一種基于ZigBee技術(shù)的水庫信息監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本新型涉及一種基于ZigBee技術(shù)的水庫信息監(jiān)測系統(tǒng)，包括：分布于水庫區(qū)域的若干檢測裝置，以及接收各檢測裝置數(shù)據(jù)的監(jiān)控主機(jī)，檢測裝置包括：用于檢測水文數(shù)據(jù)的水文傳感器組，與該水文傳感器組的輸出端相連的調(diào)理電路，該調(diào)理電路的輸出端與處理器從模塊的信號采集端相連，該處理器從模塊的信號輸出端與無線從模塊的輸入端相連；監(jiān)控主機(jī)包括：無線主模塊，與無線主模塊相連的處理器主模塊；本實用新型中檢測裝置采用分布式設(shè)計，分布于水庫區(qū)域，采集水庫的水文數(shù)據(jù)，且通過無線主、從模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過監(jiān)控主機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總，使數(shù)據(jù)采集具有及時性、多樣性，為水庫的安全預(yù)防做好準(zhǔn)備。
【專利說明】—種基于ZigBee技術(shù)的水庫信息監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及水庫信息監(jiān)測系統(tǒng)，尤其涉及一種基于ZigBee技術(shù)的水庫信息監(jiān)測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國現(xiàn)有的小型水庫大部分建于上世紀(jì)50?70年代，而其中大部分小型壩質(zhì)量和建設(shè)水平都不是太高，小水庫數(shù)量多、地方偏遠(yuǎn)，單靠人員定時巡檢，一方面需要大量的人力和資金的投入、另一方面時效性低，很難有效的掌握到水庫的安全狀況。因此，需要研發(fā)一種遠(yuǎn)程的自動監(jiān)測系統(tǒng)來協(xié)助此項工作。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的是提供一種基于ZigBee技術(shù)的水庫信息監(jiān)測系統(tǒng)，該水庫信息監(jiān)測系統(tǒng)解決了小型水庫偏遠(yuǎn)檢測不便，檢測數(shù)據(jù)單一、效率低的問題。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種基于ZigBee技術(shù)的水庫信息監(jiān)測系統(tǒng)，包括:分布于水庫區(qū)域的若干檢測裝置，以及接收各檢測裝置數(shù)據(jù)的監(jiān)控主機(jī)，所述檢測裝置包括:用于檢測水文數(shù)據(jù)的水文傳感器組，與該水文傳感器組的輸出端相連的調(diào)理電路，該調(diào)理電路的輸出端與處理器從模塊的信號采集端相連，該處理器從模塊的信號輸出端與無線從模塊的輸入端相連；所述監(jiān)控主機(jī)包括:無線主模塊，與無線主模塊相連的處理器主模塊。
[0005]進(jìn)一步，為了滿足采集水文信息的多樣性，所述水文傳感器組包括:水位傳感器、PH傳感器、濁度傳感器、水溫傳感器，所述各傳感器的輸出端分別與相應(yīng)調(diào)理電路的輸入端相連。
[0006]進(jìn)一步，為了豐富檢測數(shù)據(jù)，兼顧空氣質(zhì)量檢測，所述檢測裝置還包括:用于檢測空氣數(shù)據(jù)的空氣傳感器組，該空氣傳感器組包括:PM2.5傳感器、溫濕度傳感器，所述各傳感器的輸出端分別與相應(yīng)調(diào)理電路的輸入端相連。
[0007]進(jìn)一步，為了提高調(diào)理電路的通用性，使對外部多種電壓范圍的數(shù)據(jù)均能進(jìn)行調(diào)理，所述調(diào)理電路包括:第一、第二通道單元，通道選擇單元，所述通道選擇單元包括:比較器，該比較器的同相端作為調(diào)理電路的輸入端，反相端接入一基準(zhǔn)電壓，該比較器的輸出端分別與NPN三極管、PNP三極管的基極相連，所述NPN三極管的集電極、PNP三極管的發(fā)射極分別與電源端相連，所述NPN三極管的發(fā)射極、PNP三極管的集電極分別與第一通道單元、第二通道單元的供電端相連；所述比較器的同相端還分別與第一、第二通道單元的輸入端相連，第一通道單元包括:用于對輸入信號進(jìn)行降壓的分壓電路，分壓電路的輸出端與第一電壓跟隨器的輸入端相連；第二通道單元包括:第二電壓跟隨器，所述第一、第二電壓跟隨器的輸出端相連作為調(diào)理電路的信號輸出端。
[0008]進(jìn)一步，由于檢測裝置分布的距離很廣泛，若出現(xiàn)故障，短時間內(nèi)不可能及時進(jìn)行維修，但是在出現(xiàn)故障時，還是需要盡可能的保證數(shù)據(jù)采集，所述檢測裝置還包括冗余水文傳感器組、冗余空氣傳感器組，所述冗余水文傳感器組和冗余空氣傳感器組的供電端通過一開關(guān)管與所述處理器從模塊的第一輸出控制端相連。
[0009]進(jìn)一步，為了解決無線傳輸問題，所述無線從模塊和無線主模塊采用ZigBee無線模塊。
[0010]進(jìn)一步，實現(xiàn)對分布于水庫區(qū)域的若干檢測裝置實現(xiàn)定位，確定其地理位置，所述檢測裝置還包括GPS接收機(jī)，該GPS接收機(jī)與所述處理器從模塊通過串口相連。
[0011]進(jìn)一步，為了在出現(xiàn)故障時，發(fā)出提示信號，使維修人員能快速找到故障檢測裝置，所述檢測裝置還包括LED燈組，該LED燈組與所述處理器從模塊的第二輸出控制端相連。
[0012]本實用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:本實用新型中檢測裝置采用分布式設(shè)計，分布于水庫區(qū)域，采集水庫的水文數(shù)據(jù)，且通過無線主、從模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過監(jiān)控主機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總，使數(shù)據(jù)采集具有及時性、多樣性，為水庫的安全預(yù)防做好準(zhǔn)備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
[0014]圖1是本實用新型的檢測裝置的原理框圖一；
[0015]圖2是本實用新型的檢測裝置的原理框圖二 ；
[0016]圖3是本實用新型的數(shù)據(jù)采集調(diào)理模塊的電路圖；
[0017]圖4是本實用新型的第一、第二通道單元的電路圖；
[0018]圖5是本實用新型的檢測裝置的原理框圖三；
[0019]其中，比較器U1A、NPN三極管T1、PNP三極管T2、第一集成運(yùn)算放大器U1A、第二集成運(yùn)算放大器U1B、第三集成運(yùn)算放大器U1C。

【具體實施方式】
[0020]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實施方式】并參照附圖，對本實用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本實用新型的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本實用新型的概念。
[0021]如圖1所不,一種基于ZigBee技術(shù)的水庫信息監(jiān)測系統(tǒng),包括:
[0022]分布于水庫區(qū)域的若干檢測裝置，以及接收各檢測裝置數(shù)據(jù)的監(jiān)控主機(jī)，所述檢測裝置包括:用于檢測水文數(shù)據(jù)的水文傳感器組，該水文傳感器組的輸出端與調(diào)理電路的輸入端相連，該調(diào)理電路的輸出端與處理器從模塊的信號采集端相連，該處理器從模塊的信號輸出端與無線從模塊的輸入端相連；所述監(jiān)控主機(jī)包括:無線主模塊，與無線主模塊的信號輸出端相連的處理器主模塊。
[0023]所述水文傳感器組包括:水位傳感器、PH傳感器、濁度傳感器、水溫傳感器，所述各傳感器的輸出端分別與相應(yīng)調(diào)理電路的輸入端相連；所述水位傳感器可以采用投入式水位傳感器，所述PH傳感器采用雷磁E-201-C型pH復(fù)合電極，所述濁度傳感器采用投入式濁度傳感器，所述水溫傳感器可以采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。
[0024]如圖2所示，所述檢測裝置還包括:用于檢測空氣數(shù)據(jù)的空氣傳感器組，該空氣傳感器組包括:PM2.5傳感器、溫濕度傳感器，所述各傳感器的輸出端分別與相應(yīng)調(diào)理電路的輸入端相連；所述PM2.5傳感器可以采用夏普的GP2Y1010AU0F微塵傳感器，所述溫濕度傳感器可以采用SHTlO數(shù)字溫濕度傳感器。
[0025]其中，處理器從模塊可以采用帶有AD的單片機(jī)或者嵌入式芯片來實現(xiàn)，通過單片機(jī)或者嵌入式芯片實現(xiàn)上述信號的采集屬于現(xiàn)有技術(shù)。例如，申請?zhí)?201210394506.6的中國專利文獻(xiàn)“溫度數(shù)據(jù)采集器”公開了單片機(jī)采集溫度數(shù)據(jù)的技術(shù)方案，因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用單片機(jī)采集其他類型的傳感器的輸出信號。
[0026]所述處理器從模塊或者處理器主模塊也可以采用帶有射頻功能的單片機(jī)。
[0027]如圖3和圖4所示，所述調(diào)理電路包括:第一、第二通道單元，通道選擇單元，所述通道選擇單元包括:比較器U1A，該比較器UlA的同相端作為調(diào)理電路的輸入端，反相端接入一基準(zhǔn)電壓，該比較器的輸出端分別與NPN三極管Tl、PNP三極管T2的基極相連，所述NPN三極管Tl的集電極、PNP三極管T2的發(fā)射極分別與電源端相連，所述NPN三極管Tl的發(fā)射極、PNP三極管T2的集電極分別與第一通道單元、第二通道單元的供電端相連；所述比較器UlA的同相端還分別與第一、第二通道單元的輸入端相連，第一通道單元包括:用于對輸入信號進(jìn)行降壓的分壓電路，分壓電路的輸出端與第一電壓跟隨器的輸入端相連；第二通道單元包括:第二電壓跟隨器，所述第一、第二電壓跟隨器的輸出端相連作為調(diào)理電路的信號輸出端。
[0028]其中，所述分壓電路通過電阻R2和電阻R3串聯(lián)構(gòu)成，電阻R2的一端接入輸入信號ui，電阻R2的另一端與電阻R3的一端相連，并作為所述分壓電路的輸出端，且電阻R2或者電阻R3可以采用可調(diào)電位器(多圈電位器)對其輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0029]所述比較器和第一、第二電壓跟隨器分別采用第一集成運(yùn)算放大器U1A、第二集成運(yùn)算放大器U1B、第三集成運(yùn)算放大器U1C。
[0030]所述調(diào)理電路的工作原理是，通過基準(zhǔn)電壓與輸入電壓進(jìn)行比較，例如基準(zhǔn)電壓采用5V，S卩，輸入電壓范圍大于5V，則通過第一通道單元對電壓進(jìn)行縮小，通過分壓電路調(diào)整到5V范圍之內(nèi)，經(jīng)過第一電壓跟隨器后接入AD模塊，若輸入電壓范圍小于5V，則直接通過第二通道中的第一電壓跟隨器進(jìn)行AD模塊，因此，本實用新型能夠?qū)Υ笥诨蛐∮诨鶞?zhǔn)電壓的輸入信號均能進(jìn)行調(diào)理，提高了調(diào)理電路的通用性。由于分壓電阻對信號的處理是線性的，因此，信號處理不會失真。
[0031]所述檢測裝置還包括冗余水文傳感器組、冗余空氣傳感器組，所述冗余水文傳感器組和冗余空氣傳感器組的供電端通過一開關(guān)管與所述處理器從模塊的第一輸出控制端相連，當(dāng)監(jiān)控主機(jī)檢測到測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確時，可以判斷水文傳感器組或空氣傳感器組出現(xiàn)故障，此時，通過無線啟動所述冗余水文傳感器組或冗余空氣傳感器組，以頂替損壞的水文傳感器組或空氣傳感器組繼續(xù)工作。
[0032]如圖5所示，所述無線從模塊和無線主模塊采用ZigBee無線模塊，例如以Core2530為核心的CC2530F256芯片，其工作頻段:2.4GHz ；16個傳輸信道，可根據(jù)環(huán)境進(jìn)行切換可靠通信信道；無線傳輸速率打250kbps ;高性能、低功耗的8051微控制器內(nèi)核；適應(yīng) 2.4GHz IEEE 802.15.4 的 RF 收發(fā)器。
[0033]所述ZigBee無線模塊與處理器主模塊和處理器從模塊進(jìn)行連接的技術(shù)方案在申請?zhí)?201320456061.X的專利文獻(xiàn)“一種雞舍環(huán)境無線監(jiān)測裝置系統(tǒng)”中已被公開。
[0034]所述檢測裝置還包括GPS接收機(jī)，該GPS接收機(jī)與所述處理器從模塊通過串口相連，以實現(xiàn)對若干檢測裝置的分布進(jìn)行定位。
[0035]所述檢測裝置還包括LED燈組，該LED燈組與所述處理器從模塊的第二輸出控制端相連，當(dāng)某一檢測裝置出現(xiàn)故障時，控制LED燈組閃爍，以便于維修人員找尋該檢測裝置。
[0036]應(yīng)當(dāng)理解的是，本實用新型的上述【具體實施方式】僅僅用于示例性說明或解釋本實用新型的原理，而不構(gòu)成對本實用新型的限制。因此，在不偏離本實用新型的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，本實用新型所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改例。
【權(quán)利要求】
1.一種基于ZigBee技術(shù)的水庫信息監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括: 分布于水庫區(qū)域的若干檢測裝置，以及接收各檢測裝置數(shù)據(jù)的監(jiān)控主機(jī)； 所述檢測裝置包括:用于檢測水文數(shù)據(jù)的水文傳感器組，與該水文傳感器組的輸出端相連的調(diào)理電路組，該調(diào)理電路的輸出端與處理器從模塊的信號采集端相連，該處理器從模塊的信號輸出端與無線從模塊的輸入端相連； 所述監(jiān)控主機(jī)包括:無線主模塊，與無線主模塊相連的處理器主模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水庫信息監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述水文傳感器組包括:水位傳感器、PH傳感器、濁度傳感器、水溫傳感器，所述各傳感器的輸出端分別與相應(yīng)調(diào)理電路的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水庫信息監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測裝置還包括:用于檢測空氣數(shù)據(jù)的空氣傳感器組，該空氣傳感器組包括:PM2.5傳感器、溫濕度傳感器，所述各傳感器的輸出端分別與相應(yīng)調(diào)理電路的輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水庫信息監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)理電路包括:第一、第二通道單元，通道選擇單元； 所述通道選擇單元包括:比較器，該比較器的同相端作為調(diào)理電路的輸入端，反相端接入一基準(zhǔn)電壓，該比較器的輸出端分別與NPN三極管、PNP三極管的基極相連，所述NPN三極管的集電極、PNP三極管的發(fā)射極分別與電源端相連，所述NPN三極管的發(fā)射極、PNP三極管的集電極分別與第一通道單元、第二通道單元的供電端相連； 所述比較器的同相端還分別與第一、第二通道單元的輸入端相連； 第一通道單元包括:用于對輸入信號進(jìn)行降壓的分壓電路，分壓電路的輸出端與第一電壓跟隨器的輸入端相連； 第二通道單元包括:第二電壓跟隨器； 所述第一、第二電壓跟隨器的輸出端相連作為調(diào)理電路的信號輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水庫信息監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測裝置還包括冗余水文傳感器組、冗余空氣傳感器組，所述冗余水文傳感器組和冗余空氣傳感器組的供電端通過一開關(guān)管與所述處理器從模塊的第一輸出控制端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的水庫信息監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述無線從模塊和無線主模塊采用ZigBee無線模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水庫信息監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測裝置還包括GPS接收機(jī)，該GPS接收機(jī)與所述處理器從模塊通過串口相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水庫信息監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測裝置還包括LED燈組，該LED燈組與所述處理器從模塊的第二輸出控制端相連。
【文檔編號】H04L29/06GK203964957SQ201420377947
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】劉月瑞, 彭麗紅, 郭偉, 熊家輝, 莫釗, 樊棠懷 申請人:南昌工程學(xué)院