專利名稱：一種基于太陽能供電的無線網(wǎng)絡(luò)測距系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于太陽能供電的低功耗無線網(wǎng)絡(luò)測 距系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
距離測量廣泛用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)，民用，醫(yī)療，軍事等領(lǐng)域，其中比較多的如雷達(dá)測 距，超聲波測距，激光測距等。例如超聲波測距可以應(yīng)用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場等 的距離測量，如污水廠的液位測量，固體料面測量等。目前的測距量程達(dá)百米。超聲波測距 的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來 的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。目前普遍供電采用 220V供電，而采用太陽能供電的比較少見。太陽光可以通過太陽能電池板轉(zhuǎn)化為功率，作為可充電電池的能源，即為光伏發(fā) 電。但由于太陽光隨天氣的變化具有非線性和不可控性，所以對于利用太陽能電池板給充 電電池進(jìn)行高效充電的控制就尤為困難。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)主要分為三大類獨(dú)立光伏 發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和混合互動(dòng)型發(fā)電系統(tǒng)。本系統(tǒng)根據(jù)露天測距的特點(diǎn)，選擇獨(dú) 立光伏發(fā)電系統(tǒng)。目前測距一般采用4_20mA信號(hào)傳輸方式，而采用無線通訊的比較少見，本發(fā)明在 檢索國內(nèi)外相關(guān)資料后發(fā)現(xiàn)，目前在太陽能、測距、無線通信方面三者相結(jié)合的無線傳感網(wǎng) 絡(luò)還沒有相關(guān)的研究，包括在超聲波測距方面，在雷達(dá)測距方面，如何實(shí)現(xiàn)超低功耗節(jié)電， 在安裝方便的前提下增大測量范圍，仍是要解決的關(guān)鍵問題。Zigbee是一種無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。Zigbee技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率低。只有10kb/ s 250kb/s，專注于低傳輸應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)在于功耗低、成本低、網(wǎng)絡(luò)容量大、工作頻段靈 活。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容要求，一般距離等測量信息比較簡單，數(shù)據(jù)量不大，因此選擇低功耗 的Zigbee協(xié)議，適合數(shù)據(jù)量小，成本要求低的低功耗無線網(wǎng)絡(luò)通訊的系統(tǒng)要求。目前太陽能供電由于其綠色、環(huán)保等特點(diǎn)也逐漸成為了各國研究的重點(diǎn)。無線傳 感網(wǎng)絡(luò)因其便捷迅速得到了迅猛發(fā)展。與本發(fā)明專利相關(guān)的超聲波測量即采用了時(shí)差法對 不同環(huán)境的水位、固體料位以及車輛間距進(jìn)行直接的非接觸式測量。從國內(nèi)外公開發(fā)表的 文獻(xiàn)和專利可以看到，世界上工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，如美國、歐洲國等國都已進(jìn)行了這些方面的 研制開發(fā)工作。但均未完全解決物位的方便便捷的實(shí)時(shí)監(jiān)測問題，實(shí)現(xiàn)方式及性能仍有較 多不足之處。現(xiàn)將國內(nèi)外相關(guān)研究和專利列舉如下1、美國專利7，330，398 "Ultrasonic range finder”。一種快速且精確并且不受 環(huán)境影響的超聲波測距儀。其包含了校準(zhǔn)桿從而提供了一個(gè)參考距離，根據(jù)環(huán)境溫度的變 化不斷產(chǎn)生新的參考距離，以確定在目前環(huán)境下超聲波的傳播速度，從而快速準(zhǔn)確的測距。2、美國專利 5，140，859 ‘‘Long range ultrasonic distance measuringsystem，，。 使用了兩個(gè)超聲波探頭來提供兩地之間的距離，主收發(fā)器發(fā)出脈沖信號(hào)經(jīng)時(shí)間ti傳到輔 收發(fā)器，經(jīng)過t2的延時(shí)，輔收發(fā)器向主收發(fā)器發(fā)射響應(yīng)脈沖經(jīng)時(shí)間tl傳回主收發(fā)器。這種測距儀的優(yōu)點(diǎn)在于回聲信號(hào)強(qiáng)，解決了遠(yuǎn)距離的測量問題。但這種系統(tǒng)往往比較復(fù)雜，在安 裝和應(yīng)用場合上適用范圍十分有限。3、美國專禾IJ 5，508，974 "Method and device for ultrasonic distancemeasuring”其測量方法是適用于倒車輔助系統(tǒng)的，優(yōu)勢在于車輛行進(jìn)過程中可以 不斷地反饋正確的測量值，并且有效的抑制了噪聲信號(hào)對測量的干擾。4、歐洲專禾|J EP2120311 (Al) "Solar power charging device withself-protection function”。太陽能充電裝置，包含太陽能電池板、蓄電池、二極管。 在太陽能電池板與蓄電池間放置二極管起到防反充功能。但此裝置簡單不能滿足更多系統(tǒng) 的可靠性和高效使用的需求5、中國專利CN 101404416A “一種太陽能蓄電池控制器及其控制方法”利用微處 理器內(nèi)部的pwm控制單元以及普通1/0 口產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。每個(gè)控制信號(hào)對 應(yīng)一個(gè)太陽能子陣，當(dāng)?shù)趎個(gè)功率電子器件被開關(guān)控制信號(hào)導(dǎo)通后第個(gè)太陽能子陣就給蓄 電池充電。優(yōu)點(diǎn)在于功率電子開關(guān)器件的開關(guān)功率損耗小，易于實(shí)現(xiàn)。5, 703, 468"Electrical charge control apparatus and methodfor photovoltaic energy conversion systems”提供了一種對蓄電池進(jìn)行溫度補(bǔ)償檢測的方 法，根據(jù)溫度的變化設(shè)定不同的充電電壓點(diǎn)以保持需電池在最佳的條件下工作。7、美國專利 7, 501, 789 "Solar powered battery charger with voltageregulation circuit apparatus and method，，提供了一種太陽能供電的電壓i周節(jié) 電路以及汽車充電電池的充電方法，電壓調(diào)節(jié)電路耦合在輸出端用于監(jiān)測太陽能電池板的 輸出電壓是否適用于充電電池，且當(dāng)輸出端電壓在閾值電壓之下仍能提供功率輸出。8、 _ |5 # 禾lj 7,562,570 "Ultrasonic oil/water tank level monitor havingwireless transmission means”在超聲波測液位儀上搭載了無線通信射頻收發(fā)器， 并配備了一塊3. 6v鋰電池供電，具備了低功耗待機(jī)、溫度補(bǔ)償功能，實(shí)現(xiàn)了低維護(hù)和準(zhǔn)確 測量的特點(diǎn)。9、歐洲專利DE102008012991‘‘Parking space monitoring method for useduring parking passenger car, involves monitoring set of parking spacesby set of ultrasonic sensors, where ultrasonic sensors are arranged incommon monitoring unit”該專利用超聲波傳感器來監(jiān)測停車空間，并且提供帶有數(shù)據(jù)處理的有線或無線的通 信模塊。10、中國專利CN101140695“基于Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)”系 統(tǒng)分為整個(gè)溫室群和單個(gè)溫室內(nèi)兩個(gè)層次，單個(gè)溫室內(nèi)基于Zigbee星形網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控網(wǎng)和 整個(gè)溫室群基于Zigbee網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的監(jiān)控網(wǎng)。將Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到大型溫 室群管理中，構(gòu)建了一種低成本、自組網(wǎng)、自恢復(fù)的無線溫室環(huán)境監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線 方式，方便了溫室的管理和維護(hù)。11、美國專利 7，562，570 “Multicast method in Zigbee network” 在此 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)中包括多元化的節(jié)點(diǎn)，至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的多路傳送。一個(gè)多路傳送的協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)多路傳 送形成組播組節(jié)點(diǎn)集，可以使負(fù)載減少，數(shù)據(jù)包傳送率增強(qiáng)。以及中國專利申請?zhí)枮?00710070243. 2“基于Zigbee的模塊化無線網(wǎng)絡(luò)傳感器” 和中國專利申請?zhí)枮?00710203218. 7 “太陽能控制系統(tǒng)”。
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從以上情況可以看出，國內(nèi)外在太陽能供電、超聲波測距、無線通信網(wǎng)絡(luò)方面均有 相關(guān)專利，而三者有效結(jié)合的專利，到目前為止還未有相關(guān)內(nèi)容。在超聲波測距方面，利用 太陽能供電，配合超低功耗電路設(shè)計(jì)，有效增加測量范圍，并聯(lián)合無線傳感網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，簡 單高效，仍是要解決的問題。而針對太陽能供電系統(tǒng)，天氣變化不可控制，充電電壓電流不 穩(wěn)定，電池的均衡充電與高效工作，也是比較重要的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種基于太陽能供電的無線網(wǎng)絡(luò)測距系統(tǒng)，該系統(tǒng)首先采 用了對測距系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)，節(jié)省了能耗；其次，在測距系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將系 統(tǒng)的電源供電由傳統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色環(huán)保的太陽能供電，并對太陽能供電充電電壓電流不穩(wěn)定 的問題，采取了新的設(shè)計(jì)，從而使得系統(tǒng)能在多變的環(huán)境中保持正常工作。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于太陽能供電的無線網(wǎng)絡(luò)測距系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括上位機(jī)(1)，協(xié)調(diào)器 ⑵，以及至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)(3)；所述上位機(jī)⑴包括主機(jī)(11)及顯示器(12)，所述主機(jī)(11)通過協(xié)調(diào)器⑵接 收節(jié)點(diǎn)(3)發(fā)回的的數(shù)據(jù)并處理，處理后的數(shù)據(jù)傳輸至顯示器(12)顯示；主機(jī)(11)通過協(xié) 調(diào)器⑵向節(jié)點(diǎn)⑶發(fā)送測距命令；所述協(xié)調(diào)器(2)包括第一控制器(21)、第一電源模塊(22)、第一射頻模塊(23)、串 口模塊(24)及天線(25)組成；所述第一控制器(21)通過串口模塊(24)連接至主機(jī)(11) 通信；所述第一控制器(21)與第一射頻模塊(23)連接，通過天線(25)與節(jié)點(diǎn)(3)實(shí)現(xiàn)無 線網(wǎng)絡(luò)雙向通信；所述第一電源模塊(22)為第一控制器(21)及第一射頻模塊(23)供電；所述節(jié)點(diǎn)(3)包括低功耗超聲波測距模塊(31)、無線通信模塊(32)及第二電源模 塊(33)；所述低功耗超聲波測距模塊(31)通過無線通信模塊(32)與主機(jī)(11)雙向通信；所述無線通信模塊(32)包括第二射頻模塊(321)及天線(322)，第二射頻模塊 (321)通過天線(322)與協(xié)調(diào)器的天線(25)及第一射頻模塊(23)實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)雙向通信；所述第二電源模塊(33)為低功耗超聲波測距模塊(31)及第二射頻模塊(321)供 電；所述低功耗超聲波測距模塊(31)包括低功耗控制器(311)、高頻脈沖開關(guān)(312)、 變壓器(313)、二極管(314)、放大濾波器(315)、檢波二極管(316)及探頭(317)；所述低功耗控制器(311)的控制管腳接入高頻脈沖開關(guān)(312)，高頻脈沖開關(guān) (312)連接變壓器(313)進(jìn)行耦合；變壓器(313)的副邊連接探頭(317)的正極，產(chǎn)生的高 頻振蕩電流驅(qū)動(dòng)探頭的逆壓電效應(yīng)；探頭(317)正極連接放大濾波器(315)與檢波二極管 (316)，完成回波信號(hào)的檢索處理，并送入低功耗控制器(311)計(jì)算測量結(jié)果；所述低功耗 控制器(311)與第二射頻模塊(321)通過SPI接口連接通信。進(jìn)一步的，上述技術(shù)方案中，所述第二電源模塊(33)為太陽能供電模塊，所述太 陽能供電模塊包括太陽能電池板(331)、第二控制器(332)、充電模塊(333)、鋰電池(334)、 穩(wěn)壓模塊(335)、采樣模塊(336)、降壓模塊(337)；所述第二控制器(332)通過采樣模塊(336)采集鋰電池(334)的端電壓，根據(jù)鋰電池(334)的端電壓向充電模塊(333)輸出控制脈沖；所述充電模塊(333)根據(jù)第二控制器(332)的控制脈沖不斷改變對鋰電池(334) 的充電電壓和電流，使得太陽能電池板(331)給鋰電池(334)穩(wěn)定安全充電；鋰電池(334)通過穩(wěn)壓模塊(335)給第二控制器(332)供電；鋰電池(334)通過降壓模塊(337)為測距模塊(31)及第二射頻模塊(321)供電。進(jìn)一步的，上述技術(shù)方案中，在太陽能電池板(331)和鋰電池(334)之間還設(shè)置有 一防反充二極管(338)，防止當(dāng)夜間鋰電池(334)端電壓比太陽能電池板(331)端電壓高時(shí) 引起的反方向充電。進(jìn)一步的，上述技術(shù)方案中，所述第二控制器(332)與低功耗控制器(311)連接通 信，所述第二控制器(332)通過采樣模塊(336)采集鋰電池(334)的端電壓，并根據(jù)采集的 電壓判斷太陽能供電模塊是否正常工作，并將該信息通過低功耗控制器(311)發(fā)送至協(xié)調(diào) 器(2)，傳回至上位機(jī)(1)。進(jìn)一步的，上述技術(shù)方案中，所述上位機(jī)(1)與協(xié)調(diào)器(2)之間采用RS232傳送數(shù) 據(jù)和命令，所述協(xié)調(diào)器(2)與節(jié)點(diǎn)(3)之間采用zigbee傳送數(shù)據(jù)和命令。進(jìn)一步的，上述技術(shù)方案中，所述節(jié)點(diǎn)(3)可以設(shè)置有多個(gè)，所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通 過zigbee無線通信方式相互通信。本發(fā)明將太陽能供電、超聲波測距及無線網(wǎng)絡(luò)傳輸三者有機(jī)結(jié)合起來運(yùn)用于測量 技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了一體化的便攜式安裝。本發(fā)明提供的基于太陽能供電的距離信息無線傳 感網(wǎng)絡(luò)的研制，為現(xiàn)場提供了一種綠色環(huán)保和智能化的通無線網(wǎng)絡(luò)測距系統(tǒng)。
圖1是本發(fā)明上位機(jī)與協(xié)調(diào)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的低功耗測距模塊的電路圖。圖3是本發(fā)明的太陽能充電模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明設(shè)計(jì)有多個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，闡述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如圖1所示，本系統(tǒng)的上位機(jī)1包括主機(jī)11及顯示器12，主機(jī)11是本系統(tǒng)的控 制處理中心，它通過協(xié)調(diào)器2接收節(jié)點(diǎn)3發(fā)回的的數(shù)據(jù)并處理，處理后的數(shù)據(jù)傳輸至顯示器 12顯示；同時(shí)，主機(jī)11還通過協(xié)調(diào)器2向節(jié)點(diǎn)3發(fā)送命令；協(xié)調(diào)器2是本系統(tǒng)的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，它包括第一控制器21、第一電源模塊22、第一 射頻模塊23、串口模塊24及天線25組成；第一控制器21通過串口模塊24連接至主機(jī)11 通信；第一控制器21與第一射頻模塊23連接，通過天線25與節(jié)點(diǎn)3實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)雙向通 信；第一電源模塊22為第一控制器21及第一射頻模塊23供電；節(jié)點(diǎn)3包括低功耗超聲波測距模塊31、無線通信模塊32及第二電源模塊33 ；低功耗超聲波測距模塊31，其功能是利用超聲波測距，并計(jì)算測量結(jié)果，再通過無 線通信模塊32將測量結(jié)果傳輸至主機(jī)11處理顯示，同時(shí)還接收主機(jī)11的測量命令，二者 之間雙向通信；
無線通信模塊32包括第二射頻模塊321及天線322，其功能是實(shí)現(xiàn)低功耗超聲波 測距模塊31與主機(jī)11 二者之間的雙向通信；第二電源模塊33為低功耗超聲波測距模塊31及第二射頻模塊321供電；如圖2所示，本系統(tǒng)的低功耗超聲波測距模塊31包括低功耗控制器311、高頻脈沖 開關(guān)312、變壓器313、二極管314、放大濾波器315、檢波二極管316及探頭317 ；所述低功耗控制器311的控制管腳接入高頻脈沖開關(guān)312，高頻脈沖開關(guān)312連接 變壓器313進(jìn)行耦合；變壓器313的副邊連接探頭317的正極，產(chǎn)生的高頻振蕩電流驅(qū)動(dòng)探 頭的逆壓電效應(yīng)；探頭317正極連接放大濾波器315與檢波二極管316，完成回波信號(hào)的檢 索處理，并送入低功耗控制器311計(jì)算測量結(jié)果；低功耗控制器311與第二射頻模塊321通過SPI接口連接通信。本發(fā)明設(shè)計(jì)的低 功耗超聲波測距儀測量量程0. 6至6米，測量精度0. 3 %，功耗為0. lw到0. 4w。進(jìn)一步的，在本系統(tǒng)低功耗超聲波測距模塊的基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)的第二電源模塊可 以設(shè)計(jì)為太陽能供電模塊，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明節(jié)能環(huán)保及便攜安裝的特性。所述的太陽能供電模塊包括太陽能電池板331、第二控制器332、充電模塊333、鋰 電池334、穩(wěn)壓模塊335、采樣模塊336、降壓模塊337 ；所述第二控制器332通過采樣模塊336采集鋰電池334的端電壓，根據(jù)鋰電池334 的端電壓向充電模塊333輸出控制脈沖；所述充電模塊333根據(jù)第二控制器332的控制脈沖不斷改變對鋰電池334的充電 電壓和電流，使得太陽能電池板331給鋰電池334穩(wěn)定安全充電；PWM調(diào)制實(shí)現(xiàn)機(jī)制實(shí)現(xiàn)系 統(tǒng)開關(guān)控制，根據(jù)鋰電池的處于的充電階段來改變充電電壓和電流。鋰電池334通過穩(wěn)壓模塊335給第二控制器332供電；鋰電池334通過降壓模塊337為測距模塊31及第二射頻模塊321供電。進(jìn)一步的，上述太陽能供電模塊的太陽能電池板331和鋰電池334之間還設(shè)置有 一防反充二極管338，防止當(dāng)夜間鋰電池334端電壓比太陽能電池板331端電壓高時(shí)引起的 反方向充電。進(jìn)一步的，本申請中，第二控制器332與低功耗控制器311連接通信，第二控制器 332通過采樣模塊336采集鋰電池334的端電壓，并根據(jù)采集的電壓判斷太陽能供電模塊 是否正常工作，本申請的正常電壓范圍是7V到8. 4V，如果采集的鋰電池334的端電壓超出 此范圍則二控制器332判斷為不正常，并將該信息通過低功耗控制器(311)發(fā)送至協(xié)調(diào)器 (2)，傳回至上位機(jī)(1)處理。當(dāng)極端天氣發(fā)生致使鋰電池連續(xù)幾天低電量時(shí)，太陽能供電 控制器會(huì)及時(shí)與測距模塊的低功耗控制器進(jìn)行通信，向上位機(jī)發(fā)送緊急報(bào)告。進(jìn)一步的，本申請中，上位機(jī)1與協(xié)調(diào)器2之間采用RS232通信協(xié)議傳送數(shù)據(jù)和命 令，所述協(xié)調(diào)器2與節(jié)點(diǎn)3之間采用zigbee傳送數(shù)據(jù)和命令。本系統(tǒng)中，單個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作過程如下節(jié)點(diǎn)3的天線322接收到協(xié)調(diào)器2發(fā)來的測 量要求后，將數(shù)據(jù)包通過第二射頻模塊解調(diào)，經(jīng)SPI接口傳入低功耗超聲波測距模塊31的 低功耗控制器311。低功耗控制器311確定是測量液位還是測量太陽能工作狀態(tài)。如測量 液位，則此時(shí)低功耗控制器311控制高頻開關(guān)312開閉，變壓器313產(chǎn)生交替電壓促使探頭 317產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)向水面釋放機(jī)械波，經(jīng)過一段時(shí)間超聲波遇水面反射到超聲波探頭，壓 電效應(yīng)產(chǎn)生反射電信號(hào)經(jīng)過測距部分的放大濾波315，檢波316等信號(hào)調(diào)理步驟后，傳入控制器，由控制器計(jì)算出液位數(shù)據(jù)將測量的液位數(shù)據(jù)經(jīng)協(xié)調(diào)器2傳輸至上位機(jī)1進(jìn)行顯示。如上位機(jī)1需要測量的 是太陽能供電狀態(tài)的數(shù)據(jù)，低功耗控制器311與太陽能供電模塊的第二控制器332通過1/ 0 口通信，得到供電狀態(tài)的數(shù)據(jù)。測距控制器再把太陽能供電狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)無線通信部分傳回 上位機(jī)。當(dāng)極端天氣發(fā)生致使鋰電池連續(xù)幾天低電量時(shí)，太陽能供電控制器會(huì)及時(shí)與測距 控制器進(jìn)行通信，向上位機(jī)發(fā)送緊急報(bào)告。本發(fā)明的測量系統(tǒng)是多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)型測距系統(tǒng)。主機(jī)根據(jù)測量區(qū)域、測量密度的 需求，完成人機(jī)交互的界面設(shè)置，在控制室就及時(shí)了解水位料位等情況；協(xié)調(diào)器與主機(jī)一起 安裝在控制室，單個(gè)節(jié)點(diǎn)需垂直安裝在水面上方，探頭的超聲波發(fā)射面與水平面平行。主機(jī) 和節(jié)點(diǎn)間可以相互通信zigbee協(xié)議，節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)可以相互通訊zigbee協(xié)議，主機(jī)和主機(jī)也 可以相互通訊LAN或zigbee協(xié)議。這種搭載了獨(dú)立太陽能供電系統(tǒng)的無線超聲測距系統(tǒng)， 采用鋰電池配合太陽能板供電方式，節(jié)能環(huán)保，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)低功耗的遠(yuǎn)距離無線傳輸。本發(fā)明的上位機(jī)管理系統(tǒng)的特征在于在上位機(jī)1的人機(jī)交互界面上進(jìn)行測量的 選擇，其中包括1.測量哪些節(jié)點(diǎn)?？梢允侨我鈳讉€(gè)，也可以是全部節(jié)點(diǎn)；2.測量內(nèi)容，是 測量液位數(shù)據(jù)還是太陽能供電工作狀態(tài)；3.測量頻率。主機(jī)把控制人選擇的相應(yīng)命令的數(shù) 據(jù)包通過串口模塊(RS232)發(fā)送到協(xié)調(diào)器的控制器?？刂破髫?fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制，與無線 收發(fā)模塊通過SPI接口進(jìn)行通信。無線收發(fā)模塊將控制器的命令轉(zhuǎn)換成Zigbee協(xié)議數(shù)據(jù) 包，通過天線把測量命令發(fā)往各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測量。當(dāng)某節(jié)點(diǎn)測量液位或太陽能工作狀態(tài)完 畢后，節(jié)點(diǎn)通過其天線，將液位數(shù)據(jù)通過Zigbee無線技術(shù)傳回協(xié)調(diào)器的天線，最后將數(shù)據(jù) 傳回主機(jī)，通過人機(jī)界面顯示在顯示器上。
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權(quán)利要求
一種基于太陽能供電的無線網(wǎng)絡(luò)測距系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括上位機(jī)(1)，協(xié)調(diào)器(2)，以及至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)(3)；所述上位機(jī)(1)包括主機(jī)(11)及顯示器(12)，所述主機(jī)(11)通過協(xié)調(diào)器(2)接收節(jié)點(diǎn)(3)發(fā)回的的數(shù)據(jù)并處理，處理后的數(shù)據(jù)傳輸至顯示器(12)顯示；主機(jī)(11)通過協(xié)調(diào)器(2)向節(jié)點(diǎn)(3)發(fā)送測距命令；所述協(xié)調(diào)器(2)包括第一控制器(21)、第一電源模塊(22)、第一射頻模塊(23)、串口模塊(24)及天線(25)組成；所述第一控制器(21)通過串口模塊(24)連接至主機(jī)(11)通信；所述第一控制器(21)與第一射頻模塊(23)連接，通過天線(25)與節(jié)點(diǎn)(3)實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)雙向通信；所述第一電源模塊(22)為第一控制器(21)及第一射頻模塊(23)供電；所述節(jié)點(diǎn)(3)包括低功耗超聲波測距模塊(31)、無線通信模塊(32)及第二電源模塊(33)；所述低功耗超聲波測距模塊(31)通過無線通信模塊(32)與主機(jī)(11)雙向通信；所述無線通信模塊(32)包括第二射頻模塊(321)及天線(322)，第二射頻模塊(321)通過天線(322)與協(xié)調(diào)器的天線(25)及第一射頻模塊(23)實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)雙向通信；所述第二電源模塊(33)為低功耗超聲波測距模塊(31)及第二射頻模塊(321)供電；其特征在于所述低功耗超聲波測距模塊(31)包括低功耗控制器(311)、高頻脈沖開關(guān)(312)、變壓器(313)、二極管(314)、放大濾波器(315)、檢波二極管(316)及探頭(317)；所述低功耗控制器(311)的控制管腳接入高頻脈沖開關(guān)(312)，高頻脈沖開關(guān)(312)連接變壓器(313)進(jìn)行耦合；變壓器(313)的副邊連接探頭(317)的正極，產(chǎn)生的高頻振蕩電流驅(qū)動(dòng)探頭的逆壓電效應(yīng)；探頭(317)正極連接放大濾波器(315)與檢波二極管(316)，完成回波信號(hào)的檢索處理，并送入低功耗控制器(311)計(jì)算測量結(jié)果；所述低功耗控制器(311)與第二射頻模塊(321)通過SPI接口連接通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于太陽能供電的無線網(wǎng)絡(luò)測距系統(tǒng)，其特征在于所 述第二電源模塊(33)為太陽能供電模塊，所述太陽能供電模塊包括太陽能電池板(331)、 第二控制器(332)、充電模塊(333)、鋰電池(334)、穩(wěn)壓模塊(335)、采樣模塊(336)、降壓模 塊(337)；所述第二控制器(332)通過采樣模塊(336)采集鋰電池(334)的端電壓，根據(jù)鋰電池 (334)的端電壓向充電模塊(333)輸出控制脈沖；所述充電模塊(333)根據(jù)第二控制器(332)的控制脈沖不斷改變對鋰電池(334)的充 電電壓和電流，使得太陽能電池板(331)給鋰電池(334)穩(wěn)定安全充電； 鋰電池(334)通過穩(wěn)壓模塊(335)給第二控制器(332)供電； 鋰電池(334)通過降壓模塊(337)為測距模塊(31)及第二射頻模塊(321)供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于太陽能供電的無線網(wǎng)絡(luò)測距系統(tǒng)，其特征在于在 太陽能電池板(331)和鋰電池(334)之間還設(shè)置有一防反充二極管(338)，防止當(dāng)夜間鋰電 池(334)端電壓比太陽能電池板(331)端電壓高時(shí)引起的反方向充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種基于太陽能供電的無線網(wǎng)絡(luò)測距系統(tǒng)，其特征在于 所述第二控制器(332)與低功耗控制器(311)連接通信，所述第二控制器(332)通過采樣 模塊(336)采集鋰電池(334)的端電壓，并根據(jù)采集的電壓判斷太陽能供電模塊是否正常 工作，并將該信息通過低功耗控制器(311)發(fā)送至協(xié)調(diào)器(2)，傳回至上位機(jī)(1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的一種基于太陽能供電的無線網(wǎng)絡(luò)測距系統(tǒng)，其特征在 于所述上位機(jī)(1)與協(xié)調(diào)器(2)之間采用RS232傳送數(shù)據(jù)和命令，所述協(xié)調(diào)器(2)與節(jié)點(diǎn) (3)之間采用zigbee傳送數(shù)據(jù)和命令。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于太陽能供電的無線網(wǎng)絡(luò)測距系統(tǒng)，其特征在于所 述上位機(jī)(1)與協(xié)調(diào)器(2)之間采用RS232傳送數(shù)據(jù)和命令，所述協(xié)調(diào)器(2)與節(jié)點(diǎn)(3) 之間采用zigbee傳送數(shù)據(jù)和命令。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的一種基于太陽能供電的無線網(wǎng)絡(luò)測距系統(tǒng)，其特征在 于所述節(jié)點(diǎn)(3)可以設(shè)置有多個(gè)，所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通過zigbee無線通信方式相互通信。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的一種基于太陽能供電的無線網(wǎng)絡(luò)測距系統(tǒng)，其特征在 于所述主機(jī)(11)可以設(shè)置有多個(gè)，所述多個(gè)主機(jī)(11)之間通過LAN或zigbee無線通信 方式相互通信。
全文摘要
本發(fā)明一種基于太陽能供電的無線網(wǎng)絡(luò)測距系統(tǒng)，屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于太陽能供電的低功耗無線網(wǎng)絡(luò)測距系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括上位機(jī)(1)，協(xié)調(diào)器(2)，以及至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)(3)；上位機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)及最終計(jì)算結(jié)果的處理和顯示，以及人機(jī)交互；協(xié)調(diào)器主要負(fù)責(zé)信號(hào)的傳輸，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)(1)與節(jié)點(diǎn)(3)的雙向通信；節(jié)點(diǎn)(3)主要負(fù)責(zé)測距，其使用低功耗測距系統(tǒng)及太陽能供電。本發(fā)明將太陽能供電、超聲波測距及無線網(wǎng)絡(luò)傳輸三者有機(jī)結(jié)合起來運(yùn)用于測量技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了一體化的便攜式安裝。本發(fā)明提供的基于太陽能供電的距離信息無線傳感網(wǎng)絡(luò)的研制，為現(xiàn)場提供了一種綠色環(huán)保和智能化的無線網(wǎng)絡(luò)測距系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02N6/00GK101852853SQ201010101430
公開日2010年10月6日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者郭妮, 陳先中 申請人:北京科技大學(xué)