专利名称：一种基于水质监测的无线传感器网络控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及水质监测检测领域，特别是涉及一种基于水质监测的无线传感器网络控制装置。
背景技术：
水是自然界最普遍存在的物质，也是人类生存、工业生产、农业种植不可或缺的元 素；近几年来，无锡太湖蓝藻爆发、松花江流域、内蒙赤峰、江苏盐城陆续发生水污染事件， 给人类健康和国家经济带来了很大损失；对水质的监测和管理在生产生活中也是非常必要 的。但是目前仍然没有一种很完善的控制装置能够完美地控制水质传感器实现在线水质监
测和管理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于水质监测的无线传感器网络控制装 置，能够控制水质传感器实时在线地对水质进行监测和管理。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于水质监测的无线传感 器网络控制装置，包括微控单元、滤波降噪单元、信号放大单元、模数转换单元、电源接口控 制单元、时钟单元和数据接口单元，所述的滤波降噪单元的输入端连有水质传感器的模拟 信号，输出端依次与所述的信号放大单元和模数转换单元相连；所述的滤波降噪单元用于 去除模拟信号的噪声；所述的信号放大单元用于将去除噪声的模拟信号放大；所述的模数 转换单元用于将放大的模拟信号转换为数字信号；所述的微控单元分别与所述的模数转换 单元、电源接口控制单元、时钟单元和数据接口单元相连，用于控制整个控制装置；所述的 电源接口控制单元用于控制水质传感器的供电；所述的时钟单元用于读取实时时间；所述 的数据接口单元用于对水质传感器发送命令、读取水质传感器采集到的数据和发送水质传 感器采集到的数据。所述的基于水质监测的无线传感器网络控制装置的时钟单元通过其内部的GPS 模块读取实时时间；所述的GPS模块的时间精度为毫秒级。所述的基于水质监测的无线传感器网络控制装置的微控单元通过其内部的电源 隔离模块、光耦模块和接口物理隔离模块实现与外接设备的电源地和数据地的隔离。所述的基于水质监测的无线传感器网络控制装置的数据接口单元通过RS232数 字接口与水质传感器相连实现实时读取水质传感器采集到的数据；所述的数据接口单元通 过与外接射频模块连接实现无线发送水质传感器采集到的数据。所述的基于水质监测的无线传感器网络控制装置的微控单元周期性地控制数据 接口单元向水质传感器发送采集数据的命令。所述的基于水质监测的无线传感器网络控制装置还包括与所述的微控单元相连 的电源接口监测单元，用于监测所述的电源接口控制单元处的电压。有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效 果本发明不仅可以通过数据接口单元实时读取水质传感器的数据，还可以通过模数转换 (简称“A/D转换”)接口实时读取水质传感器的数据，可适用于拥有不同接口的不同传感 器，使得实现方式灵活。在接收水质传感器传输过来的信号时，通过滤波降噪单元除去水质 传感器输出的噪声信号，降低外界干扰带来的影响，使传感器始终工作在高灵敏度状态，提 高了信噪比。采用电源接口控制单元可以在不需要对水质进行监测时停止对水质传感器供 电，降低系统的功耗；在对水质进行监测时，电源接口监测单元实时监测电源接口的电压状 况，提高了整个装置的可靠性。采用源隔离模块、光耦模块和接口物理隔离的技术将微控单 元的电源地与外接设备的电源地和数据地进行隔离，增加了整个控制装置的可靠性，避免 外接设备对控制装置的干扰。综上所述，本发明具有数据实时、接口资源丰富、可连接多个传感器、抗干扰能力 强、可靠性高，工作时间长等优点。
图1是本发明的结构框图；图2是本发明的工作流程图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。本发明的实施方式涉及一种基于水质监测的无线传感器网络控制装置，通过对水 质传感器输出信号的处理，采用相应的计算方法，实时获取水质中的主要参数，如叶绿素、 溶氧值、PH值等，并通过无线传输的通信方式将采集到的数据发送至指控中心。如图1所 示，该控制装置包括微控单元、滤波降噪单元、信号放大单元、A/D转换单元、电源接口控制 单元、时钟单元和数据接口单元，所述的滤波降噪单元的输入端连有水质传感器的模拟信 号，输出端依次与所述的信号放大单元A/D数转换单元相连；所述的滤波降噪单元用于去 除模拟信号的噪声，提高信噪比，防止信号失真，降低了外界干扰带来的影响，使传感器始 终工作在高灵敏度状态，提高了可靠性；所述的信号放大单元用于将去除噪声的模拟信号 放大，其放大倍数可根据实际使用情况进行调节；所述的A/D转换单元用于将已经放大的 模拟信号转换为数字信号；所述的微控单元作为整个控制装置的核心分别与所述的A/D转 换单元、电源接口控制单元、时钟单元和数据接口单元相连，用于控制整个控制装置；所述 的电源接口控制单元用于控制水质传感器的供电，保证只在需要对水质进行采样时才对水 质传感器进行供电，在不需要对水质进行采样时不对水质传感器进行供电，如此降低了整 个控制装置的功耗，提高了系统的续航能力，延长了使用寿命；所述的时钟单元用于读实时 取时间，该实时时间用于对传感器采样时间的控制参考和整个装置的时序参考；所述的数据接口单元用于对水质传感器发送命令、读取水质传感器采集到的数据和发送水质传感器 采集到的数据，即数据接口单元通过与外接水质传感器的交互协议，控制水质传感器采样周期，读取水质传感器采集到的数据；数据接口单元还提供了对外接传输设备的支持，可以 通过数据接口单元将水质传感器采集到的数据发送给指控中心。所述的基于水质监测的无线传感器网络控制装置的时钟单元可以通过设置在其 内部的GPS模块从卫星上读取精确的实时时间；所述的GPS模块可被微控单元控制和配置， 其时间精度最小可设为毫秒级。
所述的基于水质监测的无线传感器网络控制装置的微控单元通过其内部的电源 隔离模块、光耦模块和接口物理隔离模块实现与外接设备的电源地和数据地的隔离，可以 增加控制装置的可靠性，避免外接设备对控制装置的干扰。所述的基于水质监测的无线传感器网络控制装置的数据接口单元通过RS232数 字接口与水质传感器相连实现实时读取水质传感器采集到的数据；所述的数据接口单元通 过与外接射频模块连接实现无线发送水质传感器采集到的数据。该控制装置既可以获取数 字信号水质传感器的数据，又可以获取模拟信号水质传感器的数据，可以根据不同的用户 需求，连接不同接口的水质传感器，实现方式相当灵活。所述的基于水质监测的无线传感器网络控制装置的微控单元周期性地控制数据 接口单元向水质传感器发送采集数据的命令，从而实现了将采集到的数据周期性的实时上 报给指控中心，使得指控中心能够方便的对采集到的数据进行分析和处理。所述的基于水质监测的无线传感器网络控制装置还包括与所述的微控单元相连 的电源接口监测单元，用于监测所述的电源接口控制单元处的电压状况，通过监测，保证每 次对水质传感器电源接口控制的实现，一旦电源接口出现故障，可以通过电源接口监测单 元通知微控单元，提高整个装置的可靠性。本发明可以安装在用于水质监测数据的控制箱内，适用性很强，用于读取时间的 GPS天线可固定在控制箱外部的无遮挡区域，方便获取卫星信号。下面对本发明是如何工作的进行说明，其步骤如图2所示。首先，将数据进行初始化，即对数据采集的时间、周期等进行设定。接着，微控单元 控制时钟单元中的GPS模块读取实时时间，判断是否到达了水质传感器的采样时间(即数 据采集时间)，如果没有到数据采集时间，整个控制装置进入休眠状态，并在固定的时间醒 来，重新让GPS模块读取实时时间，否则，则由微控单元控制电源接口控制单元打开电源接 口，为水质传感器供电，并控制数据接口单元向水质传感器发送采集数据的命令。然后，通 过数据接口单元或者A/D转换单元获取水质传感器所采集到的数据，在收到水质传感器所 采集到的数据后，数据接口单元通过与其相连的外接的传输设备将水质传感器采集到的数 据发送给指控中心。在完成数据发送之后，重新让GPS模块读取实时时间，判断是否到了下 一次的采样时间。不难发现，本发明不仅可以通过数据接口单元实时读取水质传感器的数据，还可 以通过A/D转换接口实时读取水质传感器的数据，可适用于拥有不同接口的不同传感器， 使得实现方式灵活。在接收水质传感器传输过来的信号时，通过滤波降噪单元除去水质传 感器输出的噪声信号，降低外界干扰带来的影响，使传感器始终工作在高灵敏度状态，提高 了信噪比。采用电源接口控制单元可以在不需要对水质进行监测时停止对水质传感器供 电，降低系统的功耗；在对水质进行监测时，电源接口监测单元实时监测电源接口的电压状 况，提高了整个装置的可靠性。采用源隔离模块、光耦模块和接口物理隔离的技术将微控单元的电源地与外接设备的电源地和数据地进行隔离，增加了整个控制装置的可靠性，避免外接设备对控制装置的干扰。
权利要求
一种基于水质监测的无线传感器网络控制装置，包括微控单元、滤波降噪单元、信号放大单元、模数转换单元、电源接口控制单元、时钟单元和数据接口单元，其特征在于，所述的滤波降噪单元的输入端连有水质传感器的模拟信号，输出端依次与所述的信号放大单元和模数转换单元相连；所述的滤波降噪单元用于去除模拟信号的噪声；所述的信号放大单元用于将去除噪声的模拟信号放大；所述的模数转换单元用于将放大的模拟信号转换为数字信号；所述的微控单元分别与所述的模数转换单元、电源接口控制单元、时钟单元和数据接口单元相连，用于控制整个控制装置；所述的电源接口控制单元用于控制水质传感器的供电；所述的时钟单元用于读取实时时间；所述的数据接口单元用于对水质传感器发送命令、读取水质传感器采集到的数据和发送水质传感器采集到的数据。
2.根据权利要求1所述的基于水质监测的无线传感器网络控制装置，其特征在于，所 述的时钟单元通过其内部的GPS模块读取实时时间；所述的GPS模块的时间精度为毫秒级。
3.根据权利要求1所述的基于水质监测的无线传感器网络控制装置，其特征在于，所 述的微控单元通过其内部的电源隔离模块、光耦模块和接口物理隔离模块实现与外接设备 的电源地和数据地的隔离。
4.根据权利要求1所述的基于水质监测的无线传感器网络控制装置，其特征在于，所 述的数据接口单元通过RS232数字接口与水质传感器相连实现实时读取水质传感器采集 到的数据；所述的数据接口单元通过与外接射频模块连接实现无线发送水质传感器采集到 的数据。
5.根据权利要求1所述的基于水质监测的无线传感器网络控制装置，其特征在于，所 述的微控单元周期性地控制数据接口单元向水质传感器发送采集数据的命令。
6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的基于水质监测的无线传感器网络控制装 置，其特征在于，所述的无线传感器网络控制装置还包括与所述的微控单元相连的电源接 口监测单元，用于监测所述的电源接口控制单元处的电压。
全文摘要
本发明涉及一种基于水质监测的无线传感器网络控制装置，包括微控单元、滤波降噪单元、信号放大单元、模数转换单元、电源接口控制单元、电源接口监测单元、时钟单元和数据接口单元。本发明的微控单元获得当前的实时时间信息，根据时间信息判断是否进行采样，采样的数据通过滤波降噪单元、信号放大单元、模数转换单元或通过数据接口单元传递到微控单元，根据情况的需要，数据经过微控单元处理之后可以发送到需要的接口。本发明具有数据实时、接口资源丰富、可连接多个传感器、抗干扰能力强、可靠性高，工作时间长等优点。
文档编号G08C17/02GK101840627SQ20101016784
公开日2010年9月22日 申请日期2010年5月6日 优先权日2010年5月6日
发明者周璐巍, 巩思亮, 张唯易, 王营冠, 鲍星合 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所