协调器——节点1安置在现场办公室内，另外可根据需要增添路由节点和终端节点。图2是本实用新型各节点的电路结构框图，其中a图是节点1电路结构框图，b图是节点2、3电路结构框图，c图是节点4、5、6、7电路结构框图。图中最小系统是指CCM30 数据手册中典型应用图。图3是采集节点4的传感器处理单元电路——pH值检测电路原理图。图4是采集节点5的传感器处理单元电路——氧化还原电位检测电路原理图。图5是采集节点6的传感器处理单元电路——温度检测电路原理图。
具体实施方式
参见图1，装置由各节点共同组成一个ZigBee无线网络，用户可通过协调器上的液晶显示屏实时获取沼气生产的环境因子——氧化还原电位、PH值、温度、液位。图2说明各节点均采用无线嵌入式微处理器TI CC2430为核心进行设计，它具有低功耗的显著特点，各节点均采用锂电池供电。pH值检测参见图3，pH电极采用型号为knTix20传感器，pH电极输出的电压随 PH值相应变化，经Ul高输入阻抗集成放大电路CA3140E同相比例放大，并可调节RWl调节 Ul放大陪数，U2是应用0P07AH运放设计而成的求差运算电路，可调节RW2调节pH值与输出电压的对应比，U2输出的电压送采集节点4的微处理器CCM30的P0. 0引脚，同时软件将此输入端设置成其内部A/D转换器的输入引脚，以此实现pH值的检测，经CCM30无线发送出去，最终由节点1收集实现PH值实时检测。氧化还原电位检测参见图4，氧化还原电极采用型号为knTix-ORP传感器，U1、U2 组成差分放大电路具有输入阻抗高特点，U3实现求差运算，U3输出的电压送采集节点5的微处理器CCM30的PO. 2引脚，同时软件将此输入端设置成其内部A/D转换器的输入引脚， 以此实现氧化还原电位的检测，经CCM30无线发送出去，最终由节点1收集实现检测功能。温度检测参见图5，采用型号为PTlOO传感器，PTlOO与R1、R2、R3组成电桥电路、 实现将温度变化转换为电压输出，Ul设计成差分放大电路，U2设计成同向比例放大电路， 经U2输出送到节点6的微处理器CCM30的PO. 1引脚，再经其内部处理发送给节点1，与节点4、5处理方式一样。液位检测采用UT-US40超声波测距模块，由节点7的微处理器CCM30的PO. O引脚发出超声波发射启动控制信号，同时启动CCM30的定时器1开始计时，当超声波反射回来时UT-US40向CCM30发出中断，此时CCM30定时器1停止计时，根据公式距离D = 340*t/2 算出液位离发射处的距离，再用发射处的高度减此距离D可算出液位高度，此数据再经其内部处理最终发送给节点1，与节点4、5、6处理方式一样。本装置各节点采用ZigBee无线通信协议栈，其中节点1、2、3移植的是FFD代码， 节点4、5、6、7移植的是RFD代码。节点1在协议栈中设置成ZigBee协调器负责发起、组建本装置的ZigBee无线通信网络；节点2、3设置成ZigBee网络路由节点，实现数据自动无线转发；节点4、5、6、7在协议栈的应用层编写出数据采集函数(包括AD转换的实现)，实现各传感器数据的获取，然后调用协议栈数据发送全局函数，实现传感器数据的无线传输。各节点传送的数据最终由节点1汇聚收集，通过液晶显示方式提供给用户。
权利要求1.沼气生产环境因子检测装置，由7个节点设计而成，其特征在于a).节点1是 ZigBee网络协调器并实时显示检测到的数据，节点2、3是ZigBee路由节点实现数据中继， 节点4是终端节点-RFD实现氧化还原电位检测，节点5是终端节点-RFD实现pH值检测， 节点6是终端节点-RFD实现温度检测，节点7是终端节点-RFD实现液位检测；b). 7个节点均采用遵循ZigBee协议的无线嵌入式微处理器TI CC2430为核心设计而成，各RFD节点采集到的环境因子数据最终实时、无线传送到节点1汇聚并通过IXD提供给用户。
专利摘要沼气生产环境因子检测装置，采用遵循ZigBee协议的嵌入式微处理器TI CC2430为核心，一般由7个节点设计而成。节点1是ZigBee网络协调器，负责发起、组建本装置的ZigBee无线通信网络并通过液晶屏实时显示检测到的数据；节点2、3是ZigBee路由节点，实现数据转发；节点4、5、6、7实现环境因子检测、数据无线发送。解决了目前沼气生产环境因子检测中数据传输困难问题。嵌入式微处理器控制、ZigBee技术无线组网，使系统自动化程度高；无线通信使用灵活、方便；系统易于扩展。
文档编号G01N27/60GK202035024SQ20112012645
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者周曼, 邹志勇 申请人:四川农业大学