基于ZigBee协议的环境监测无线传感器网络测量节点的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环境监测领域，具体涉及基于ZigBee协议的环境监测无线传感器网络测量节点。
【背景技术】
[0002]随着现在高科技的进步，人们的生活水平有了很大的提高，对环境的要求也越来越高，环境问题开始得到社会的重视。无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息并报告给用户。无线传感器网络集传感器、执行器、控制器和通信装置于一体，集传感与驱动控制能力、计算能力、通信能力于一身。由这些微型传感器构成的无线传感器网络能够实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种监测对象信息，并对这些信息进行处理，传送给需要这些信息的用户。但是目前用于环境监测的仪器及系统存在以下两个方面的不足:
[0003]1、有些精密仪器工作条件要求比较高，需安装于固定实验室或是专门的台站，难于普及应用，特别是不适应于生产现场、野外、边远地区的应急监测。
[0004]2、现有的很多环境监测系统采用的是有线或有线加调制解调器或光纤等通讯方式，但是在环境监控系统中，很多监控点必须是野外、企业排污点等无人值守的，不适合搭建有线网络的环境。
【发明内容】
[0005]本发明提供基于ZigBee协议的环境监测无线传感器网络测量节点，解决现有环境监测仪器及系统不适应于生产现场、野外、边远地区的应急监测问题。
[0006]本发明通过以下技术方案解决上述问题:
[0007]基于ZigBee协议的环境监测无线传感器网络测量节点，由微处理器模块、数据采集模块、无线通信模块、扩展口模块和电源模块组成，所述数据采集模块的输出端与微处理器相连，所述微处理器模块与无线通信模块相连;所述应用扩展口模块连接微处理器相应1端口，所述电源模块的输出端分别与数据采集模块、无线通信模块相连，并为上述各模块供电。
[0008]上述方案中，所述数据采集模块由温湿度传感器和压力传感器组成；所述温湿度传感器输出端与微处理器相应1端口相连;所述压力传感器输出端与微处理器相应1端口相连。
[0009]上述方案中，所述电源模块由干电池和DC/DC稳压子模块组成;所述干电池输出端与DC/DC稳压子模块输入端相连;所述DC/DC稳压子模块输出端分别与数据采集模块、无线通信模块的供电端相连。
[0010]上述方案中，所述微处理器模块由微处理器和JTAG调试接口组成，所述JTAG调试接口与微处理器相应1端口相连。
[0011]上述方案中，所述无线通信模块由RF子模块和晶振组成，所述晶振与RF子模块相连。
[0012]本发明的优点与效果是:
[0013]1、本发明提供了一种基于ZigBee协议的环境监测无线传感器网络测量节点，该环境监测无线传感器网络测量节点可安装于野外、企业排污点等无人值守的监控点，利用GSM/GPRS网络，通过无线传输进行组网，为生产现场、野外、边远地区提供应急监测，使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实而可靠的信息，以便为后面的分析、决策工作提供参考数据，能够通过无线方式采集大气温度、湿度和压力三个数据指标；
[0014]2、采用无线传感器网络技术，能够实现ZigBee自组织网络的组建和通讯，通过无线传输，网络稳定，具有很好的自修复能力，可以使设备的安装极为方便，对安装地点的要求也比较简单，能适用于生产现场、野外、边远地区等应急监测场所，同时具有快速展开、抗毁性强体积小、轻便易携带、安装方便，成本较低等特点。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的结构原理框图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
[0017]本发明公开了一种基于ZigBee协议的环境监测无线传感器网络测量节点，包括微处理器模块、数据采集模块、无线通信模块、应用扩展口模块以及电源模块;数据采集模块输出信号连接微处理器模块，微处理器模块与无线通信模块相连，应用扩展口模块和微处理器模块相连，电源模块的输出端与微处理器模块、数据采集模块、无线通信模块的供电端相连，用于为上述三个模块供电。
[0018]数据采集模块将采集到的温度、湿度以及大气压力三个数据传输给微处理器模块，并由微处理器模块通过无线通信模块接入到因特网或者GPRS等其他长距离传输网络而实现环境信息的监测管理。数据采集模块由温湿度传感器SHTll、压力传感器HP03组成，温湿度传感器SHTlI通过IIC标准两线制串口接口与微处理器直接连接，压力传感器HP03输出端与微处理器相应1端口相连。
[0019]温湿度传感器SHTll包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件，这两个敏感元件与一个14位的A/D转换器以及一个串行接口电路设计在同一个芯片上面。温湿度传感器SHTll的供电电压为2.4?5V，以5V为例，测量时电流消耗为550uA，系统带有自动休眠的功能，休眠时电流消耗0.3?IuA，因此，按照每秒钟进行一次12bit精度的测量，平均电流为28uA，功耗很低，适合野外环境监测的应用。
[0020]压力传感器HPO 3内部有一个压电电阻和15位的A/D转换器，输出接口是标准的IIC接口，通过该接口与微处理器相连实现数据的采集与传输。压力传感器HP03的供电电压为2.2?3.6V，量程为0.3?1.1标准大气压，工作条件为40°C?80°C，压力传感器HP03也有自动休眠功能，工作时电流为500uA，休眠时为luA，极大的降低了功耗，适合野外环境监测的应用。
[0021]无线通信模块由RF子模块和晶振组成。RF子模块CC2420通过SPI标准接口与微处理器直接连接，通过这个接口完成设置和收发数据两方面的工作。RF子模块CC2420芯片采用低电压供电2.1V?3.6V，同时，采用休眠模式，且从休眠模式被激活的时延短，因此有更多的时间处于休眠状态，而处于休眠状态时芯片的能耗极低，从而大大减少了能耗。RF子模块CC2420各状态下的电流消耗典型值如下:稳压器关闭为0.02uA，低电位模式为20uA，空闲模式为426uA，接收模式为18.8mA，发送模式，输出功率P = OdBm，为17.4mA。RF子模块CC2420内部使用1.8V工作电压，因而功耗很低，适合于电池供电的设备；外部数字I/0接口使用
3.3V电压，这样可以保持和3.3V逻辑期间的兼容性。它在片上集成了一个直流稳压器，能够把3.3V电压转换成1.8V电压。这样对于只有3.3V电源的设备，不需要额外的电压转换电路就能正常工作。RF子模块CC2420需要由16MHz的参考时钟用于250kbps数据的收发，RF子模块CC2420通过与晶振相连，并由外部时钟源晶振提供这个参考时钟。
[0022]基于ZigBee协议的环境监测无线传感器网络测量节点一般布置在无人值守或是环境恶劣的地区，有些具有移动性，所以节点需要采用干电池供电，在硬件元器件的选取中，已经考虑到了尽量降低系统的功耗，各个模块的供电电压都比较低，综合比较，2.4?3.6V的电压可以使所有模块正常工作。因此，采用2节AA干电池进行供电。按照1500mA/h的干电池容量，每隔一分钟进行一次温湿度、压力测量，估算至少可以工作半年时间，能适用于生产现场、野外、边远地区等应急监测场所。考虑到扩展模块供电的需要，而很多模拟传感器以及气体传感器都需要5V的电源供电。因此，提供一个备用的DC/DC稳压子模块，输出5V的电压。
[0023]JTAG调试接口通过4根信号线与微处理器相连，完成微处理器程序的烧写和调试。为便于操作和调试，基于ZigBee协议的环境监测无线传感器网络测量节点还有按键，指示灯，显示模块等。应用扩展口模块，如键盘、显示、UART、PWM等，通过与微处理器相连，主要用于和PC机进行通讯。
【主权项】
1.基于ZigBee协议的环境监测无线传感器网络测量节点，其特征在于: 由微处理器模块、数据采集模块、无线通信模块、扩展口模块和电源模块组成，所述数据采集模块的输出端与微处理器相连，所述微处理器模块与无线通信模块相连;所述应用扩展口模块连接微处理器相应1端口，所述电源模块的输出端分别与数据采集模块、无线通信模块相连，并为上述各模块供电。2.根据权利要求1所述的基于ZigBee协议的环境监测无线传感器网络测量节点，其特征在于: 所述数据采集模块由温湿度传感器和压力传感器组成;所述温湿度传感器输出端与微处理器相应1端口相连;所述压力传感器输出端与微处理器相应1端口相连。3.根据权利要求1所述的基于ZigBee协议的环境监测无线传感器网络测量节点，其特征在于: 所述电源模块由干电池和DC/DC稳压子模块组成;所述干电池输出端与DC/DC稳压子模块输入端相连;所述DC/DC稳压子模块输出端分别与数据采集模块、无线通信模块的供电端相连。4.根据权利要求1所述的基于ZigBee协议的环境监测无线传感器网络测量节点，其特征在于: 所述微处理器模块由微处理器和JTAG调试接口组成，所述JTAG调试接口与微处理器相应1端口相连。5.根据权利要求1所述基于ZigBee协议的环境监测无线传感器网络测量节点，其特征在于: 所述无线通信模块由RF子模块和晶振组成，所述晶振与RF子模块相连。
【专利摘要】本发明公开了一种基于ZigBee协议的环境监测无线传感器网络测量节点，包括微处理器模块、数据采集模块、无线通信模块、应用扩展口模块以及电源模块。该环境监测无线传感器网络测量节点能够实现ZigBee自组织网络的组建和通讯，通过无线传输，网络稳定，具有很好的自修复能力，同时具有快速展开、抗毁性强体积小、轻便易携带、安装方便，成本较低等特点，可安装于野外、企业排污点等无人值守的监控点，为生产现场、野外、边远地区提供应急监测，使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实而可靠的信息，以便为后面的分析、决策工作提供参考数据，能够通过无线方式采集大气温度、湿度和压力三个数据指标。
【IPC分类】G01D21/02, H04W84/18
【公开号】CN105517196
【申请号】CN201510843063
【发明人】胡国旺
【申请人】胡国旺
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月26日