便携式水环境无线监测装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种便携式水环境无线监测装置，由可视化模块、处理器模块、电源模块和无线通信模块组成。电源模块为可视化模块、处理器模块和无线通信模块供电，可实现监测水域普通节点数据/状态监控、配置和电池电量预警，以及网络的拓扑结构和路由信息的监控及配置。处理器模块采用微控制器MKL25Z128VLH4作为分析和处理水环境参数，并控制触摸屏和无线发送模块的工作状态。处理器与触摸屏、无线发送模块之间采用串口通信。电源模块采用锂电池串联供电，通过电源管理芯片得到稳定电压输出。便携式水环境无线监测仪将无线传感技术与水环境监测技术结合，方便快捷在远程端对水环境实时在线监测。
【专利说明】便携式水环境无线监测装置
【技术领域】
[0001〕 本发明涉及一种水环境无线传感监测网的便携式无线监测装置。属无线通信和嵌入式系统【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在传感器技术、现代网络、无线通信技术、嵌入式处理技术以及信息分布式计算技术迅速发展的背景下，无线传感网络被广泛应用于军事、智能家居、环境监测等方面。无线传感技术与水环境监测技术结合，诞生了水环境无线传感监测网。这为水环境监测提供了全新的手段和模式。无线传感监测系统由传感器节点、汇聚节点(基站)和监测终端组成。大量的传感器节点随机的部署在监测区域内，通过自组织方式构成网络。传感器节点收集到的数据通过单跳或多跳的方式到达汇聚节点，最后通过互联网或者卫星到达监测终端。监测人员通过监测终端对整个传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。
[0003]水环境无线传感监测网以传感器作为网络节点，部署到指定水域中，节点之间能够协作地监测、感知和采集各种水质监测数据并对其进行处理，利用节点的自组织能力，实时监测指定水域环境。水环境无线监测终端是水环境无线传感监测网的一个不可分割的部分。监测终端对感知信息进行观察、分析、挖掘和制定决策，或对感知对象采取相应的行动。监测终端功能主要包括数据信息管理、数据分析处理、监测系统管理、决策信息服务、用户管理和系统维护。监测终端是水环境无线传感监测网的上层管理系统，它通过运用无线传感技术和计算机网络技术，可以准确、实时的与终端节点进行通信，是整个网络实现管理、控制、分析的指挥中心。
【发明内容】
[0004]本发明以无线传感器网络在水环境监测中的应用研究为背景，针对目前监测系统的管理终端不可移动性，给监测人员带来的不便，以及监测终端初始配置问题，发明一种水环境无线传感器网络监测系统的便携式监测装置。该监测装置可以解决监测人员因出差在夕卜，或者巡视监测现场而不在监测中心所带来的不便，不仅可以具有数据采集及显示功能，还可以随时随地的对系统进行配置、监控、管理以及做出决策。无线监测装置便于携带、对水域实时地监测分析，为处理分析水环境突发事件提供一种便捷可靠的平台，具有重要的现实意义。
[0005]本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现:
[0006]一种便携式水环境无线监测装置，包括可视化模块、处理器模块、电源模块和无线通信模块。电源模块为可视化模块、处理器模块和无线通信模块供电。
[0007]具体来说，所述可视化模块采用触摸屏设计:一方面监测人员通过触摸屏输入对监测网的配置命名及监控命令，并通过串口传给处理器模块。另一方面处理器模块将收到的反馈信息及数据上传给触摸屏显示。以实现对监测网的初始化拓扑结构和路由信息的配置，对监测网实时的拓扑结构和路由信息的监控；实现实时数据显示、历史数据和节点工作状态的查询。
[0008]进一步地，所述处理器模块采用飞思卡尔1此25212871上4芯片设计:处理器模块一方面接收触摸屏发送的配置和监控信号，将该信号转化为无线通信模块可识别的信号格式发送至无线通信模块，同时给触摸屏反馈传送状态。另一方面处理器模块接收无线通信模块传来的数据及反馈信息，并送至触摸屏，同时将数据存储。同时，监测电源模块两端电压，实时进行电源电压信息处理。
[0009]进一步地，所述无线通信模块由模块及附加电路构成。无线通信模块与处理器模块之间通过串口通信。无线通信模块实现了监测终端对基站的控制命令的发送，同时接收基站上传的数据。
[0010]进一步地，所述电源模块包括+5743.87^+3.3乂。+57为可视化触摸屏模块供电、+3.8乂为无线通信模块供电、+3.旧为处理器模块供电。考虑到监测终端的便携式，电源采用锂电池供电。根据锂电池放电特性，采用II电源管理芯片1？365581对电池放电进行管理，使其满足系统所需电能需求且使电池电量得到合理利用。
[0011]水环境无线监测装置功能由监控部分、配置部分和电池电量监控部分组成。监控部分由监测网节点工作状态监控模块、动态拓扑监控模块、节点工作状态显示模块以及动态拓扑显示模块组成；配置部分由监测网节点工作状态配置模块、拓扑结构配置模块组成；电池电量监控部分由八/0转换模块构成。
[0012]本发明的优点及效果:与现有技术相比，本发明提供的便携式水环境无线监测装置具有以下两个优点。第一，网络配置及数据实时分析处理:通过监测装置，监测网络中的节点状态(如节点剩余能量、节点活动或睡眠)，分析网络监测的水质数据，获得水域水质实时状态，为水环境保护提供依据；同时也为水域突发性事件监测提供预警；另外，监测网中的节点因为能力耗尽而失效，或因水流作用发生漂移，导致部分节点出现失效，可通过监测装置的配置功能实现其网络拓扑结构重组，保障网络的稳健性。第二，便携式设计:考虑到监测人员因初查在外、或者巡视监测现场而不在监测中心，如何应对监测网出现异常情况，如网络部分节点失效或部分区域出现水质异常，通过便携式设计，使监测人员可方便通过监测装置对监测网进行实时配置、监控、管理以及做出决策。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明便携式水环境无线监测装置结构示意图；
[0014]图2是便携式水环境无线监测装置工作流程图；
[0015]图3是便携式水环境无线监测装置结构设计图；
[0016]图4是便携式水环境无线监测装置功能结构图；
[0017]图5是便携式水环境无线监测装置主流程图；
具体实施方案
[0018]下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0019]图1是本发明基于无线传感网络的便携式水环境无线监测装置结构示意图。该监测装置包括可视化模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块。
[0020](1)可视化模块采用触摸屏设计
[0021]触摸屏采用北京迪文公司的011804800)7(^021开发屏，该屏工作电压典型值为5.(^，工作电流450—。通过301接口与主控板进行通信。0⑶3屏采用直接变量驱动显示方式，所有的显示和操作都是基于预先设置好的配置文件来工作，使用方便。一方面通过触摸屏向监测网发送配置命令及监控命令，另一方面接收监测网反馈信息及数据显示。
[0022](2)处理器模块包括1此25212871上4最小系统、存储模块、电池电压检测模块、指示灯模块
[0023]处理器模块主控芯片采用飞思卡尔1此25212871^4，工作电压+3.3乂。1X125212871114最小系统由晶振电路、复位电路、写入器电路组成。晶振电路外接81?晶振，采用頂?811复位芯片获得稳定复位信号。虑到对监测网中所采集到的历史数据以及对实时数据的保存，监测终端需具有一定的存储功能，因此在便携式监测终端的设计中加入存储模块，实现实时存储数据，查看某一时刻数据，输出数据的功能。存储电路采用八1121公司的八124010248 22？如1存储芯片，其空间大小为131，072字节。由于便携式设计，设计了电池电压监测模块，实时对电池剩余电量监测，预警。
[0024](3)无线通信模块采用⑶…电路设计
[0025]模块采用华为无线模块，工作电压为3.87。除了无线模块外，还有辅助电路启动电路，6？1？8工作指示电路，网络连接状态指示电路，811卡接口电路等。用以实现与远程基站的数据接收以及下达监控命令。
[0026](4)电源模块采用锂电池供电，采用II公司1？365581芯片进行电源管理
[0027]监测装置的电源模块包括三部分电源:+57, +3.8乂和+3.3乂。电源模块采用锂电池供电，使用II公司1？365581三路同步降压转换芯片对电池放电进行管理。1？365581输入在可变范围+4.5乂至+18^，三路输出电压可调，电流为1.5八，2.5八和1.54。输出+57直流电压给触摸屏模块供电，+3.8乂给模块供电，+3.给处理器供电，可给监测终端供电10小时。为了充分保障监测节点工作的无人值守，采用了八/0采样测量电压的方法，从而实时监测锂电池剩余电量，从而合理分配剩余电池电量以及及时补充锂电池的电量。
[0028](5)监测装置工作流程
[0029]监测装置工作流程如图2所示。所述监测装置的电源模块由锂电池串联方式供电，通过II公司1？365581电源管理芯片电路处理之后得到稳定的+57, +3.8乂，+3.电压输出，分别为可视化模块、无线通信模块以及处理器模块供电。通过触摸屏输入的配置命令、监控命令由串口 2发送，处理器模块通过查询方式获得串口 2传送的命令信息，经解析、打包处理，再由串口 1发送相应可识别的八I指令到达无线通信模块，同时无线模块将命令信息发送给基站。无线通信模块接收到基站传送来的数据，通过串口 1直接发送到处理器处理，同时处理器以查询的方式获得数据。处理器通过内部集成的IX接口将数据信息存储于外扩的存储模块中，另一方面将部分信息由串口 2送至可视化模块显示。与此同时，处理器通过八/0采样实时的进行锂电池电压监测，当电压低于+4.时报警。
[0030](7)监测装置结构设计
[0031]本发明考虑到更新和维修方便，采集两层结构化设计方案，如图3所示。上层为触摸屏；下层为此25最小系统板及附加电路，⑶…模块的外围电路，还有电源电路。上下层之间通过排线连接。
[0032](6)监测装置功能由数据处理、监控、配置和电池电量预警四个部分组成
[0033]监测装置的功能实现采用模块化思想，便于升级及测试，具体由数据处理、监控、配置和电池电量预警四个部分组成，其结构如图4所示。数据处理分为数据显示模块、数据查询模块和数据存储模块；监控部分分为拓扑监控模块、路由监控模块和节点状态监控模块；配置部分分为拓扑配置模块、路由配置模块和节点状态配置模块；电池电量预警部分由八/0采样模块实现。
[0034]监测装置的主流程如图5所示。监测装置上电之后，运行1⑶初始化程序(包括时钟、22？如1、串口、八IX:、指示灯)。主循环查询串口 2，若接收到触摸屏发送来的命令，对数据进行解析、打包处理，若对处理的命令不发送，将直接回到主循环；若要对处理的命令信息无线发送，若接收到应答信号将回到主循环，若没有接收到应答，将重复发送；主循环查询串口 1，若接收到无线数据，对数据进行解析、存储处理，若不对数据进行转发，将直接回到主循环；若要对数据进行转发，将再次打包发送至触摸屏，若接收到应答信号将回到主循环；若没有收到应答信号，将再次发送数据。同时进行电池电压监测信息处理。
【权利要求】
1.一种便携式水环境无线监测装置，其特征在于:包括可视化模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块，电源模块采用锂电池串联方式，通过电源管理芯片为处理器模块、无线通信模块和可视化模块供电。
2.根据权利要求1所述的便携式水环境无线监测装置，其特点在于:所述处理器模块包括MKL25Z128VLH4最小系统、A/D转换和存储器。
3.根据权利要求1所述的便携式水环境无线监测装置，其特点在于:实现监测水域普通节点数据/状态监控、配置和电池电量预警，以及网络的拓扑结构和路由信息的监控及配置。
4.根据权利要求2所述的便携式水环境无线监测装置，其特点在于:所述处理器模块内部集成串行接口与可视化模块相连。
5.根据权利要求2所述的便携式水环境无线监测装置，其特点在于:所述处理器模块内部集成串行接口与无线通信模块相连。
6.根据权利要求2所述的便携式水环境无线监测装置，其特点在于:所述处理器模块内部集成IIC接口与EEPROM存储模块相连。
【文档编号】G01D21/02GK104299383SQ201410288925
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】林志贵, 陈珍星, 杨子原, 哈谦, 刘英平 申请人:天津工业大学