一种无线传感器网络节点的制作方法
【专利摘要】一种无线传感器网络节点，该无线传感器网络节点包含MCU，以及分别连接该MCU的信号采集与处理单元、时间采集单元、温度采集单元、有线通讯单元、无线通讯单元、电量采集单元和电源变换单元。本实用新型在石油钻井过程中，可高速率、高稳定性的传输随钻MWD、钻井仪表、综合录井仪所需要的各个传感器的信号，保证了钻井过程中各种设备需要监测的参数的实时性与可靠性。
【专利说明】一种无线传感器网络节点
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种无线传感器网络节点。
【背景技术】
[0002]传感器作为监测系统的基本组成部分，在整个系统中起着举足轻重的作用。传统的监测系统中的数据传输采用有线式，即传感器在实际应用中，要通过导线与监测中心的数据采集设备或计算机系统相连接，导线的数量也会随着传感器数量的增加而增加，不仅工作量大，而且安装和维护起来也需要大量的经费。这种情况在计算机网络技术出现后有所改观，传感器的生产者以及使用者均努力将网络技术应用到他们生产或使用的传感器中并组成传感器网络，传感器网络中各传感器的连接类似于通过局域网，将个人电脑连接在一起，这样可以通过一根电缆或总线将多个传感器连接在一起，所有传感器的数据都可以使用网络通信协议在电缆上进行传输。连接在总线上的传感器节点，如同局域网中的计算机一样相互独立互不影响，使传感器更易于安装和更换。但也存在维护难，扩展不便等弊端，同时当监测对象极度分散或实际环境无法布线时，有线传输就显得不太可能，此时如果能采用无线传输就是比较好的选择。
[0003]在钻井领域中，可以将传感器节点采集到的数据通过无线模块发送到钻井检测仪表，进行数据的采集、运算、显示、设置及数据的回放和存储，供司钻或者监测人员监测数据、了解钻井仪表的各个参数，并可以从上位机向各个传感器子节点下传命令数据，对各个参数进行调节。后台计算机单元可以通过工业以太网与钻井监测仪表之间实现数据的交换，实现实时数据监测、实时数据和曲线打印，以及对数据进行存储和回放。前端传感器和仪器房采集箱之间没有任何有形线缆，无线传输数据，这样给录井工作带来了最新最轻松的无线工作体验。
实用新型内容
[0004]本实用新型提供一种无线传感器网络节点，在石油钻井过程中，可高速率、高稳定性的传输随钻MWD (随钻测量，Measure While Drilling)、钻井仪表、综合录井仪所需要的各个传感器的信号，保证了钻井过程中各种设备需要监测的参数的实时性与可靠性。
[0005]为了达到上述目的，本实用新型提供一种无线传感器网络节点，该无线传感器网络节点包含:
[0006]MCU ；
[0007]信号采集与处理单元，其输出端电路连接所述的MCU ；
[0008]时间采集单元，其输出端电路连接所述的MCU ；
[0009]温度采集单元，其输出端电路连接所述的MCU ；
[0010]有线通讯单元，其通过信号线连接所述的MCU，与所述的MCU进行双向通讯；
[0011]无线通讯单元，其与所述的MCU进行双向通讯；
[0012]电量采集单元，其输出端电路连接所述的MCU ；[0013]电源变换单元，其输出端电路连接所述的MCU。
[0014]所述的MCU采用DSPIC单片机。
[0015]所述的信号采集与处理单元通过SPI通讯与MCU进行数据传输。
[0016]所述的时间采集单元采用数字时钟芯片，通过SPI通讯与MCU进行数据传输。
[0017]所述的温度采集单元采用数字温度芯片，通过SPI通讯与MCU进行数据传输。
[0018]所述的有线通讯单元采用RS232方式进行通讯。
[0019]所述的无线通讯单元工作于ISM频段。
[0020]本实用新型的优点是:
[0021]1、可实现高速率、高稳定性的传输；
[0022]2、可实时实现外部设备和传感器的信息交互；
[0023]3、可实现区域性组网信息传输。
[0024]4、可方便快捷的增减无线传感器网络中的节点数。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本实用新型的电路结构框图。
[0026]图2是本实用新型中的电量采集单元的电路结构图。
【具体实施方式】
[0027]以下根据图1和图2，具体说明本实用新型的较佳实施例。
[0028]如图1所示，本发明提供一种无线传感器网络节点，其包含:
[0029]MCU (微控制器 Micro Controller Unit) I ；
[0030]信号采集与处理单元2，其输出端电路连接所述的MCUl ；
[0031]时间采集单元3，其输出端电路连接所述的MCUl ；
[0032]温度采集单元4，其输出端电路连接所述的MCUl ；
[0033]有线通讯单元5，其通过信号线连接所述的MCU1，与所述的MCUl进行双向通讯；
[0034]无线通讯单元6，其与所述的MCUl进行双向通讯；
[0035]电量采集单元7，其输出端电路连接所述的MCUl ；
[0036]电源变换单元8，其输出端电路连接所述的MCUl。
[0037]所述的MCUl采用DSPIC单片机。
[0038]所述的信号采集与处理单元2可以将传感器输出的脉冲信号或者电压信号转换成适合单片机处理的脉冲信号和电压信号。如果与无线传感器节点连接的传感器的输出信号是脉冲信号，比如绞车传感器，信号采集与处理单元2会将其转换成适合单片机计数的脉冲信号；如果与无线传感器节点连接的传感器的输出信号是电压信号，比如立压传感器或者悬重传感器，信号采集与处理单元2根据MCUl设定的采集频率通过AD采样芯片采集传感器的输出信号，其通过SPI通讯与MCUl进行数据传输。
[0039]所述的时间采集单元3采用数字时钟芯片，通过SPI通讯与MCUl进行数据传输，实时反映MCUl上传数据时的时间。本实施例中，时间采集单元3采用型号为PCF8583的时钟芯片。
[0040]所述的温度采集单元4采用数字温度芯片，通过SPI通讯与MCUl进行数据传输，实时反映MCUl上传数据时的工作温度。本实施例中，温度采集单元4采用型号为ADT7301的温度芯片。
[0041]所述的有线通讯单元5可以通过有信号线连接的方式保证MCUl和外部设备实现命令和数据的交换。本实施例中，有线通讯采用RS232方式进行通讯。
[0042]所述的无线通讯单元6可以通过没有信号线连接的方式保证MCUl和外部设备实现命令和数据的交换。本实施例中，无线通讯工作于ISM频段，超低功耗，适用距离小于300米。
[0043]所述的电量采集单元7根据MCU设定的检测频率，由单片机控制，当使用外部电源供电时，周期性的监测电源的电压值大小和稳定性；当使用电池供电时，周期性的监测电池的电量，确保电池能正常的给节点供电。本实施例中，所述的电量检测电路如图2所示，其由两个电阻Rl和R2分压，然后通过单片机内部的ADC模数转换器处理，转换为相应的电量值。
[0044]所述的电源变换单元8通过DC/DC转换和线性变换，为无线传感器网络节点提供稳定的供电电源。本实施例中，电源变换单元8主要采用型号为TPS62111和TPS77633的
-H-* I I
心/T O
[0045]本实用新型的具体工作原理如下所述:如果与无线传感器节点连接的传感器的输出信号是脉冲信号，比如绞车传感器，信号采集与处理单元2会将其转换成适合单片机计数的脉冲信号，MCUl会实时的记录脉冲数变化；如果与无线传感器节点连接的传感器的输出信号是电压信号，信号采集与处理单元2根据MCUl设定的采集频率通过AD采样芯片采集传感器的输出信号后传输给MCUl ;传感器采集频率可以设定为20ms-ls ;时间采集单元3每秒采集一次时间值，通过I2C通讯将数据传输给MCUl ;温度采集单元4每秒采集一次温度值，通过SPI通讯将数据传输给MCUl ；电量采集单元7每秒采集一次电量传输给MCUl ；MCUl每秒将上述脉冲信号或者电压信号、温度数据、时间数据、电量等数据打包并排序上传给上位机。
[0046]该网络节点可以用电池供电，也可以用外部电源供电；MCU1和外部设备或者上位机的通讯可以分别或者同时使用有线通讯和无线通讯。本实用新型采用有线通讯单元和无线通讯单元传输数据信息，且两种通讯方式也可以同时工作，提高了数据传输的可靠性。
[0047]本实用新型采用了电量采集单元，在采用电池供电时对供电电池进行周期性的电量检测，并通过通讯模块传输至上位机或者外部设备，为判定电池寿命提供了科学依据。
[0048]尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种无线传感器网络节点，其特征在于，该无线传感器网络节点包含:
MCU (I)； 信号采集与处理单元(2)，其输出端电路连接所述的MCU (I)； 时间采集单元(3)，其输出端电路连接所述的MCU (I)； 温度采集单元(4)，其输出端电路连接所述的MCU (I)； 有线通讯单元(5)，其通过信号线连接所述的MCU (1)，与所述的MCU (I)进行双向通讯； 无线通讯单元(6)，其与所述的MCU (I)进行双向通讯； 电量采集单元(7)，其输出端电路连接所述的MCU (I)； 电源变换单元(8)，其输出端电路连接所述的MCU (I)0
2.如权利要求1所述的无线传感器网络节点，其特征在于，所述的MCU(I)采用DSPIC单片机。
3.如权利要求1所述的无线传感器网络节点，其特征在于，所述的信号采集与处理单元(2)通过SPI通讯与MCU (I)进行数据传输。
4.如权利要求1所述的无线传感器网络节点，其特征在于，所述的时间采集单元(3)采用数字时钟芯片，通过SPI通讯与MCU (I)进行数据传输。
5.如权利要求1所述的无线传感器网络节点，其特征在于，所述的温度采集单元(4)采用数字温度芯片，通过SPI通讯`与MCU (I)进行数据传输。
6.如权利要求1所述的无线传感器网络节点，其特征在于，所述的有线通讯单元(5)采用RS232方式进行通讯。
7.如权利要求1所述的无线传感器网络节点，其特征在于，所述的无线通讯单元(6)工作于ISM频段。
【文档编号】G08C17/02GK203596923SQ201320836217
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】赵要强, 刘洋, 吴冠玮 申请人:上海神开石油设备有限公司, 上海神开石油化工装备股份有限公司