基于无线传感器网络的闸门自动控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于无线传感器网络的闸门自动控制系统，包括布置在闸门附近的多个无线传感器节点，无线传感器节点与启闭机控制仪表之间无线通讯，启闭机控制仪表的输入输出端与主控计算机的输入输出端相连。本实用新型结构简单、安装方便，由于设置多个无线传感器节点，系统不仅能检测闸门开度和荷重量的变化，还能同时监测闸门附近水位、流速和水温的变化，使得控制系统能依据更多的水文信息对闸门进行调度控制，增强了控制的科学性和可靠性；而且无线传输方式与传统有线方式相比，简化了现场布线难度，避免数据通信由于信号线老化或损坏而中断，日常维护更加方便。
【专利说明】基于无线传感器网络的闸门自动控制系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及水利闸门自动控制【技术领域】，尤其是一种基于无线传感器网络的 闸门自动控制系统。
【背景技术】
[0002] 目前，国内现有的闸门自动控制系统，在闸门的升降过程中只能检测闸门的开度 值和荷重量这两个参数，而且传感器和闸门控制仪表之间都是通过有线电缆连接，因此，此 类闸门控制系统存在以下缺陷：第一，无法检测水位、流速、水温等重要水文信息，当汛期水 位和流速变化较大以及冬季水温较低出现冰凌时，无法自动根据水文信息的变化对闸门的 运行状态进行实时调整，存在安全隐患；第二，暴露的传感器有线电缆在闸门运行过程中容 易损坏，并会受到动力电缆中大信号的干扰，导致控制仪表接收到错误信号而误动作，影响 闸门的正常运行。 实用新型内容
[0003] 本实用新型的目的在于提供一种能够通过无线传感器节点来检测闸门附近的重 要水文信息，增强了闸门调控过程的科学性、可靠性和稳定性的基于无线传感器网络的闸 门自动控制系统。
[0004] 为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种基于无线传感器网络的 闸门自动控制系统，包括布置在闸门附近的多个无线传感器节点，无线传感器节点与启闭 机控制仪表之间无线通讯，启闭机控制仪表的输入输出端与主控计算机的输入输出端相 连。
[0005] 所述无线传感器节点的个数为8个；所述各无线传感器节点与启闭机控制仪表组 成星形无线网络；所述启闭机控制仪表通过串行总线与主控计算机相连。
[0006] 所述无线传感器节点包括用于采集水文信息的传感器，传感器的输出端与信号调 理模块的输入端相连，信号调理模块的输出端与AD转换模块的输入端相连，AD转换模块的 输出端与信号处理模块的输入端相连，信号处理模块的输出端分别与显示模块、无线通信 模块的输入端相连。
[0007] 所述启闭机控制仪表通过RS232通信模块与主控计算机相连。
[0008] 所述传感器为水位传感器、流速传感器、温度传感器、荷重传感器和开度传感器中 的任意一种。
[0009] 所述信号处理模块包括STC11F32XE单片机，所述AD转换模块采用CS5550芯片， 其15、16引脚与信号调理模块的输出端相连，其19、23、7、6、5引脚分别与STC11F32XE单片 机的P3. 3、P1. 7、P3. 2、P1. 5、P1. 6引脚相连，其1脚通过晶振Y1与其24脚相连，其13脚 接地，其11、12脚并联后通过电容C53接地，其14引脚分别与电阻R48、电容C55的一端相 连，电阻R48的另一端接+5V直流电，电容C55的另一端接地。
[0010] 所述显示模块包括驱动电路及数码管，所述驱动电路采用驱动芯片TM1620,其2、 3、4、5、6、7、8、9引脚分别与数码管的A、B、C、D、E、F、G、DP引脚相连，其17、16、14、13引脚 分别与数码管的位选引脚D1、D2、D3、D4相连，其20、19、18引脚分别与STC11F32XE单片机 的卩1.2、卩1.3、卩1.4引脚相连。
[0011] 所述无线通信模块包括无线通信芯片IC1，无线通信芯片IC1采用RN630芯片，其 1脚接地，其1、2脚之间接陶瓷电容C3,其3、4脚分别与STC11F32XE单片机的P3. 0、P3. 1 弓丨脚相连，其6、7、9脚悬空。
[0012] 由上述技术方案可知，本实用新型结构简单、安装方便，由于设置多个无线传感器 节点，系统不仅能检测闸门开度和荷重量的变化，还能同时监测闸门附近水位、流速和水温 的变化，使得控制系统能依据更多的水文信息对闸门进行调度控制，增强了控制的科学性 和可靠性；而且无线传输方式与传统有线方式相比，简化了现场布线难度，避免数据通信由 于信号线老化或损坏而中断，日常维护更加方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是本实用新型的网络拓扑图。
[0014] 图2是图1中无线传感器节点的电路框图。
[0015] 图3、4、5、6分别是图2中AD转换模块、显示模块的数码管、显示模块的驱动电路、 无线通信模块的电路原理图。
[0016] 图7是本实用新型的监控界面图。
【具体实施方式】
[0017] 一种基于无线传感器网络的闸门自动控制系统，包括布置在闸门附近的多个无线 传感器节点1，无线传感器节点1与启闭机控制仪表2之间无线通讯，启闭机控制仪表2的 输入输出端与主控计算机4的输入输出端相连。所述启闭机控制仪表2的输入输出端通过 串行总线3与主控计算机4的输入输出端相连，如图1所示。所述无线传感器节点1的个 数为8个；所述各无线传感器节点1与启闭机控制仪表2组成星形无线网络；所述启闭机控 制仪表2通过串行总线3与主控计算机4相连。本系统在工作时构建的无线网络为星形网 络拓扑结构，启闭机控制仪表2作为无线网络的中心节点，其它无线传感器节点1与启闭机 控制仪表2通信并上传采集的数据，启闭机控制仪表2对数据进行初步分析和处理，然后将 一部分数据再传输给主控室中的主控计算机4。
[0018] 如图2所示，所述无线传感器节点1包括用于采集水文信息的传感器，传感器的输 出端与信号调理模块的输入端相连，信号调理模块的输出端与AD转换模块5的输入端相 连，AD转换模块5的输出端与信号处理模块6的输入端相连，信号处理模块6的输出端分 别与显示模块7、无线通信模块8的输入端相连。所述传感器为水位传感器、流速传感器、温 度传感器、荷重传感器和开度传感器中的任意一种。传感器将检测到的物理量转换成电信 号，然后送入信号调理模块进行滤波、放大，再经AD转换模块5进行AD转换，转换后的数字 信号经信号处理模块6分析和处理，并打包成特定格式的数据帧，每隔一段时间将数据帧 发送至无线网络中心节点处的启闭机控制仪表2,发送数据的间隔时间可以设置，如果间隔 时间长，相应的电池使用寿命就长，反之电池使用寿命则短。
[0019] 如图3所示，所述信号处理模块6包括STC11F32XE单片机，所述AD转换模块5采 用CS5550芯片，其15、16引脚与信号调理模块的输出端相连，其19、23、7、6、5引脚分别与 STC11F32XE单片机的P3. 3、P1. 7、P3. 2、P1. 5、P1. 6引脚相连，其1脚通过晶振Y1与其24 脚相连，其13脚接地，其11、12脚并联后通过电容C53接地，其14引脚分别与电阻R48、电 容C55的一端相连，电阻R48的另一端接+5V直流电，电容C55的另一端接地。为了保证检 测精度，系统采用了 24位高精度AD转换器CS5550芯片，AD转换的参考电压采用芯片内部 自带的2. 5V基准电压，因此将CS5550芯片的VFOUT引脚连接到VFIN引脚，并通过陶瓷电容 C53接地，减小噪声信号对基准电压的干扰。传感器的输出信号为mV级的差分电压信号，从 CS5550芯片的AIN1+和AIN1-引脚输入。CS5550芯片工作所需要的电源由系统中的5V模拟 电源和5V数字电源共同提供，其中5V模拟电源接VA+引脚，5V数字电源接VDD引脚。CS5550 芯片的片选引脚为
【权利要求】
1. 一种基于无线传感器网络的闸门自动控制系统，其特征在于：包括布置在闸门附近 的多个无线传感器节点（1)，无线传感器节点（1)与启闭机控制仪表（2)之间无线通讯，启 闭机控制仪表（2)的输入输出端与主控计算机（4)的输入输出端相连。
2. 根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的闸门自动控制系统，其特征在于：所 述无线传感器节点（1)的个数为8个；所述各无线传感器节点（1)与启闭机控制仪表（2)组 成星形无线网络；所述启闭机控制仪表（2)通过串行总线（3)与主控计算机（4)相连。
3. 根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的闸门自动控制系统，其特征在于：所 述无线传感器节点（1)包括用于采集水文信息的传感器，传感器的输出端与信号调理模块 的输入端相连，信号调理模块的输出端与AD转换模块（5)的输入端相连，AD转换模块（5) 的输出端与信号处理模块（6)的输入端相连，信号处理模块（6)的输出端分别与显不模块 (7)、无线通信模块（8)的输入端相连。
4. 根据权利要求2所述的基于无线传感器网络的闸门自动控制系统，其特征在于：所 述启闭机控制仪表（2)通过RS232通信模块与主控计算机（4)相连。
5. 根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的闸门自动控制系统，其特征在于：所 述传感器为水位传感器、流速传感器、温度传感器、荷重传感器和开度传感器中的任意一 种。
6. 根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的闸门自动控制系统，其特征在于：所 述信号处理模块（6)包括STC11F32XE单片机，所述AD转换模块（5)采用CS5550芯片，其 15、16引脚与信号调理模块的输出端相连，其19、23、7、6、5引脚分别与STC11F32XE单片机 的P3. 3、P1. 7、P3. 2、P1. 5、P1. 6引脚相连，其1脚通过晶振Y1与其24脚相连，其13脚接 地，其11、12脚并联后通过电容C53接地，其14引脚分别与电阻R48、电容C55的一端相连， 电阻R48的另一端接+5V直流电，电容C55的另一端接地。
7. 根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的闸门自动控制系统，其特征在于：所 述显示模块（7)包括驱动电路及数码管，所述驱动电路采用驱动芯片TM1620,其2、3、4、5、 6、7、8、9引脚分别与数码管的A、B、C、D、E、F、G、DP引脚相连，其17、16、14、13引脚分别与数 码管的位选引脚D1、D2、D3、D4相连，其20、19、18引脚分别与STC11F32XE单片机的P1.2、 PI. 3、P1. 4引脚相连。
8. 根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的闸门自动控制系统，其特征在于：所 述无线通信模块（8)包括无线通信芯片IC1，无线通信芯片IC1采用RN630芯片，其1脚接 地，其1、2脚之间接陶瓷电容C3,其3、4脚分别与STC11F32XE单片机的P3. 0、P3. 1引脚相 连，其6、7、9脚悬空。
【文档编号】G05B19/418GK204065791SQ201420299014
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】罗少轩, 乔爱民, 李媛媛, 张新庭, 杨仁好 申请人:蚌埠学院