一种多功能低功耗水环境无线数据采集器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水环境无线通信数据采集领域，尤其涉及一种采用ZigBee及GPRS通信方式的水环境据无线采集器，可广泛用于水文，水质，气象等领域的环境等数据实时米集。
【背景技术】
[0002]随着我国工业化社会的飞速发展，城镇人口增加，水资源日益紧缺，水体、空气等污染状况日趋严重，水环境的实时检测系统，特别是无线检测系统的需求也在增加，而其中的无线数据采集器功能较为单一，通用性不强。如单一功能的GPRS无线数据采集器、ZigBee无线数据采集节点，无数据采集功能的ZigBee转GPRS网关等。组网进所需数据采集器数量及品种较多，成本较高，管理维修有所不便。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型主要解决现有水环境无线数据采集器功能单一、通用不强等问题，提供一种用ZigBee及GPRS通信方式的水环境无线采集器，具体技术方案如下:
[0004]一种多功能低功耗水环境无线数据采集器，包括MSP430单片机及外围电路、GPRS无线通信模块、ZigBee无线通信模块、DC/DC开关稳压电路、液晶显示电路，所述DC/DC开关稳压电路和GPRS无线通信模块连接，DC/DC开关稳压电路通过低压差直流稳压电路和MSP430单片机及外围电路、ZigBee无线通信模块连接；RS485接口、键盘电路和MSP430单片机及外围电路连接，传感器信号调理电路、外部看门狗、液晶显示电路、外部存贮器、RTC时钟也和MSP430单片机及外围电路连接。
[0005]进一步的，所述DC/DC开关稳压电路由LM25575 DC-DC开关集成稳压芯片构成。
[0006]进一步的，所述键盘电路采用独立式键盘电路，共4个键盘。
[0007]进一步的，所述传感器信号调理电路包括开信号信号调理电路、直流电压信号调理电路和4-20mA信号调理电路和另一 RS485接口。
[0008]进一步的，所述外部看门狗采用TPS3823看门狗芯片。
[0009]进一步的，所述外部存贮器采用AT4OTB161贮存器。
[0010]本实用新型所用ZigBee及GPRS模块采用可插拔结构，具有以下四种功能:
[0011](I) ZigBee无线数据采集节点功能。此模式下，不用GPRS模块，数据采集器便成为可采集多种数据的ZigBee无线数据采集节点。
[0012](2) GPRS无线数据采集器功能。此模式下，不用ZigBee模块，数据采集器便成为可采集多种数据的GPRS无线数据采集器。
[0013](3)有线数据采集器功能。此模式下，不用GPRS、ZigBee模块，数据采集器便成为可采集多种数据的有线数据采集器，并通过RS485接口有线传输采集数据。
[0014](4)带有数据采集功能的ZigBee转GPRS网关功能。此状态下不仅能用作ZigBee转GPRS网关，同时还起到有线数据采集器的作用，可以节省多个ZigBee无线传感节点。如将本数据采集器安装于其中的一个传感器上，如雨量传感器，其开关量数据可通过本采集器进行采集，同时还可将附近安装的传感器通过有线的方式进行采集，而安装较远的传感器数据，则可采用ZigBee无线传感节点进行采集。
[0015]上述4种模式，可通过数据采集器的键盘电路及液晶显示器进行设置。
[0016]本实用新型的数据采集信号，适用如水位，流量，水温、PH值、溶解氧、电导率、浊度、气温、湿度、风速、风向、光照、露点水环境等传感器，主要包括以下4个方面:
[0017](I)开关信号数据采集通道:具有8路开关信号数据采集通道，并通过光耦进行了隔离。其中高电平/浮空，低电平/浮空开关量各4路，高电平/低电平开关量则有8路。
[0018](2)直流电压信号:具有2路直流电压数据采集通道，12位A/D采样。
[0019](3) 4-20mA电流信号:具有2路4_20mA电流信号数据采集通道，12位A/D采样。
[0020](4)具有一路RS485数据采集通道，可实现对多个(最高可达255个)带RS485接口传感器进行数据采集。
[0021]本实用新型还有以下3个方面的特点:
[0022](I)低功耗:选择了 MSP430低功耗单片机，GPRS模块工作电源可关断，液晶显示器通过键盘操作开启后，如无键盘操作，则会自动延时关闭。ZigBee无线模块休眠可唤醒。可通实时时钟芯片现实数据采集器间隙性工作方式，以降低功耗，间隙时间可通过键盘或远程进行设置。
[0023](2)采集数据可本地贮存:采用了大容量外部存贮器，当GPRS无线数据通信不正常时可以将数据暂存。
[0024](3)液晶显示器采用可插拔结构:多个数据采集器可以共用一个液晶模块进行参数设置，以节省成本。
【附图说明】
[0025]图1是本实用新型的多功能低功耗水环境无线数据采集器结构框图；
[0026]图2是DC/DC开关稳压电路图；
[0027]图3是低压差直流稳压电路图；
[0028]图4是MSP430单片机线路图；
[0029]图5是MSP430单片机外围线路图；
[0030]图6是键盘电路图；
[0031]图7是传感器信号调理电路图；
[0032]图8是GPRS无线通信模块电路图；
[0033]图9是RS485接口电路图；
[0034]图10是ZigBee模块图；
[0035]图11是外部看门狗电路图；
[0036]图12是液晶显不电路图；
[0037]图13是外部存贮器电路图；
[0038]图14是实时时钟电路图。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0040]如图1所示，本实用新型的多功能低功耗水环境无线数据采集器，包括MSP430单片机及外围电路3、GPRS无线通信模块6、ZigBee无线通信模块8、DC/DC开关稳压电路1、液晶显示电路10，所述DC/DC开关稳压电路I和GPRS无线通信模块6连接，DC/DC开关稳压电路I通过低压差直流稳压电路2和MSP430单片机及外围电路3连接；RS485接口 7、键盘电路4和MSP430单片机及外围电路3连接，传感器信号调理电路5、外部看门狗9、液晶显示电路10、外部存贮器11、RTC时钟12也和MSP430单片机及外围电路3连接。
[0041]各框图功能及线路分析:
[0042]DC/DC开关稳压电路I
[0043]该电路主要为GPRS无线通信模块6提供工作电源，如图2所示。优先LM25575DC-DC开关集成稳压芯片。DC/DC开关稳压电路I输入电压由Jl插座引入，由DC12电源供电，如12V光伏系统供电，输入电压VCC_IN经反向保护二极管Dll后为LM25575供电，输出电压GPRS_VCC可以通过R14、R15调整，以满足GPRS模块工作电压的需要。Dll、D12选择肖特基二极管，LI为储能电感。
[0044]低压差直流稳压电路2
[0045]优先LP2950-3.3V低压差直流稳压电源，其输出电压为3.3V，主要为MSP430单片机、ZigBee无线通信模块8等电路供电。输入电压也是由VCC_IN经反向保护二极管Dll后提供。电路如图3所示。
[0046]MSP430单片机及外围线路3
[0047]如图4所示，优选MSP430F247低功耗单片机，单片机具有2路UART及SPI串行通信接口，其中2路UART (Ρ3.4、Ρ3.5、Ρ3.6、Ρ3.7)分别与RS485接口 7及GPRS无线通信模块6相连。一路SPI串行通信接口(Ρ3.0、Ρ3.1、Ρ3.2)分别与ZigBee无线通信模块8、实时时钟PCF2123、AT4?B161D大容量外部存贮器SPI串行通信接口相联，通过各模块或芯片的CS片选信号，选择对其中一个器件进行操作。
[0048]如图5所示，MSP430单片机外围线路包括:XT31、XT32两个外部晶振，在低速晶振状态(ΧΤ32)下可降低单片机的功耗。J3为JTAG调试下载接口，下载口线连接到单片机的54-57引脚。R34、C37、D31构成了上电复位电路，复位信号加到JTAG接口上，经R31输出到单片机57脚RST复位端，电容C35、C36为单片机电源端旁路电容，用于抑制尖峰脉冲干扰。
[0049]键盘电路4
[0050]采用了独立式键盘电路，共4个键盘，用于设置GPRS无线通信模块6、ZigBee无线通信模块8、实时时钟、间隙式工作时间、数据采集器工作模式等参数。键盘电路4输出信号线与MSP430单片机的P5.0至P5.3引脚相连。
[0051]如图7所示，传感器信号调理电路5
[0052]I)开信号信号调理电路:具有8路开关信号数据采集通道，并通过光耦进行了隔离，光耦优先采用TLP521-4芯片。其中光耦U51处理4路低电平/浮空信号，光耦U52处理另4路高电平/浮空信号。对于高电平/低电平开关量，二个光耦信号调理电路均可工作，只有开关状态相反，因此高电平/低电平开关量有8路通道。调理后输出信号，加到了MSP430单片机的P6.4到P6.7引脚以及P5.4到P5.7引脚8个口线。
[0053]2 )直流电压信号调理电路:设有二路直流电压信号调理电路，分别通过R517、R518及R519及R520分压后加到了 MSP430单片机的P6.0、P6.1 二路12位A/D转换口线，分压后的电压不能高于MSP430单片机A/D端的允许最大电压。
[0054]3) 4-20mA信号调理电路:设有二路4_20mA信号调理电路，分别通过R522、R524转换成电压信号后，经R521、R523限流保护及C53、C54旁路电容加到了 MSP430单片机的P6.2、P6.3 二路12位A/D转换口线，转换后的电压信号不能高于MSP430单片机A/D端的允许最大电压。
[0055]4)RS485 接口 电路:设有一路 RS485 接口，485_A 及 485_B 与 RS485 接