口 电路 7 相连接，实现传感器的RS485电平与MSP430单片机串口 O (P3.4、P3.5)的TTL的电平之间的转换。可实现带RS485接口的传感器的数据采集。
[0056]传感器信号调理电路，通过J5插座与外设相连。
[0057]如图8所示，GPRS无线通信模块6
[0058]优选GTM900-40PGPRS模块，其作用是将采集的数据通过GPRS网络上传到远程PC机。GPRS与MSP430单片机通过串口 I (P3.6、P3.7)进行通信。GPRS的15脚为其电源开关控制端，与MSP430单片机的Pl.1相连，由Pl.1控制GPRS模块电源的通断，可实现模块的间隙性工作。GPRS模块通过J61插座与数据采集器的主线路板相连，采用可插拔结构。J62为SM卡专用插座，SIM卡通过此插座与GPRS无线通信模块6相连。
[0059]如图9所示，RS485接口 7
[0060]实现MSP403单片机串口 O与传感器RS485电平之间的转换。优选MAX3485芯片，MAX3485 的 RO 及 DI 端口与 MSP430 单片机串口 O (P3.4、P3.5)相连。MAX3485 的 /RE 及 DE端口与MSP430单片机P4.7、P4.6相连，用于MAX3485收发与低功耗控制。R71、R73为偏置电阻，R72为终端电阻。
[0061]如图10所示，ZigBee无线通信模块8
[0062]当ZigBee无线通信模块8用于无线节点时，其作用是将采集数据通过ZigBee无线通信模块8发送到ZigBee网络。
[0063]当用作无线网关时是用于采集ZigBee网络的数据，再通过GPRS无线通信模块6将ZigBee无线通信模块8的数据发送到远程PC机。
[0064]ZigBee无线通信模块8优选CC2530型模块，其中LED81、LED82、LED83分别用于指示PIN状态、入网状态及节点确认状态指示，S81为PING按键，按下S81模块进行PING操作。模块的第8脚(1l)为休眠状态唤醒口线，与MSP430单片机P4.0 口线相连，ZigBee无线通信模块8在空闲状态下进入休眠模式，以降低功耗，通过P4.0可对模块进行休眠唤醒操作。
[0065]R84、S82、C81构成了上电及手动复位电路，其复位端与MSP430的P4.1 口线相连，通过P4.1可对ZigBee无线通信模块8进行复位操作。
[0066]J82为ZigBee无线通信模块调试及下载接口，采用JTAG接口形式，其中的DC、DD引脚为调试编程接口，可以进行在线编程调试。
[0067]而SCLKl,MOSII,MlSOUCSnl为SPI快速下载接口，并与MSP430单片机相应的SPI接口(P3.0、P3.1、P3.2)及片选信号控制口线(P3.3)通过零欧姆电阻R35至R38相连，而MSP430单片机与ZigBee无线通信模块8之间是通过此SPI接口进行数据通信，其中CSnl为片选信号。
[0068]如果需要对ZigBee无线通信模块8进行在线(在数据采集器上)快速下载，需通过键盘及液晶将数据采集器设置成ZigBee模块下载模式，此模式下MSP430单片机与所有其它SPI接口外设不进行SPI通信，确保下载正常。
[0069]ZigBee无线通信模块8进行在线快速下载也可在R35至R38焊接前进行。另外ZigBee无线通信模块8也可脱离数据采集器主线路板，插到专门的下载器中进行快速下载、升级。
[0070]J81为ZigBee无线通信模块8与数据采集器主线路板的连接插座，采用可插拔式结构。
[0071]如图11所示，外部看门狗9
[0072]由于GPRS模块在通信状态时，干扰较强，当MSP430单片机采用内部看门狗时易出现死机现象，因此采用了外部看门狗电路9，优选TPS3823看门狗芯片，其I脚/REST端与MSP430单片机的58脚/RST端相连，其4脚WDI端与MSP430单片机Pl.0 口线相连。
[0073]如图12所示，液晶显示电路11
[0074]优选ST7920、ST7921为控制芯片的128X64液晶模块。用于GPRS无线通信模块6、ZigBee无线通信模块8、实时时钟等数据及工作状态的显示。
[0075]液晶的串并口工作方式选择端LCD_PSB设计为高电平状态，选择并口工作方式，液晶的DB0-DB7数据端与单片机的P2 口(P2.0-P2.7)相连。
[0076]液晶的A、K端为背光电源正负端，背光电源通过三极管QlOl、MSP430单片机的Pl.3 口线及键盘电路中相应的键盘控制其开启与关闭。
[0077]LCD_VCC端为液晶的工作电源端，通过三极管Q102、MSP430单片机的Pl.4 口线及键盘电路中相应的键盘控制其开启与关闭。开启后，如无相应的键盘操作，则延时一定时间后会自动关闭液晶的工作电源。
[0078]液晶的对比度调节电压端V0、驱动电压端VOUT的电压由LCD_VCC经R103、R104分压得到，通过调整R103、R104可改变相应的电压。
[0079]液晶的LCR_RS端为DB0-DB7是数据还是命令控制端，LCD_R/W为数据读/写操作控制端，LCD_E为使能端，分别与MSP430单片机的Pl.5、Pl.6、Pl.7相连。
[0080]液晶的LCD_RST复位端与MSP430单片机的Pl.2相连，可由单片机控制其复位。
[0081]128X64液晶模块通过J4插座与数据采集器主线路板相连，采用可插拔结构。多个数据采集器也可以共用一个液晶模块进行参数设置，以节省成本。
[0082]如图13所示，外部存贮器11
[0083]当GPRS通信失效无法上传采集数据时，可将采集数据及实时时间暂存到外部存贮器中，一旦通信状态正常，再将贮存的数据上传。
[0084]外部存贮器11优选16Mbit的AT4OTB161贮存器，也可更换管脚兼容的同系列容量更大的贮存器。
[0085]AT45DB161贮存器通过SPI接口与MSP430单片机进行通信，其CS、S1、SO、SCLK端分别与MSP430单片机的SPI接口的P4.2、P3.2、P3.1、P3.0相连。其中CS为片选信号，有效时，才能对AT45DB161操作。
[0086]如图14所示，RTC时钟12
[0087]实时时钟电路主要为数据采集器提供采集数据时的实时时间。优选PCF2123实时时钟芯片，芯片采用SPI接口与MSP430单片机进行通信，其CS、SD1、SDO、SCLK端分别与MSP430单片机的SPI 口线P4.3、P3.2、P3.1、P3.0相连。其中CS为片选信号，有效时，才能对PCF2123操作。
[0088]实时时钟的/INT及CLKOUT端分别与MSP430单片机的P4.5、P4.4相连，可以对MSP430单片机进行定时唤醒操作，方便实现数据采集器间隙性工作方式，以降低数据采集器的功耗。
[0089]实时时钟及间隙性工作时间间隔可以通过键盘电路及液晶显示器进行设置，也可以由上位机通过GPRS模块进行远程设置。
[0090]数据采集器采用不间断供电方式，因此实时时钟电路未采用电池供电，但短时间断电时，如插拔液晶等模块时，则可由C122大容量电容为实时时钟芯片供电，D122是作用就是在此模式下，防止电容向其它电路放电，延长实时时钟芯片正常工作时间，D122采用肖特基二极管。
[0091]XT121为实时时钟芯片外部晶振。
【主权项】
1.一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(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(I )、液晶显示电路(10)，其特征在于: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)、ZigBee无线通信模块(8)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。
2.如权利要求1所述的多功能低功耗水环境无线数据采集器，其特征在于:所述DC/DC开关稳压电路(I)由LM25575 DC-DC开关集成稳压芯片构成。
3.如权利要求1所述的多功能低功耗水环境无线数据采集器，其特征在于:所述键盘电路(4)采用独立式键盘电路，共4个键盘。
4.如权利要求1所述的多功能低功耗水环境无线数据采集器，其特征在于:所述传感器信号调理电路(5)包括开信号信号调理电路、直流电压信号调理电路4-20mA信号调理电路和另一 RS485接口。
5.如权利要求1所述的多功能低功耗水环境无线数据采集器，其特征在于:所述外部看门狗(9)采用TPS3823看门狗芯片。
6.如权利要求1所述的多功能低功耗水环境无线数据采集器，其特征在于:所述外部存贮器(11)采用AT4OTB161贮存器。
【专利摘要】本实用新型公开了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。
【IPC分类】G08C17-02
【公开号】CN204516015
【申请号】CN201520093787
【发明人】谢少伟, 朱振宇
【申请人】浙江水利水电学院, 浙江八方电信有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年2月10日