专利名称：温湿度、雨量和应力计的无线网状网络节点装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是带温湿度、雨量和应力计的无线网状网络节点装 置，采用温湿度、雨量计和应力计等传感器以及自组织多跳无线网络进行高 边坡变形稳定监测、水工建筑物安全监测、水库库区水文监测等，属于自动 化监测技术领域。技术背景诸多大型和特大型工程项目形成的许多工程边坡的失稳破坏不仅会直 接摧毁工程建设本身，而且也会通过环境灾难对工程和人居环境带来间接的 影响和灾害。为了保证工程施工和运行的安全以及预测边坡变形破坏趋势和 了解边坡的稳定状态以及掌握边坡变形规律、地下水分布情况、边坡松弛范 围和爆破振动影响等，所以对工程项目中的边坡监测显得尤为重要。边坡工 程监测技术正在由过去的简易手段向自动化、智能化方向发展，对边坡监测 的方法主要有第一种是采用人工观测的方法，主要是根据以往的经验对边 坡的地表状态以及周围的动植物的异常的观察来确定边坡的状况。第二种是 采用有线方法监测，存在布线困难，使用和维护不便，特别是监测区域不适 宜长期滞留的场合。另外，这些有线数据采集方式是集中式数据采集，即便 是无线传输，也仅仅是利用无线传输方式，其实质仍然是集中式数据采集。发明内容本实用新型的目的是针对以边坡状态监测的有线方式、无线集中方式获 取信息所存在的缺陷，设计出一种通过无线链路以多跳方式连接的自组网络 的边坡监测装置，具有温湿度、雨量和应力协同监测的能力，可以提高边坡 监测的有效性、实用性和智能性。本实用新型的技术解决方案:其特征是处理器单元的第一输出/输入端接 电源单元的第一输入/输出端；处理器单元的第二输出/输入端接存储器单元 的第一输入/输出端；处理器单元的第三输出/输入端接传感器接口的第一输 入/输出端；处理器单元的第四输出/输入端接无线通信单元的输入/输出端； 处理器单元的第五输出/输入端接终端通信单元的输入/输出端；电源单元的 第二输入/输出端接存储器单元的第二输出/输入端；电源单元的第三输入/输 出端接传感器单元的第一输出/输入端；传感器单元的第二输出/输入端接传 感器接口的第二输入/输出端；电源单元的第四输入/输出端接无线通信单元 的第二输出/输入端；电源单元的第五输入/输出端接终端通信单元的第二输 出/输入端。本实用新型的优点将无线传感器节点的设计成两块，分别是主板和传 感器板，不但是的节点的体积小而且增加系统的可靠性；本设计中采用的是超低功耗设计，其中耗能最大是无线通信部分，采用休眠和唤醒的方式达到 最低功耗延长无线传感器节点的寿命。处理器模块和无线收发模块上的芯片 均是低功耗的且工作温度范围大，适合我国绝大多数地区使用。
图l是本实用新型的结构框图。图2是本实用新型传感器板实施例电原理图。图3是本实用新型主板实施例电原理图。图中的1是处理器单元、2是传感器单元、3是存储器单元、4是无线通 信单元、5是电源单元、Jl是传感器接口。
具体实施方式
对照图1，其结构是处理器单元1的第一输出/输入端接电源单元5的第 一输入/输出端；处理器单元1的第二输出/输入端接存储器单元3的第一输 入/输出端；处理器单元1的第三输出/输入端接传感器接口 Jl的第一输入/ 输出端；处理器单元1的第四输出/输入端接无线通信单元4的输入/输出端； 电源单元5的第二输入/输出端接存储器单元3的第二输出/输入端；电源单 元5的第三输入/输出端接传感器单元2的第一输出/输入端；传感器单元2 的第二输出/输入端接传感器接口 Jl的第二输入/输出端。电源单元5的第四 输入/输出端接无线通信单元4的第二输出/输入端。对照图2，传感器单元2包括翻斗式雨量计S1、温度传感器S4和湿度 传感器S3、以及渗水位传感器S2、反相器U9(74HC04)、触发器U8(74HC74) 和多路模拟开关(ADG715BRU)。翻斗式雨量计Sl通过2个翻斗容器轮流 收集雨滴，当容器集满雨滴后因重力作用自动翻倒空，同时产生一个脉冲， 这个脉冲代表一个单位雨量。改信号通过电阻R17(1K欧姆)连接到反相器 U9的输入端，经过反相器U9反相后的输出信号接入到触发器U8的引脚"4"; 触发器U8经过接口与嵌入式微处理器U1 (MSP430F149)相连，触发器U8 的引脚"1、 5、 6"分别通过接口 J2与处理器U1的引脚"3、 17、 18"对应 相接；湿度传感器S3(SHT11)的引脚"1"脚接地，并通过电容C30(0.1uF) 接到湿度传感器S3的引脚"4"，湿度传感器S3的引脚"2、 3"经过上拉 电阻R24 (1M欧姆)、R25 (1M欧姆)并通过接口 J2分别与微处理器Ul 的引脚"19、 20"对应连接；温度传感器S4 (DS18B20)的引脚"2"通过 接口 J2的引脚"9"连接到微处理器U1的引脚"5"上；渗水位传感器S2 的输出电流经过运算放大器Ull变为电压信号，运算放大器输出端引脚"l" 经过电阻R29连接到反相器U12输入端，经反相后通过接口 J2与微处理器 Ul的引脚"2"对应连接；电路板上的传感器的电源均通过多路模拟开关 U10来控制，微处理器U1的引脚"21、 22"分别连到多路模拟开关U10的 引脚"3、 l"上，微处理器通过引脚"3、 1"对多路模拟开关U10编程，从 而来控制各传感器的电源的开关。对照图3，其结构是处理器单元1包括微处理器U1、电子标签产生芯片 U3 (DS2401P)、 JTAG调试端口 J3和状态指示LED等。微处理器Ul的4引脚"47"与电子标签产生芯片U3的引脚"2"相连；三个不同颜色的状态 指示灯共阳极接入电源，其阴极分别通过电阻Rll (470欧姆)、R12 (470 欧姆)、R13 (470欧姆)与微处理器U1的引脚"48"、引脚"49"、引脚"50"对应相连，状态指示LED仅在调试时使用，为了节能在实际应用中 要将其移除；10针的JTAG程序烧写口 J3的数据线经过上拉电阻与微处理 器U1的引脚"54、 55、 56、 57"对应相连，无线通信单元4主要有射频芯 片U4 (CC2420)、超短波通信天线Al。射频芯片U4的引脚"27 34"与 微处理器U1的引脚"37、 16、 12、 15、 38、 31、 29、 30"对应相连，射频 芯片U4的引脚"21、 41"分别与处理器Ul的引脚"42、 41"对应相连； 射频芯片U4通过阻抗匹配网络与天线Al相连。存储器单元3采用的是 ATMEL公司推出的大容量串行Flash存储器。串行Flash存储芯片U2(AT45DB041)的引脚"1 8"(其中引脚"5"悬空，引脚"7"接地，引 脚"6"接电源)与微处理器U1的引脚"29、 31、 39、 40、 30"对应相接。 工作时，电源单元分别向处理器单元、传感器单元、存储器单元、无线 通信单元受控供电；处理器单元将装置属性和传感器单元获取的数据存储在 存储单元中；传感器单元获取的数据根据需要由无线通信单元传输给下级通 信装置。
权利要求1、温湿度、雨量和应力计的无线网状网络节点装置，其特征是处理器单元的第一输出/输入端接电源单元的第一输入/输出端；处理器单元的第二输出/输入端接存储器单元的第一输入/输出端；处理器单元的第三输出/输入端接传感器接口的第一输入/输出端；处理器单元的第四输出/输入端接无线通信单元的输入/输出端；处理器单元的第五输出/输入端接终端通信单元的输入/输出端；电源单元的第二输入/输出端接存储器单元的第二输出/输入端；电源单元的第三输入/输出端接传感器单元的第一输出/输入端；传感器单元的第二输出/输入端接传感器接口的第二输入/输出端；电源单元的第四输入/输出端接无线通信单元的第二输出/输入端；电源单元的第五输入/输出端接终端通信单元的第二输出/输入端。
2、 根据权利要求1所述的温湿度、雨量和应力计的无线网状网络节点 装置，其特征是传感器单元包括翻斗式雨量计、温度传感器和湿度传感器、 以及渗水位传感器、反相器、触发器和多路模拟开关，其中翻斗式雨量计通过 2个翻斗容器轮流收集雨滴，触发器经过接口与微处理器相连，触发器的引 脚(l、 5、 6)分别通过接口与微处理器U1的引脚(3、 17、 18)对应相接；湿 度传感器的引脚(2、 3)通过接口分别与微处理器的引脚(19、 20)对应连 接；温度传感器的引脚(2)连接到微处理器的引脚(5)上；渗水位传感器的输出端与微处理器的引脚(2)对应连接；电路板上的传感器的电源均通过多路模拟开关U10来控制，微处理器的引脚(21、 22)分别连到多路模拟 开关的引脚(3、 1)上，微处理器U1的引脚(47)与电子标签产生芯片U4 的引脚(2)相连；三个状态指示灯阴极分别通过电阻与微处理器Ui的引脚 (48、 49、 50)相连；JTAG程序烧写口 J3的数据线经过上拉电阻与微处理 器U1的引脚(54、 55、 56、 57)相连；射频芯片U5的引脚(27 34〉与 微处理器U1的引脚(37、 16、 12、 15、 38、 31、 29、 30)相连，射频芯片 U5的引脚(21、 41)分别与处理器Ul的引脚(42、 41)相连；存储芯片 U2的引脚(1、 2、 3、 4、 8)分别接到微处理器U1的引脚(29、 31、 39、 40、 30);电源模块向节点提供电源，主要有电压转换电路。
3、 根据权利要求1所述的温湿度、雨量和应力计的无线网状网络节点 装置，其特征在于传感器板是单独模块，该电路板通过插座与处理器板连接。
专利摘要本实用新型是带温湿度、雨量和应力计的无线网状网络节点装置，处理器单元的输出/输入端分别接电源单元、存储器单元、传感器接口、无线通信单元、终端通信单元的输入/输出端；电源单元的输入/输出端分别接存储器单元、传感器单元、无线通信单元的输出/输入端；传感器单元的输入/输出端接传感器接口的输出/输入端；优点将无线传感器节点的设计成两块，分别是主板和传感器板，不但是的节点的体积小而且增加系统的可靠性；本设计中采用的是超低功耗设计，其中耗能最大是无线通信部分，采用休眠和唤醒的方式达到最低功耗延长无线传感器节点的寿命。处理器模块和无线收发模块上的芯片均是低功耗的且工作温度范围大，适合我国绝大多数地区使用。
文档编号G01K1/00GK201166911SQ200820030939
公开日2008年12月17日 申请日期2008年1月16日 优先权日2008年1月16日
发明者严锡君, 樊棠怀, 王建颖, 王慧斌, 肖贤建, 黄凤辰 申请人:肖贤建;王慧斌;王建颖;严锡君;黄凤辰;樊棠怀