專利名稱：基于ZigBee無線技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于ZigBee無線技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包 括基于ZigBee無線技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測節(jié)點和采用ARM-DSP雙處理器架 構(gòu)并結(jié)合高效的ZigBee、 CDMA無線傳輸技術(shù)的數(shù)據(jù)視頻基站設(shè)備。屬 于無線通信和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景水環(huán)境監(jiān)測是水資源管理與保護的重要手段，我國水資源緊缺、水 污染嚴重，如何高效、實時、準確地獲取水環(huán)境參數(shù)，研究開發(fā)網(wǎng)絡(luò)化、 智能化的水環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)已成為迫切需要?，F(xiàn)有的水環(huán)境監(jiān)測方法主要分為兩種1)采用便攜式水質(zhì)監(jiān)測儀人 工采樣、實驗室分析的方式；2)采用由遠程監(jiān)測中心和若干個監(jiān)測子站 組成的水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)。前者無法對水環(huán)境參數(shù)遠程實時監(jiān)測，存 在監(jiān)測周期長、勞動強度大、數(shù)據(jù)采集慢等問題，無法反映水環(huán)境動態(tài) 變化，不易及早發(fā)現(xiàn)污染源并報警。后者雖能較好解決上述存在的問題， 但由于有預(yù)先鋪設(shè)電纜和建立多個監(jiān)測子站的施工要求，故有系統(tǒng)成本 高、監(jiān)測水域范圍有限、易對監(jiān)測區(qū)域造成破環(huán)等缺點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSNs)作為一項新興的 技術(shù)，是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型節(jié)點組成，通過無線通信 方式形成一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)，協(xié)作地采集和處理監(jiān)測區(qū)域中的感知 對象信息，并發(fā)送給觀察者。它的出現(xiàn)產(chǎn)生了一種全新的信息獲取和處 理模式，結(jié)合不同類型的傳感器，在環(huán)境監(jiān)測、軍事偵查、智能家居、 智能交通、工業(yè)控制等眾多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景?；跓o線傳感器 網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測方面的典型應(yīng) 用。與現(xiàn)有的水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)相比，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境 監(jiān)測系統(tǒng)對生態(tài)環(huán)境影響小、監(jiān)測密度高且范圍廣、系統(tǒng)成本低。目前，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)，國外比較典型的代表有美國Helioswarc公司的EMNET系統(tǒng)和澳大利亞CSIRO的Fleck 系統(tǒng)。EMNET系統(tǒng)可測量水壓、PH值、電導(dǎo)率、溶解氧等參數(shù)，無線 通信頻段為900MHz，速率為9.8 kbps; Fleck系統(tǒng)主要測量的指標是PH 值、水溫、電導(dǎo)率，無線通信頻率為433MHz，速率72 kbps。上述兩種 系統(tǒng)可采集參數(shù)種類較少、不提供對水環(huán)境的視頻監(jiān)測功能、通信速率 低、產(chǎn)品體積較大、功耗較高，僅適合用作研究，目前尚不能作為實用 系統(tǒng)在現(xiàn)場使用?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點、數(shù)據(jù)基站、 監(jiān)測中心。大量傳感器節(jié)點部署在監(jiān)測區(qū)域中，以自組方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)， 傳感器節(jié)點采集感興趣的環(huán)境信息并路由至數(shù)據(jù)基站，由數(shù)據(jù)基站通過 有線或無線方式送至遠程監(jiān)測中心，用戶通過監(jiān)測中心對傳感器網(wǎng)絡(luò)進 行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測內(nèi)容以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。通常情況下，監(jiān)測區(qū) 域類型多樣、環(huán)境復(fù)雜，有線傳輸方式存在布線困難、成本高等缺點， 很難滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，而無線傳輸則具有組網(wǎng)簡單方便、成本低、 不受地理環(huán)境影響等優(yōu)點，可很好地實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?目前在無線接入方式上，新興的ZigBee和CDMA無線傳輸技術(shù)具有高通 信速率、高質(zhì)量、低成本等優(yōu)點，與其它無線傳輸技術(shù)相比，具有更高 的性價比。數(shù)據(jù)采集基站作為整個監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，是整個系統(tǒng)的 通信樞紐，隨著嵌入式技術(shù)、無線通信技術(shù)、傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，具 有穩(wěn)定高效的無線通信能力、更強數(shù)據(jù)處理能力及環(huán)境適應(yīng)能力，已成 其發(fā)展趨勢。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于ZigBee無線 技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明的基于ZigBee無線技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括分布在水環(huán) 境監(jiān)測區(qū)域中的多個水環(huán)境監(jiān)測節(jié)點和一個數(shù)據(jù)視頻基站。所述的水環(huán)境監(jiān)測節(jié)點是基于ZigBee無線技術(shù)，包括節(jié)點微處理器 模塊、節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片、電源管理模塊和水質(zhì)參 數(shù)采集模塊；節(jié)點微處理器模塊分別與水質(zhì)參數(shù)采集模塊中的放大電路 以及節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片連接；電源管理模塊分別與 其他模塊連接，為其供電。其中節(jié)點微處理器模塊采用MSP430F149低功耗處理器，用于控制節(jié)點 ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片與傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、以及網(wǎng)關(guān)基站間的 通信，并對采集的水環(huán)境參數(shù)作簡單的分析與處理。節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片通過SPI接口與節(jié)點微處理 器模塊互連;節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片支持2. 4GHz ZigBee/ IEEE802. 15.4標準，用于實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)監(jiān)測節(jié)點與基站設(shè) 備間的通信。電源管理模塊采用兩節(jié)3. 6V的LS14500C電池，串聯(lián)形成7. 2V電源， 通過電壓轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生3. 3V和5V電壓，為節(jié)點上各個模塊供電。水質(zhì)參數(shù)采集模塊采用水質(zhì)參數(shù)傳感器，用于完成水溫、PH值、濁 度、電導(dǎo)率、溶解氧含量的數(shù)據(jù)采集；水質(zhì)參數(shù)傳感器輸出的微弱電壓、 電流信號通過放大電路，轉(zhuǎn)變?yōu)闃藴孰妷盒盘?；?jié)點微處理器模塊對放 大電路輸出的標準信號進行分析和處理，完成多種水質(zhì)參數(shù)的采集。所述的數(shù)據(jù)視頻基站采用ARM-DSP雙處理器架構(gòu)，包括基站ZigBee 射頻模塊CC2420射頻芯片、CDMA傳輸模塊HUAWEI-CM320、視頻信號采 集模塊和微處理器模塊。其中微處理器模塊采用ARM-DSP雙處理器架構(gòu)，包括A固處理器 AT91M55800A和DSP處理器TMS320C6412， ARM處理器AT91M55800A的EBI 接口與DSP處理器TMS320C6412的HPI總線連接。基站ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片通過SPI接口與ARM處理器 AT91M55800A連接。CDMA傳輸模塊HUWEI-CM320通過USART串口與ARM處理器6薦MM55800A連接。視頻信號采集模塊包括CCD攝像機、模擬視頻解碼器SAA7111A、兩 片雙幀存儲器IDT71V416和CPLD邏輯控制單元EPM7128; CCD攝像機與 模擬視頻解碼器SAA7111A連接，模擬視頻解碼器SAA7111A與CPLD邏輯 控制單元EPM7128連接；兩片雙幀存儲器工DT71V416分別通過分離的地 址線和數(shù)據(jù)線與CPLD邏輯控制單元EPM7128連接；EPM7128與DSP處理 器TMS320C6412的EMIFA接口連接。水環(huán)境監(jiān)測節(jié)點之間利用節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片完 成無線通信，每個水環(huán)境監(jiān)測節(jié)點的節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420射頻 芯片通過多跳方式與數(shù)據(jù)視頻基站的基站ZigBee射頻模塊CC2420射頻 芯片信號連接，通信符合2. 4GHz ZigBee/ IEEE802. 15. 4標準，構(gòu)成基 于ZigBee無線技術(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果1. 本發(fā)明可同時采集多種水質(zhì)參數(shù)、數(shù)據(jù)采集覆蓋范圍廣?？蓪崟r 采集、傳輸多種水質(zhì)參數(shù)(包括水溫、PH值、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧含 量等)。傳感器節(jié)點部署方便，不受地理環(huán)境的約束，可以監(jiān)測大范圍水 域的水質(zhì)變化情況。2. 數(shù)據(jù)通信能力強、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣。本發(fā)明采用新興的ZigBee技 術(shù)實現(xiàn)無線傳感器節(jié)點之間以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)視頻基站間的數(shù) 據(jù)通信，并且通過CDMA網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)基站與遠程監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)雙向通信。 應(yīng)用新興、高效的無線通信技術(shù)，使得基站系統(tǒng)的通信具有傳輸速率快、 通信質(zhì)量高、功耗小、成本低、網(wǎng)絡(luò)容量大等特點，實現(xiàn)了水環(huán)境監(jiān)測 系統(tǒng)中水環(huán)境參數(shù)和視頻信息實時傳輸?shù)男枰?. 系統(tǒng)各個設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性強?；靖鞑考捎梅瞎I(yè)級標準 的器件，在野外惡劣的環(huán)境條件下具有較強的適應(yīng)能力。4. 實現(xiàn)視頻信號的實時采集、處理和無線傳輸。采用專用視頻解碼 器+DSP+CLPD結(jié)構(gòu)，并釆用雙幀存儲器輪換存儲方式，滿足了視頻信號采集處理的抗千擾性與實時性要求，且通過雙CDMA傳輸模塊實現(xiàn)了高 效傳輸。視頻信號的采集處理擴展了基站功能，增強了水環(huán)境監(jiān)測的能 力。5.數(shù)據(jù)處理速度快，功能強。本發(fā)明使用各種高性能處理器，充分利用了其各自的性能優(yōu)勢，提高了數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)傳輸能力，同時增 強了系統(tǒng)可靠性并有利于今后的系統(tǒng)升級和功能更新。6.系統(tǒng)成本低相對于現(xiàn)有的水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)和人工采樣實驗室 分析方法，設(shè)備和人工的費用大大降低。


圖1為本發(fā)明中數(shù)據(jù)視頻基站示意圖；圖2為本發(fā)明中水環(huán)境監(jiān)測節(jié)點示意圖；圖3為本發(fā)明的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)一實施例的整體構(gòu)架示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的監(jiān)測系統(tǒng)作進一步描述。圖1為本發(fā)明提供的可用于水環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)視頻 基站設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理框圖，該基站設(shè)備包括基站ZigBee射頻模塊CC2420 1、 CDMA傳輸模塊HUAWEI-CM320 3、視頻信號采集模塊4以及微處 理器模塊2四部分。各模塊中均采用現(xiàn)有成熟技術(shù)。其中，微處理器模塊采用ARM-DSP雙處理器架構(gòu)，包括ARM處理器 AT91M55800A 2-1和DSP處理器TMS320C6412 2-2兩部分。其中 AT91M55800A2-1用于控制CC2420 1與傳感器網(wǎng)絡(luò)、HUAWEI-CM320 3 與遠程監(jiān)測中心IO之間的通信，并對采集的水環(huán)境參數(shù)作分析與處理。 TMS320C6412 2-2完成視頻信號的采集、壓縮編碼以及與AT91M55800A 2-1通信。TMS320C6412 2-2通過HPI接口與AT91M55800A2-1 EBI接 口互連。視頻信號采集模塊包括CCD攝像機4-1 ，模擬視頻解碼器SAA7111A 4-2，雙幀存儲器IDT71V416 4-4 (兩片:SRAM1 4-4-1， SRAM2 4-4-2)和CPLD邏輯控制單元EPM7128 4-3三部分。其中，SAA7111A用于完 成模擬視頻信號的數(shù)字化，同時輸出時鐘與同歩信號，其輸出端與 EPM7128 4-3相連；IDT71V416 4-4用于實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的高速緩存，，以分 離的地址線與數(shù)據(jù)線與EPM7128 4-3相連；EPM7128 4-3主要實現(xiàn)將采 集的視頻數(shù)據(jù)存入IDT71V416 4-4，并完成對整個視頻信號采樣、傳輸?shù)?協(xié)調(diào)工作，與TMS320C6412 2-2的EMIFA接口相連。視頻信號采集模塊 4結(jié)合TMS320C6412 2-2用于實現(xiàn)監(jiān)測區(qū)域視頻信息的采集與處理功能。 具體的TMS320C6412 2-2實現(xiàn)將采集的視頻數(shù)據(jù)以H.264格式壓縮編 碼，以及完成SAA7111A 4-2的配置，CCD攝像頭、云臺的控制。其中 TMS320C6412 2-2通過I2C總線實現(xiàn)對SAA7111A 4-2的配置，并通過 UART串口實現(xiàn)對CCD攝像頭及云臺的控制?；綵igBee射頻模塊CC2420 1用于實現(xiàn)基站設(shè)備與無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)的數(shù)據(jù)監(jiān)測節(jié)點間的通信。通過SPI接口與AT91M55800A2-1互連；CDMA傳輸模塊HUWEI-CM320 3，用于實現(xiàn)基站設(shè)備與遠程監(jiān)測中 心10間的通信，通過USART串口與AT91M55800A2-1互連。圖2為本發(fā)明提供的可用于水環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)節(jié)點設(shè)備的 整體結(jié)構(gòu)示意圖，該基站設(shè)備包括電源管理模塊5、水質(zhì)參數(shù)采集模塊 6、微處理器模塊7以及節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420 8四部分。各模塊中均采用現(xiàn)有成熟技術(shù)。其中，電源管理模塊5包括兩節(jié)3.6V的LS14500C電池，串聯(lián)形成7.2V 電源5-1，,標稱容量為2. 7Ah;以LM2596-5.0為核心的電壓轉(zhuǎn)換電路模塊 5-2，為水質(zhì)參數(shù)采集模塊6中的水質(zhì)參數(shù)信號放大電路6-2提供5V電 壓；以LM2596-3.3為核心的電壓轉(zhuǎn)換電路模塊5-3，為微處理器模塊7 和ZigBee射頻模塊CC2420 8提供3. 3V電壓。水質(zhì)參數(shù)采集模塊6包括多種水質(zhì)參數(shù)傳感器6-l和水質(zhì)參數(shù)信 號放大電路6-2。多種水質(zhì)參數(shù)傳感器6-l可采集多種水質(zhì)參數(shù)(包括 水溫、ra值、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧含量)，使用E+H公司的水質(zhì)參數(shù)傳感器(PH值傳感器OrbiSint W CPS 11，溶解氧含量傳感器OxyM:ax W COS 41，電導(dǎo)率傳感器ConckiMax W CLS12,濁度傳感器TurbiMax W CUS 31， 溫度傳感器使用ra值傳感器上自帶的Ptl0O溫度傳感器)。水質(zhì)參數(shù)信號 放大電路6-2以運算放大器TLC2252為核心搭建而成。多種水質(zhì)參數(shù)傳感 器6-l輸出毫伏級微弱電壓信號，通過水質(zhì)參數(shù)信號放大電路6-2轉(zhuǎn)換 為5路0到3.3v的電壓信號，送入微處理器模塊7的A/D轉(zhuǎn)換器，完成水質(zhì) 參數(shù)采集。微處理器模塊7采用MSP430F149微處理單元。TI公司的MSP430系列 單片機是一種超低功耗的混合信號控制器，能夠在低電壓下以超低功耗 狀態(tài)工作，其控制器具有強大的處理能力和豐富的片內(nèi)外設(shè)。其中，多 路12位的A/D轉(zhuǎn)換器用來采集和處理水質(zhì)參數(shù)采集模塊6傳輸來的水質(zhì) 參數(shù)信號。微處理器模塊7通過SPI接口與ZigBee射頻模塊CC2420 8互連， 實現(xiàn)水質(zhì)參數(shù)的接收和發(fā)送。同時，微處理器模塊7與水質(zhì)參數(shù)采集模 塊6中的溫度傳感器通信，對水質(zhì)參數(shù)傳感器的溫度漂移進行溫度補償。 微處理器模塊7還利用單刀單擲開關(guān)ISL43110控制以LM2596-5. 0為核心 的電壓轉(zhuǎn)換電路模塊5-2，在節(jié)點不采集水質(zhì)參數(shù)的情況下，停止電壓 轉(zhuǎn)換電路模塊5-2對水質(zhì)參數(shù)信號放大電路6-2供電，以降低節(jié)點能耗。節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420 8用于實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點與 節(jié)點間的通信，并實現(xiàn)與基站ZigBee射頻模塊CC2420 1的通信。通過 SPI接口與微處理器模塊7互連；圖3為基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)整體架構(gòu)示意圖。將 整個待監(jiān)測水域劃分為若干個系統(tǒng)區(qū)域11，系統(tǒng)架構(gòu)可分為三個層次 系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)監(jiān)測節(jié)點9、系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)視頻基站12、遠程監(jiān)測中 心14。其中，在區(qū)域ll中構(gòu)建基于ZigBee無線技術(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)10，每個區(qū)域配置一個數(shù)據(jù)視頻基站12，對分布在區(qū)域11中的 ZigBee網(wǎng)絡(luò)10中的多個數(shù)據(jù)監(jiān)測節(jié)點9進行數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)測，并通過CDMA網(wǎng)絡(luò)13將采集的實時數(shù)據(jù)傳送至遠程監(jiān)測中心14。數(shù)據(jù)視頻 基站12通過協(xié)議轉(zhuǎn)換將傳感器網(wǎng)絡(luò)即ZigBee網(wǎng)絡(luò)6與CDMA網(wǎng)絡(luò)9兩 個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，充當兩者之間的網(wǎng)關(guān)。此外，數(shù)據(jù)視頻基站12 通過HUAWEI-CM320 3，構(gòu)建針對主要監(jiān)測區(qū)域的視頻監(jiān)測系統(tǒng)(為增 加視頻信息的傳輸速率采用兩片CDMA傳輸模塊)。遠程監(jiān)測中心14接 收實時視頻信息和水環(huán)境參數(shù)，提供用戶人性化的監(jiān)控界面，并擁有強 大的數(shù)據(jù)管理和分析功能。水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流、狀態(tài)流、命令流傳輸情況如下。在監(jiān)測 過程中，分布于區(qū)域11中的數(shù)據(jù)監(jiān)測節(jié)點9通過傳感器采集水溫、PH 值、溶解氧含量、濁度、電導(dǎo)率等水環(huán)境參數(shù)，并將網(wǎng)絡(luò)自身的狀態(tài)信 息以定時發(fā)送方式，使用節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420 8通過ZigBee網(wǎng) 絡(luò)6以多跳方式最終上傳至數(shù)據(jù)視頻基站12的基站ZigBee射頻模塊 CC2420 1?；?2經(jīng)由CC2420 1接收水環(huán)境參數(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)10的狀 態(tài)信息，進行簡單的分析和處理后，產(chǎn)生是否超限、是否需要報警等信 息。同時，數(shù)據(jù)視頻基站12通過視頻信號采集模塊4，采集主要監(jiān)測區(qū) 域的視頻信號，并最終將采集的水環(huán)境參數(shù)、視頻信息以及傳感器網(wǎng)絡(luò) 10狀態(tài)信息連同分析處理后的報警信息，經(jīng)由HUAWEI-CM320 3發(fā)送至 遠程監(jiān)測中心14。遠程監(jiān)測中心14接收基站12上傳的各種信息，分析 處理相關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)監(jiān)測需要發(fā)送控制指令至基站12。而基站12接收 到指令后，經(jīng)解碼做出相應(yīng)的控制操作，例如，通過UART串口對自身 CCD攝像機4-1焦距、云臺的調(diào)整；通過I2C對SAA7111A4-2的設(shè)置； 發(fā)送控制指令至傳感器網(wǎng)絡(luò)6，配置相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測節(jié)點5等，滿足遠程監(jiān) 測中心14簡單的控制要求。
權(quán)利要求
1、基于ZigBee無線技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括分布在水環(huán)境監(jiān)測區(qū)域中的多個水環(huán)境監(jiān)測節(jié)點和一個數(shù)據(jù)視頻基站，其特征在于所述的水環(huán)境監(jiān)測節(jié)點是基于ZigBee無線技術(shù)，包括節(jié)點微處理器模塊、節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片、電源管理模塊和水質(zhì)參數(shù)采集模塊；節(jié)點微處理器模塊分別與水質(zhì)參數(shù)采集模塊中的放大電路以及節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片連接；電源管理模塊分別與其他模塊連接，為其供電；其中節(jié)點微處理器模塊采用MSP430F149低功耗處理器，用于控制節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片與傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、以及網(wǎng)關(guān)基站間的通信，并對采集的水環(huán)境參數(shù)作簡單的分析與處理；節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片通過SPI接口與節(jié)點微處理器模塊互連；節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片支持2.4GHz ZigBee/IEEE802.15.4標準，用于實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)監(jiān)測節(jié)點與基站設(shè)備間的通信；電源管理模塊采用兩節(jié)3.6V的LS14500C電池，串聯(lián)形成7.2V電源，通過電壓轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生3.3V和5V電壓，為節(jié)點上各個模塊供電；水質(zhì)參數(shù)采集模塊采用水質(zhì)參數(shù)傳感器，用于完成水溫、PH值、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧含量的數(shù)據(jù)采集；水質(zhì)參數(shù)傳感器輸出的微弱電壓、電流信號通過放大電路，轉(zhuǎn)變?yōu)闃藴孰妷盒盘枺还?jié)點微處理器模塊對放大電路輸出的標準信號進行分析和處理，完成多種水質(zhì)參數(shù)的采集；所述的數(shù)據(jù)視頻基站采用ARM-DSP雙處理器架構(gòu)，包括基站ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片、CDMA傳輸模塊HUAWEI-CM320、視頻信號采集模塊和微處理器模塊；其中微處理器模塊采用ARM-DSP雙處理器架構(gòu)，包括ARM處理器AT91M55800A和DSP處理器TMS320C6412，ARM處理器AT91M55800A的EBI接口與DSP處理器TMS320C6412的HPI總線連接；基站ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片通過SPI接口與ARM處理器AT91M55800A連接；CDMA傳輸模塊HUWEI-CM320通過USART串口與ARM處理器AT91M55800A連接；視頻信號采集模塊包括CCD攝像機、模擬視頻解碼器SAA7111A、兩片雙幀存儲器IDT71V416和CPLD邏輯控制單元EPM7128；CCD攝像機與模擬視頻解碼器SAA7111A連接，模擬視頻解碼器SAA7111A與CPLD邏輯控制單元EPM7128連接；兩片雙幀存儲器IDT71V416分別通過分離的地址線和數(shù)據(jù)線與CPLD邏輯控制單元EPM7128連接；EPM7128與DSP處理器TMS320C6412的EMIFA接口連接；水環(huán)境監(jiān)測節(jié)點之間利用節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片完成無線通信，每個水環(huán)境監(jiān)測節(jié)點的節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片通過多跳方式與數(shù)據(jù)視頻基站的基站ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片信號連接，通信符合2.4GHz ZigBee/IEEE802.15.4標準，構(gòu)成基于ZigBee無線技術(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于ZigBee無線技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。目前監(jiān)測多采用有線傳輸方式，布線困難、成本高。本發(fā)明包括分布在水環(huán)境監(jiān)測的區(qū)域中的多個水環(huán)境監(jiān)測節(jié)點和一個數(shù)據(jù)視頻基站。水環(huán)境監(jiān)測節(jié)點是基于ZigBee無線技術(shù)，包括節(jié)點微處理器模塊、節(jié)點ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片、電源管理模塊和水質(zhì)參數(shù)采集模塊。數(shù)據(jù)視頻基站采用ARM-DSP雙處理器架構(gòu)，包括基站ZigBee射頻模塊CC2420射頻芯片、CDMA傳輸模塊HUAWEI-CM320、視頻信號采集模塊和微處理器模塊。本發(fā)明可同時采集多種水質(zhì)參數(shù)，數(shù)據(jù)通信能力強、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，并且可實現(xiàn)視頻信號的實時采集、處理和無線傳輸。
文檔編號H04L12/28GK101261261SQ20081006036
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者夏宏博, 孔一凡, 鵬 蔣 申請人:杭州電子科技大學