一种基于嵌入式的野外传感信号实时增强装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于嵌入式的野外传感信号实时增强装置，属于工业无线通信技术领域。
【背景技术】
[0002]随着我国社会经济的发展，对野外生态环境的监测越来越智能化和小型化，由于生态环境的分散性和广域性，采用有线或者人工的方式进行监控的花费是巨大的，因此无线通信技术越来越受人们的关注。
[0003]无线传感器网络以其低成本、低能耗等特性，在各个领域，特别是野外环境下的数据监测、数据传输等应用中发挥了重要作用。在野外，比较重要的监控指标有温度、湿度、空气质量等。只有及时的掌握这些环境中的变化，才能更好的了解生态环境，对人类的生存有着极大的现实意义。但是，由于野外比较空旷，有些地点地势险要，无法建造基站或者基站建造的距离监测地点较远等，使得传感器传输的信号质量较差，甚至根本无法接受到所传输的数据。因此，设计一种基于嵌入式信息物理融合系统的野外传感器信号实时增强装置十分的有必要。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种基于嵌入式的野外传感信号实时增强装置，以用于解决在野外时，由于基站覆盖范围不全面而导致的传感器传输信号微弱或者不稳定的问题。
[0005]本实用新型的技术方案是:一种基于嵌入式的野外传感信号实时增强装置，包括头部模块、尾部模块、单片机控制模块8、显示模块9、按键模块10、充电蓄电池11、风扇19、充电电路20、天线固定旋钮I 21、天线固定旋钮II 22、充电指示灯23、电源指示灯24、充电蓄电池槽25、电池固定扣26、天线固定旋钮III 27、天线固定旋钮IV 28、固定三脚架29、支杆30 ；
[0006]所述单片机控制模块8分别与显示模块9和按键模块10相连接，显示模块9与充电蓄电池11相连接，风扇19与充电电路20相连接，充电电路20与充电蓄电池11相连接；充电蓄电池11放入充电蓄电池槽25并通过电池固定扣26固定；
[0007]天线固定旋钮I 21、天线固定旋钮II 22位于支杆30的顶部两端，分别与胶棒天线
I1、胶棒天线II 2相连接，天线固定旋钮III 27、天线固定旋钮IV 28位于支杆30的底部两端，分别与胶棒天线III 12、胶棒天线IV 18相连接，风扇19安装在装置支杆30的头部，装置支杆30的尾部连接固定三脚架29，充电电路20与充电指示灯23连接，电源指示灯24与电源连接；
[0008]所述头部模块包括:胶棒天线I 1、胶棒天线II 2、下行信号滤波器I 3、下行信号放大器I 4、双工器I 5、上行信号滤波器I 6、上行信号放大器I 7，所述胶棒天线I 1与下行信号滤波器I 3相连接，下行信号滤波器I 3与下行信号放大器I 4相连接，下行信号放大器I 4与双工器I 5相连接，双工器I 5与上行信号滤波器I 6相连接，上行信号滤波器
I6与上行信号放大器I 7相连接，上行信号放大器I 7与胶棒天线II 2相连接，双工器I5与单片机控制模块8相连接；
[0009]所述尾部模块包括:胶棒天线III12、下行信号放大器II 13、下行信号滤波器II 14、双工器II 15、上行信号放大器II 16、上行信号滤波器II 17、胶棒天线IV 18 ;所述单片机控制模块8与双工器II 15相连接，双工器II 15 —端接下行信号滤波器II 14，下行信号滤波器
II14与下行信号放大器II 13相连接，并与胶棒天线III12相连接，双工器II 15另一端与上行信号放大器II 16相连接，上行信号放大器II 16与上行信号滤波器II 17相连接，并与胶棒天线IV 18相连接。
[0010]所述下行信号放大器I 4包括:电阻1?1、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、1?7、1?8，电容(:1、〇2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10，电感 Ll、L2、L3，三极管 Ql，Q2，Q3 ;所述上行信号放大器 I 7包括:电阻 R9、R1、Rll、R12、R13、R14、R15，电容 Cll、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22，电感 L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10，三极管 Q4、Q5、Q6 ；
[0011]其中，电阻R6、电阻R7串联，电阻R6的另一端接地，电阻R7的另一端接电阻R8、电容C7，电阻R8、电容C7并联，电阻R8的另一端接电容C6，并且电容C6接地，电容C7另一端接地，三极管Q2的基极与电容C5相连接，发射极接地，集电极接电感L2，电感L2与电容C4相连接接到三极管Q1的基极上，电阻R1也接到三极管Q1的基极上，并且电阻R1与电容C3连接接到三极管Q3的发射极，三极管Q1的发射极接地，集电极与电感L1、电容C1相连接，电容C1另一端与电感L9连接，电感L1与电阻R2相连接并与电容C9串联连接并接地，三极管Q3的集电极与电容C2相连接并接地，基极接电阻R3、电阻R4、电容C8，且电阻R3、电阻R4、电容C8并联，电阻R4、电容C8分别接地，电感L3与电容C10相连接，同时电感L3的一端接到电阻R2与电容C9之间，电容C10接地，电容C11、电容C15 —端接地，电容C11另一端接在电阻R5与电感L4之间，电容C15另一端接在电阻R12与电感L6之间，电感L2与电阻R5相连接并与电感L4、L5、L6串联同时接入电阻R12，再与电感L7相连接接到三极管Q4的集电极上，三极管Q4的基极结电容C20，并与上行信号滤波器I 6相连接，电阻R10、电阻R11、电容C19串联连接，电容C9另一端接地，电阻R9、电容C18串联并与电容C19相连接，电容C18另一端接地，胶棒天线II 2与电容C22相连接，接到三极管Q5的集电极上，并与电感L8相连接，三极管Q5的基极与电容C21相连接，并与电阻R13、电容C16相连接，且电容C16—端接地，三极管Q6的集电极接到电容C16与电阻R13的中间，三极管Q6的基极与电阻R14相连接，并且电阻R14与电感L10相连接再与电容C14串联接地，三极管Q6的发射极与电容C17相连接接地，电阻R15与电感L8相连接，电阻R15的另一端与电容C13相连接并接地，电容C12与12V电源相连接并接地。
[0012]所述下行信号放大器II 13包括:电阻R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22，电容C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30，电感 Lll、L12、L13、L14、L15，三极管 Q7、Q8、Q9 ;所述上行信号放大器 II 16 包括:电阻 R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30，电容 C31、C32、C33、C34、C35、C36、C37、C38、C39、C40、C41、C42、C43、C44，电感 L16、L17、L18、L19、L20，三极管Q10、Q11、Q12 ；
[0013]其中，胶棒天线III 12与电容C23相连接接到三极管Q8的集电极上，三极管Q8的集电极与电感L11相连接并接入电阻R19、电容C25，电容C25另一端接地，三极管Q8的基极与电容C26相连接，电容C26接在电感L12与电阻R22之间，并且电感L12接在三极管Q7的集电极上，三极管Q7的发射极接地，三极管Q9的发射极与电容C24连接并接地，三极管Q9的集电极接在电阻R21与电容C27之间，三极管Q9的基极与电阻R20连接，电感L15 —端与电容C32连接，电感L15另一端接在电阻R19与电容C25之间，下行信号滤波器II 14与电容C30相连接，接到三极管Q7的基极上，电阻R16与电阻R17、电容C33串联，电阻R16的另一端接地，电容C33的另一端接地并与电阻R18、电容C34相连接，电容C34的一端与地连接，上行信号滤波器II 17与电容C38相连接并接到三极管Q10的基极上，电阻R24、电阻R25与电容C37串联，并且电容C37的一端接地，电阻R23与电容C36相连接，电容C36的一端接地，三极管Q10的集电极与电感L16相连接，三极管Q10的发射极接地，电感L16与电阻R26相连接，并与电感L20、电感L14、电感L13、电阻R22串联连接，电容C31、电容C32分别接在电阻R22与电感L13之间和电感L13与电感L14之间，电容C28接地并接在电感L14、L20之间，电容C29接在电感L20与电阻R26之间，三极管Q10的集电极与电容C39相连接，并接到三极管Q11的基极，电阻R28与电容C40串联连接，接到三极管Q11的基极上，Q11的集电极分别接电容C43、电感L18，电容C43另一端接电感L19，电感L18另一端接电阻R30，电阻R30与电容C35串联，电容C42与电感L17串联并接在电容C35与电阻R30之间，电容C40的另一端接到三极管Q12的集电极上，三极管Q12的基极与电阻R29相连接，三极管Q12的发射极与电容C44连接并接地，电阻R27与电容C41并联，接到三极管Q12的基极上，并且电阻R27与电容C41分别接地。
[0014]所述单片机控制模块8包括:芯片4了89052、电阻1?31、1?32、1?33、1?34、1?35、1?36、1?37、R38、R39、R40，电容C45、C46、C47，晶振Y1，发光二极管D1 ;所述显示模块9为芯片LCD1602，所述按键模块10为按键K1、K2、K3、K4 ;其中，芯片AT89C52的管脚Ρ0.0、Ρ0.1、Ρ0.2、Ρ0.3、Ρ0.4、Ρ0.5、Ρ0.6、Ρ0.7 分别与电阻 R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38 相连接，并与芯片LCD1602的管脚D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7相连接，芯片AT89C52的18,19引脚分别接电容C45、C46，并且电容C45、C46的一端串联接地，另一端与晶振Y1相连接；芯片AT89C52的引脚29与按键K1相连接，电阻R39与电容C47串联，芯片AT89C52的引脚9接在电容C47与电阻R39之间，芯片AT89C52的引脚24、25、26分别与按键K2、K3、K4相连接，引脚1与发光二极管D1相连接，并与电阻R40串联接地。
[0015]所述充电电路20 包括:二极管 D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11，电阻 R41、R42、R43、R44、R45、R46，电容 C48、C49，三极管 Q13、Q14、Q15、Q16、Q17、Q18，熔断开关 FU1、FU2，三相电压输入引线L1、L2、L3 ;所述充电指示灯23为发光二极管D12 ;其中，二极管D2、D3串联，二极管D4、D5串联，二极管D6、D7串联，并且两两并联，三相电压输入引线Ll接在二极管D6、D7之间，三相电压输入引线L2接在二极管D4、D5之间，三相电压输入引线L3接在二极管D2、D3之间，熔断开关FU1接在二极管D3的阴极与二极管D5的阴极之间，电容C49与二极管D6、D7并联连接，二极管D8与电阻R42并联之后与电阻R41串联，电阻R43与二极管D9串联并与发光二极管D10串联，三极管Q13的发射极与三极管Q15的发射极连接，三极管Q15的集电极连接在三极管Q14的集电极与三极管Q16的基极之间，三极管Q14的发射极与电阻R44连接，三极管Q16的集电极与三极管Q17的集电极连接，三极管Q16的发射极与三极管Q17的基极相连接，三极管Q17的发射极与三极管Q18的基极相连接，电阻R45与电容C48并联连接，三极管Q15的基极接到电阻R45的一端，二极管D11阳极接在三极管Q18的发射极，二极管D11阴极接恪断开关FU2，发光二极管D12与电阻R46相连接。
[0016]本实用新型的工作原理是:
[0017]—种基于嵌入式的野外传感信号实时增强装置的天线是可以折叠的，以用来方便携带及转移。首先，装置的胶棒天线I 1、胶棒天线II 2、胶棒天线III 12、胶棒天线IV 18展开，形成一个工字形状态，并通过固定三脚架29固定在传感器附近，如图2所示。然后，在充电电池槽25中装入一块充电蓄电池11，使用电池固定扣26将其固定。当电源指示灯24亮起时，提示该装置正常工作，并且在显示模块9上可以显示当前电量，信号强度等，通过按键模块10可以对设备进行相应功能的设定。设备的电量可以通过风扇19利用风力随时进行充电，以保证设备工作的持续性，并且环保耐用。
[0018]具体电路工作原理:当传感器工作时，一方面需要从传感器将数据传送到基站以用来进行相应的数据分析，另一方面，工作人员有时为了判断传感器是否故障，也会传送相应的测试信息，所以在传感器信号增强的装置中传输通道需要两条，一条是上行通道，另一条为下行通道。当外界向传感器发送数据时，外界基站所发送的信息首先由野外传感器信号增强装置头部模块的胶棒天线I 1接收，信号流经下行信号滤波器I 3进行杂质信号的滤波(此处的滤波技术属于常规技术)，进行选频滤波后的信号为有用信号。将有用的信号传入下行信号放大器I 4进行信号的放大，该信号流入电容C5，使得电容C5快速充电，从三极管Q2的基极流入，三极管Q2的集电极与电感L2相连接，三极管Q2的发射极接地，将通过下行信号放大器I 4放大后的信号输入到双工器I 5进行信号的合路，输入到野外传感器信号增强装置尾部模块的双工器II 15当中，使得信号进入下行信号滤波器II 14中进行二次滤波(此处滤波技术输入常规技术)，经过二次滤波的信号，输入到下行信号放大器II 13中，二次滤波信号经过电容C30输入三极管Q7的基极，三极管Q7的集电极与电感L12相连接，Q7的发射极接地，通过下行信号放大器II 13进行二次放大，将二次放大的信号通过胶棒天线III12发送到传感器上，已进行基站对传感器的信号传送。但传感器要对外部基站进行数据传送时，传感器的信号首先被胶棒天线IV 18接收，将带有杂质信号的数据输入到上行信号滤波器II 17中进行信号的滤波(该滤波技术输入常规技术)，将经过滤波后的信号输入上行信号放大器II 16当中，信号由电容C38输入到三极管Q10的基极，Q10的集电极与电感L16相连接，Q10的发射极接地。经过放大后的信号，由双工器II 15进行合路，输入到双工器I 5，将有用信号输入到上行信号滤波器I 6进行二次滤波(此处的滤波技术属于常规技术)，经过二次滤波后的信号，输入到上行信号放大器I 7中进行二次放大，信号由电容C20流入三极管Q4的基极，三极管Q4的发射极接地，Q4的集电极与电感L7相连接。最后将经过二次放大的信号，由胶棒天线II 2传送到外界基站中，已达到传感器信号的上传。实现了传感器与外界基站，和外界基站与传感器的互联互通，以及信息的传递。
[0019]在论文(李江华，李阳、惠轶等发表的《基于单片机的微弱信号测量及其数据传输》，微电子技术，2005.12.15中提到“利用单片机实现对微弱电压量的检测，并进行无线数据通信的方法”，因此用单片机处理电信号进行传输的是比较通用的方法)。因此，在单片机控制模块8中，信号输入单片机芯片AT89C52中，经过处理，将信号输入到芯片IXD1602中，进行相应的信号的显示，当需要对设备进行设定时，按下相应按键K2、K3、K4，进行设定。按键Κ1位初始化按键，主要是电容C47与电阻R39相连接，接到引脚9上，当按键Κ1按下时，电容C47急速充放电，使得单片机内部初始化。晶振Υ1与电容C45、C46相连接，接到引脚18、19上，使得单片机工作时同步。
[0020]风扇19转动时产生三相交流电压，该电压经过二极管D2、D3、D4、D5、D6、D7进行整流、在经过电容C47滤波后，产生一个随风速大小而变化的平滑直流电压，这电压一般在0到40V之间波动。直流电压经过自动稳压电路稳压为+12.7V后，再经Dl 1对蓄电池充电。当蓄电池端电压低于12V时，自动稳压电路便向蓄电池充电，直到蓄电池的端电压达到标称值12V。在风力比较强的时候，风力发电机的输出电压较高，使整流滤波后的直流电压达到18到40V，自动稳压电路正常工作，并对装置进行供电；当无风或风力较弱时，风力发电机的输出电压偏低，整流滤波后的直流电压低于18V时，则D11因自动稳压电路输出电压低于+12.7V而截止，改由蓄电池为负载提供+12V电压。充电提示灯23在风力发电输出电压正常时，发光二极管D10发光；在+12V输出电压正常时，发光二极管D12发光。
[0021]本实用新型的有益效果是:此装置结构简单，安装便捷，成本低廉，能够明显提高传感器传输信号的强度，保证传感器与基站之间的通信质量，并且安全稳定，对人体无额外辐射。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型的电路连接框图；
[0023]图2为本实用新型的实物图；
[0024]图3为本实用新型的头部模块电路原理图；
[0025]图4为本实用新型的尾部模块电路原理图；
[0026]图5为本实用新型的单片机控制模块电路图；
[0027]图6为本实用新型的充电电路图；
[0028]图中各标号:1-胶棒天线I，2_胶棒天线II，3-下行信号滤波器I，4_下行信号放大器I，5-双工器I，6-上行信号滤波器I，7-上行信号放大器I，8-单片机控制模士夬，9-显示模块，10-按键模块，11-充电蓄电池，12-胶棒天线III，13-下行信号放大器II，14-下行信号滤波器II，15-双工器II，16-上行信号放大器II，17-上行信号滤波器II，18-胶棒天线IV，19-风扇，20-充电电路，21-天线固定旋钮I，22-天线固定旋钮II，23-充电提示灯，24-电源指示灯，25-充电蓄电池槽，26-电池固定扣、27-天线固定旋钮III，28-天线固定旋钮IV，29-固定三脚架，30-支杆。
【具体实施方式】
[0029]实施例1:如图1-6所示，一种基于嵌入式的野外传感信号实时增强装置，包括头部模块、尾部模块、单片机控制模块8、显示模块9、按键模块10、充电蓄电池11、风扇19、充电电路20、天线固定旋钮I 21、天线固定旋钮II 22、充电指示灯23、电源指示灯24、充电蓄电池槽25、电池固定扣26、天线固定旋钮III 27、天线固定旋钮IV 28、固定三脚架29、支杆30 ；
[0030]所述单片机控制模块8分别与显示模块9和按键模块10相连接，显示模块9与充电蓄电池11相连接，风扇19与充电电路20相连接，充电电路20与充电蓄电池11相连接；充电蓄电池11放入充电蓄电池槽25并通过电池固定扣26固定；
[0031]天线固定旋钮I 21、天线固定旋钮II 22位于支杆30的顶部两端，分别与胶棒天线I 1、胶棒天线II 2相连接，天线固定旋钮III 27、天线固定旋钮IV 28位于支杆30的底部两端，分别与胶棒天线III 12、胶棒天线IV 18相连接，风扇19安装在装置支杆30的头部，装置支杆30的尾部连接固定三脚架29，充电电路20与充电指示灯23连接，电源指示灯24与电源连接；
[0032]所述头部模块包括:胶棒天线I 1、胶棒天线II 2、下行信号滤波器I 3、下行信号放大器I 4、双工器I 5、上行信号滤波器I 6、上行信号放大器I 7，所述胶棒天线I 1与下行信号滤波器I 3相连接，下行信号滤波器I 3与下行信号放大器I 4相连接，下行信号放大器I 4与双工器I 5相连接，双工器I 5与上行信号滤波器I 6相连接，上行信号滤波器
I6与上行信号放大器I 7相连接，上行信号放大器I 7与胶棒天线II 2相连接，双工器I5与单片机控制模块8相连接；
[0033]所述尾部模块包括:胶棒天线III12、下行信号放大器II 13、下行信号滤波器II 14、双工器II 15、上行信号放大器II 16、上行信号滤波器II 17、胶棒天线IV 18 ;所述单片机控制模块8与双工器II 15相连接，双工器II 15 —端接下行信号滤波器II 14，下行信号滤波器
II14与下行信号放大器II 13相连接，并与胶棒天线III12相连接，双工器II 15另一端与上行信号放大器II 16相连接，上行信号放大器II 16与上行信号滤波器II 17相连接，并与胶棒天线IV 18相连接。
[0034]所述下行信号放大器I 4包括:电阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，电容Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10，电感 Ll、L2、L3，三极管 Ql，Q2，Q3 ;所述上行信号放大器 I 7包括:电阻 R9、R1、Rll、R12、R13、R14、R15，电容 Cll、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22，电感 L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10，三极管 Q4、Q5、Q