专利名称：一种基于无线传感器网络的饮用水安全监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于嵌入式系统和物联网技术领域，具体涉及一种基于无线传感器网络的饮用水安全监测装置。
背景技术：
水环境由地表水环境与地下水环境组成，包括河流、湖泊、水库、海洋、沼泽、冰川、湿地、浅层和深层地下水等。饮用水环境的安全直接关系到人们日常生活的有序进行。随着我国经济的快速发展，水环境污染日益加剧，因此，对于饮用水环境的监测是必不可少的环节。由于我国幅员辽阔，饮用水环境监测网点分散，仅依靠现有的监测站和传统监测技术不能满足实时、全面地监测饮用水环境的要求。现有的国内外饮用水环境监测方法主要分为四种:I)采用人工采样、实验室分析的方式。该方法的不足之处在于无法远程实时监测，耗费人力物力较大。2)采用由监控中心和若干个监测子站组成的水环境自动监测系统对水环境参数自动连续监测。该方法有预先铺设电缆和建立多个监测子站的施工要求，存在易对水体的生态环境造成破坏、监测水域范围有限、系统投资成本高等缺点。3)采用遥感技术进行水环境监测。该方法的缺点是实时性较差，成本高，技术难度大，对数据源要求高，较难做到同步监测。4)采用水生物监测水质技术。该方法精度较低、可靠性差，只能定性地反映水质变化情况，无法确定水质 变化程度。
发明内容本实用新型是针对上述四种饮用水环境监测方法的不足而提出的一种基于无线传感器网络的饮用水安全监测装置。本实用新型的技术方案:处理器模块通过控制模拟开关，选择为ZigBee模块、GPS模块、传感器模块提供电源，从而控制ZigBee模块、GPS模块、传感器模块的工作状态。传感器模块将采集到的数据发送到控制器，控制器根据需要将数据存储在外部存储设备或通过ZigBee模块将数据发送到其他设备节点或者基站，同时控制器通过ZigBee模块接收来自基站的命令，控制器通过GPS模块来定位设备的位置信息，并通过ZigBee模块将数据发送到基站。本实用新型可检测的参数涵盖了地表水环境质量标准GB3838-2002中规定的基本参数(pH值、水温、溶解氧、电解电导率、浊度、盐度)和重金属参数(铜、锌、镉、铬、砷、萊、铅等)。对于水环境基本参数的检测，本实用新型中的传感器模块选择M45453多参数水质监测传感器，该传感器可同时测量多种基本水质参数，包括PH值、水温、溶解氧、电解电导率、浊度、盐度等，其特点是传感器本身能自动进行校准，从而得到可靠的水质参数，同时可直接挂接设备后潜入水中直测，具有数据保护功能。该传感器可通过RS232与设备通讯。对于重金属参数的检测，本实用新型的传感器模块选择采用智能数字化传感器模块，该模块采用RS-232接口输出，能够完成外部命令校准，自动温度补偿等功能。但此传感器模块功能单一，只能检测单一的重金属参数，所以需通过现实需求更换相应的重金属智能数字化传感器模块型号。在本实用新型中还设计了 ΙΛ转换电路，以备扩展，该电路可以将标准4-20mA电流信号转换为电压信号，并通过处理器内部集成的AD转换器转换成数字信号。基于无线传感器网络的饮用水安全监测系统由水环境监测中心和传感器网络子区域两部分组成。系统将监测水域划分为若干个子区域，在子区域中构建基于ZigBee无线技术的传感器网络。每个子区域配置一个带ZigBee网关和GPRS传输通道的数据基站，对分布在子区域中的ZigBee网络的多个传感器设备节点进行数据采集和状态监测，并通过GPRS无线网络将子区域的实时数据传送至监测中心，供监测中心调用。同时，数据基站接受来自监测中心的命令，监控各个现场设备节点。本实用新型为监测设备节点部分，不包括基站和监测中心。本实用新型一种基于无线传感器网络的饮用水安全监测装置包括电源管理模块、通讯模块、外部存储模块、信号采集模块以及控制器模块。其中，电源管理模块包括以LM2596S为核心的5V电压转换电路和以LMl 117-3.3为核心的3.3V电压转换电路，通讯模块包括RS232接口、JTAG接口、GPS模块接口和ZigBee模块接口，以LM2596S为核心的5V电压转换电路为通讯模块中的GPS模块接口、信号采集模块和以LMl 117-3.3为核心的3.3V电压转换电路提供5V电压；以LM1117-3.3为核心的3.3V电压转换电路为控制器模块、夕卜部存储模块、通讯模块中的JTAG接口、RS232接口和ZigBee模块接口提供3.3V电压。控制器通过模拟开关控制ZigBee模块接口和GPS模块接口的电源，信号采集模块自动采集饮用水环境的参数，并将数据发送到控制器模块，控制器将数据存储在外部存储模块或通过ZigBee模块接口将数据发送，同时控制器接受来自ZigBee模块接口的命令。控制器通过GPS模块接口来进行定位。
5V电压转换电路包括电源管理芯片U1LM2596S、第一极性电容Cl、第二极性电容C2、第一电感LI和稳压二极管Dl，第一极性电容Cl的正极与电源管理芯片Ul LM2596S的I引脚和12V电源连接，第一极性电容Cl的负极、电源管理芯片U1LM2596S的3引脚、电源管理芯片U1LM2596S的5引脚、稳压二极管Dl的阳极和第二极性电容C2的负极接地，电源管理芯片U1LM2596S的4引脚、第一电感LI的一端、第二极性电容C2的正极与电压输出端VDD5.0连接。电源管理芯片U1LM2596S的2引脚、第一电感LI的另一端和稳压二极管Dl的阴极相连。3.3V电压转换电路包括第一滤波电容C4、第三极性电容C3、电源管理芯片LM1117、第四极性电容C5、第二滤波电容C6和发光二极管DSl,第一滤波电容C4的一端与VDD5.0电压输出端、第三极性电容C3的正极和电源管理芯片LMl117的3引脚连接，第一滤波电容C4的另一端和第三极性电容C3的负极、电源管理芯片LM1117的I引脚、第四极性电容C5的负极、第二滤波电容C6的一端和发光二极管DSl的阴极连接并接地，电源管理芯片LM1117的2引脚与第四极性电容C5的正极、第二滤波电容C6的另一端、发光二极管DSl的阳极连接并接VDD3.3电压输出端。5V和3.3V模拟开关电路包括第一模拟开关U5、第二开关二极管D2、第三开关二极管D3、第四开关二极管D4、第五开关二极管D5。第一模拟开关U5的7引脚和第一模拟开关U5的8引脚连接并接地；第一模拟开关U5的16引脚与VDD5.0电压输出端连接；第一模拟开关U5的3引脚与VDD5.0电压输出端连接；第一模拟开关U5的13引脚与VDD3.3电压输出端连接；第一模拟开关U5的9引脚与处理器LPC2368的P1_0引脚相连；第一模拟开关U5的10引脚与处理器LPC2368的Pl_l引脚相连；第一模拟开关U5的6引脚与处理器LPC2368的Pl_4引脚相连；第一模拟开关U5的2引脚与第二开关二极管D2的阳极相连；第一模拟开关U5的5引脚与第三开关二极管D3的阳极相连；第一模拟开关U5的14引脚与第四开关二极管D4的阳极相连；第一模拟开关U5的12引脚与第五开关二极管D3的阳极相连；第二开关二极管D2的阴极和第三开关二极管D3的阴极连接并与V-GPS相连；第四开关二极管D4的阴极和第五开关二极管D5的阴极连接并与V-ZB相连。5V模拟开关电路包括第二模拟开关U7、第六开关二极管D6、第七开关二极管D7、第八开关二极管D8和第九开关二极管D9。第二模拟开关U7的7引脚和第二模拟开关U7的8引脚连接并接地；第二模拟开关U7的16引脚与VDD5.0电压输出端连接；第二模拟开关U7的3引脚与VDD5.0电压输出端连接；第二模拟开关U7的13引脚与VDD5.0电压输出端连接；第二模拟开关U7的9引脚与处理器LPC2368的Pl_10引脚相连；第二模拟开关U7的10引脚与处理器LPC2368的Pl_9引脚相连；第二模拟开关U7的6引脚与处理器LPC2368的Pl_8引脚相连；第二模拟开关U7的2引脚与第六开关二极管D6的阳极相连；第二模拟开关U7的5引脚与第七开关二极管D7的阳极相连；第二模拟开关U7的14引脚与第八开关二极管D8的阳极相连；第二模拟开关U7的12引脚与第九开关二极管D9的阳极相连；第六开关二极管D6的阴极和第七开关二极管D7的阴极连接并与VDD5-2相连；第八开关二极管D8的阴极和第九开关二极管D9的阴极连接并与VDD5-1相连。通信模块包括JTAG接口电路、串口通信电平转换电路和接插件；所述的JTAG接口电路包括第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第六电阻R6，第七电阻R7和JTAG接口 C0N1，JTAG接口 CONl中的I引脚、2引脚、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端、第五电阻 R5的一端、第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端与VDD3.3相连JTAG接口 CONl中的4引脚与第七电阻R7的一端相连；JTAG接口 CONl中的3引脚、第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端与处理器LPC2368的nTRST引脚相连；JTAG接口 CONl中的5引脚、第五电阻R5的另一端与处理器LPC2368的TDI引脚相连JTAG接口 CONl中的7引脚、第四电阻R4的另一端与处理器LPC2368的TMS引脚相连JTAG接口CONl中的9引脚、第三电阻R3的另一端与处理器LPC2368的TCK引脚相连JTAG接口 CONl中的6引脚与处理器LPC2368的TDO引脚相连JTAG接口 CONl中的8引脚与JTAG中的10引脚相连并接地。串口通信电平转换电路包括第四滤波电容C8，第五滤波电容C9，第六滤波电容C10，第七滤波电容Cll和串口通信电平接口转换芯片U3 MAX3232 ;串口通信电平接口转换芯片U3 MAX3232的16引脚与VDD3.3相连；U3 MAX3232的I引脚与第四滤波电容C8的一端相连；U3 MAX3232的3引脚与第四滤波电容C8的另一端相连；U3 MAX3232的4引脚与第七滤波电容Cll的一端相连；U3 MAX3232的5引脚与第七滤波电容Cll的另一端相连；U3MAX3232的11引脚与处理器LPC2368的P0_2引脚相连；U3 MAX3232的12引脚与处理器LPC2368的P0_3引脚相连；U3 MAX3232的10引脚与处理器LPC2368的P0_10引脚相连；U3MAX3232的9引脚与处理器LPC2368的P0_11引脚相连；U3 MAX3232的2引脚与第六滤波电容ClO的一端相连；U3 MAX3232的6引脚与第五滤波电容C9的一端相连；U3 MAX3232的15引脚与第五滤波电容C9的另一端、第六滤波电容ClO的另一端相连并接地；U3 MAX3232的14引脚与串口 COMl的2引脚相连；U3 MAX3232的13引脚与串口 COMl的3引脚相连；U3 MAX3232的7引脚与串口 COM2的2引脚相连；U3 MAX3232的8引脚与串口 COM2的3弓I脚相连。串口 COMl的5引脚接地，串口 COM2的5引脚接地，串口 COMl和串口 COM2的其余引脚均架空。GPlE电平接口所述的接插件电路包括GPS接口 Jl和ZigBee接口 JPl，GPS接口Jl的I引脚接地，GPS接口 Jl的2引脚与处理器LPC2368的P4_28引脚相连；GPS接口 Jl的3引脚与处理器LPC2368的P4_29引脚相连；GPS接口 Jl的4引脚与V-GPS相连，GPS接口 Jl的5脚、6脚架空。ZigBee接口 JPl的13引脚与V-ZB相连；ZigBee接口 JPl的15引脚与V-ZB相连;ZigBee接口 JPl的17引脚与V-ZB相连;ZigBee接口 JPl的21引脚、23引脚、25引脚、27引脚相连并接地;ZigBee接口 JPl的18引脚与处理器LPC2368的P2_0引脚相连；ZigBee接口 JPl的20引脚与处理器LPC2368的P2_l引脚相连，ZigBee接口 JPl的其余引脚架空。外部存储模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、32Mb存储器SST25VF032 U4和第三滤波电容C7，32Mb存储器SST25VF032 U4的I引脚与处理器LPC2368的P0_16引脚相连，32Mb存储器SST25VF032 U4的2引脚与处理器LPC2368的P0_17引脚相连，32Mb存储器SST25VF032 U4的5引脚与处理器LPC2368的P0_18引脚相连，32Mb存储器SST25VF032 U4的6引脚与处理器LPC2368的P0_15引脚相连，32Mb存储器SST25VF032 U4的3引脚、处理器LPC2368的P0_25引脚和第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端接VDD3.3 ；32Mb存储器SST25VF032 U4的4引脚接地，32Mb存储器SST25VF032 U4的8引脚、第一电阻Rl的一端和第三滤波电容C7的一端接VDD3.3，第三滤波电容C7的另一端接地，32Mb存储器SST25VF032 U4的7引脚与第一电阻Rl另一端连接。
信号采集模块包括传感器接口 P1、运算放大器U6A LM324、第八电阻R8、第九电阻R9、第八滤波电容C12。传感器接口 Pl的3引脚接VDD5-1 ;传感器接口 Pl的I引脚接地；传感器接口 Pl的2引脚、第九电阻R9的一端与第八电阻R8的一端相连；第八电阻R8的另一端、第八滤波电容C12的一端与运算放大器U6ALM324的3引脚相连；第九电阻R9另一端与第八滤波电容C12的另一端相连并接地；运算放大器U6ALM324的2引脚与运算放大器U6ALM324的I引脚相连并与处理器LPC2368的Pl_31引脚相连；运算放大器U6ALM324的4引脚电源VDD5.0 ;运算放大器U6ALM324的11引脚接地。控制器模块为微处理器LPC2368，LPC2368的12引脚、10引脚、84引脚、42引脚、13引脚、96引脚、71引脚、54引脚、28引脚接VDD3.3 ；11引脚、83引脚、97引脚、72引脚、55引脚、41引脚、31引脚、15引脚接地，除了文中提及的引脚以外的引脚皆架空。本实用新型的有益效果:I系统成本低:相对于现有的水环境自动监测系统和人工采样实验室分析方法，设备和人工的费用大大降低。2监测网络部署便捷，对水体生态环境影响小:无需进行铺设电缆和建立监测子站的施工，将对水体生态环境的影响小。3多水质参数采集，监测精度高:每个设备可集成不同的传感器感知多种水质参数，根据监测需求的不同，可以增加和更换不同的传感器，以满足不同的监测需要。4监测网络可靠性高，适应性强:无线传感器网络采用无线传输，当某个设备节点出现故障后，无线传感器网络能重新自动组网，不会因为个别设备节点的故障而影响整个网络的工作，提高了监测系统的可靠性。
:图1为本实用新型的监测系统总体架构图；图2为本实用新型的硬件结构示意图；图3为本实用新型的5V电压转换电路原理图；图4为本实用新型的3.3V电压转换电路原理图；图5 Ca)为本实用新型的5V和3.3V模拟开关电路原理图；图5 (b)为本实用新型的5V |旲拟开关电路原理图；图6 (a)为通讯模块电路中的JTAG接口电路原理图；图6 (b)为通讯模块电路中的串口通信电平转换电路原理图；图6 (C)为通讯模块电路中的接插件原理图；图7为本实用新型的外部存储模块电路原理图；图8为本实用新型的·信号采集模块电路原理图；图9为本实用新型的控制器模块原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型中各个模块做具体的说明。如图1所示，整个监测系统由水环境监测中心和传感器网络子区域两部分组成。系统将监测水域划分为若干个子区域，在子区域中构建基于ZigBee无线技术的传感器网络。每个子区域配置一个带ZigBee网关和GPRS传输通道的数据基站，对分布在子区域中的ZigBee网络的多个传感器设备节点进行数据采集和状态监测，并通过GPRS无线网络将子区域的实时数据传送至监测中心，供监测中心调用。同时，数据基站接受来自监测中心的命令，监控各个现场设备节点。本实用新型为监测设备节点部分，不包括基站和监测中心。如图2所示，本实用新型包括电源管理模块1、通讯模块2、外部存储模块3、信号采集模块4以及控制器模块5。各模块均采用现有成熟技术，其中，电源管理模块I包括以LM2596S为核心的5V电压转换电路1_2和以LMl 117-3.3为核心的3.3V电压转换电路1_1，通讯模块2包括RS232接口 2-1、JTAG接口 2_2、GPS模块接口 2_3和ZigBee模块接口 2_4，以LM2596S为核心的5V电压转换电路1_2为通讯模块2中的GPS模块接口 2_3、信号采集模块4和以LMl117-3.3为核心的3.3V电压转换电路1_1提供5V电压；以LMl117-3.3为核心的3.3V电压转换电路1-1为控制器模块5、外部存储模块3、通讯模块2中的JTAG接口2-2、RS232接口 2-1和ZigBee模块接口 2_4提供3.3V电压。控制器5通过模拟开关控制ZigBee模块接口 2-4和GPS模块接口 2_3的电源，信号采集模块4自动采集饮用水环境的参数，并将数据发送到控制器模块5，控制器5将数据存储在外部存储模块3或通过ZigBee模块接口 2-4将数据发送，同时控制器5接受来自ZigBee模块接口 2_4的命令。控制器5通过GPS模块接口 2-3来进行定位。如图3所示，5V电压转换电路包括电源管理芯片U1LM2596S、第一极性电容Cl、第二极性电容C2、第一电感LI和稳压二极管Dl，第一极性电容Cl的正极与电源管理芯片UlLM2596S的I引脚和12V电源连接，第一极性电容Cl的负极、电源管理芯片U1LM2596S的3引脚、电源管理芯片U1LM2596S的5引脚、稳压二极管Dl的阳极和第二极性电容C2的负极接地，电源管理芯片U1LM2596S的4引脚、第一电感LI的一端、第二极性电容C2的正极与电压输出端VDD5.0连接。电源管理芯片U1LM2596S的2引脚、第一电感LI的另一端和稳压二极管Dl的阴极相连。如图4所示，3.3V电压转换电路包括第一滤波电容C4、第三极性电容C3、电源管理芯片LM1117、第四极性电容C5、第二滤波电容C6和发光二极管DSl,第一滤波电容C4的一端与VDD5.0电压输出端、第三极性电容C3的正极和电源管理芯片LM1117的3引脚连接，第一滤波电容C4的另一端和第三极性电容C3的负极、电源管理芯片LM1117的I引脚、第四极性电容C5的负极、第二滤波电容C6的一端和发光二极管DSl的阴极连接并接地，电源管理芯片LM1117的2引脚与第四极性电容C5的正极、第二滤波电容C6的另一端、发光二极管DSl的阳极连接并接VDD3.3电压输出端。如图5 (a)所示，5V和3.3V模拟开关电路包括第一模拟开关U5、第二开关二极管D2、第三开关二极管D3、第四开关二极管D4、第五开关二极管D5。第一模拟开关U5的7引脚和第一模拟开关U5的8引脚连接并接地；第一模拟开关U5的16引脚与VDD5.0电压输出端连接；第一模拟开关U5的3引脚与VDD5.0电压输出端连接；第一模拟开关U5的13引脚与VDD3.3电压输出端连接；第一模拟开关U5的9引脚与处理器LPC2368的P1_0引脚相连；第一模拟开关U5的10引脚与处理器LPC2368的Pl_l引脚相连；第一模拟开关U5的6引脚与处理器LPC2368的Pl_4引脚相连；第一模拟开关U5的2引脚与第二开关二极管D2的阳极相连；第一模拟开关U5的5引脚与第三开关二极管D3的阳极相连；第一模拟开关U5的14引脚与第四开关二极管D4的阳极相连；第一模拟开关U5的12引脚与第五开关二极管D3的阳极相连；第二开关二极管D2的阴极和第三开关二极管D3的阴极连接并与V-GPS相连；第四开关 二极管D4的阴极和第五开关二极管D5的阴极连接并与V-ZB相连。如图5 (b)所示，5V模拟开关电路包括第二模拟开关U7、第六开关二极管D6、第七开关二极管D7、第八开关二极管D8和第九开关二极管D9。第二模拟开关U7的7引脚和第二模拟开关U7的8引脚连接并接地；第二模拟开关U7的16引脚与VDD5.0电压输出端连接；第二模拟开关U7的3引脚与VDD5.0电压输出端连接；第二模拟开关U7的13引脚与VDD5.0电压输出端连接；第二模拟开关U7的9引脚与处理器LPC2368的Pl_10引脚相连；第二模拟开关U7的10引脚与处理器LPC2368的Pl_9引脚相连；第二模拟开关U7的6引脚与处理器LPC2368的Pl_8引脚相连；第二模拟开关U7的2引脚与第六开关二极管D6的阳极相连；第二模拟开关U7的5引脚与第七开关二极管D7的阳极相连；第二模拟开关U7的14引脚与第八开关二极管D8的阳极相连；第二模拟开关U7的12引脚与第九开关二极管D9的阳极相连；第六开关二极管D6的阴极和第七开关二极管D7的阴极连接并与VDD5-2相连；第八开关二极管D8的阴极和第九开关二极管D9的阴极连接并与VDD5-1相连。通信模块包括JTAG接口电路、串口通信电平转换电路和接插件。如图6 (a)所示，所述的JTAG接口电路包括第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第六电阻R6，第七电阻R7和JTAG接口 C0N1，JTAG接口 CONl中的I引脚、2弓丨脚、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端与VDD3.3相连JTAG接口 CONl中的4引脚与第七电阻R7的一端相连JTAG接口CONl中的3引脚、第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端与处理器LPC2368的nTRST引脚相连；JTAG接口 CONl中的5引脚、第五电阻R5的另一端与处理器LPC2368的TDI引脚相连JTAG接口 CONl中的7引脚、第四电阻R4的另一端与处理器LPC2368的TMS引脚相连JTAG接口 CONl中的9引脚、第三电阻R3的另一端与处理器LPC2368的TCK引脚相连JTAG接口 CONl中的6引脚与处理器LPC2368的TDO引脚相连JTAG接口 CONl中的8引脚与JTAG中的10引脚相连并接地。如图6 (b)所示，串口通信电平转换电路包括第四滤波电容C8，第五滤波电容C9，第六滤波电容C10，第七滤波电容Cl I和串口通信电平接口转换芯片U3 MAX3232 ；串口通信电平接口转换芯片U3 MAX3232的16引脚与VDD3.3相连；U3 MAX3232的I引脚与第四滤波电容C8的一端相连；U3 MAX3232的3引脚与第四滤波电容C8的另一端相连；U3 MAX3232的4引脚与第七滤波电容Cll的一端相连；U3 MAX3232的5引脚与第七滤波电容Cll的另一端相连；U3 MAX3232的11引脚与处理器LPC2368的P0_2引脚相连；U3 MAX3232的12引脚与处理器LPC2368的P0_3引脚相连；U3 MAX3232的10引脚与处理器LPC2368的P0_10引脚相连；U3 MAX3232的9引脚与处理器LPC2368的P0_11引脚相连；U3 MAX3232的2弓丨脚与第六滤波电容ClO的一端相连；U3 MAX3232的6引脚与第五滤波电容C9的一端相连；U3 MAX3232的15引脚与第五滤波电容C9的另一端、第六滤波电容ClO的另一端相连并接地；U3 MAX3232的14引脚与串口 COMl的2引脚相连；U3 MAX3232的13引脚与串口 COMl的3引脚相连；U3 MAX3232的7引脚与串口 COM2的2引脚相连；U3 MAX3232的8引脚与串口 COM2的3引脚相连。串口 COMl的5引脚接地，串口 COM2的5引脚接地，串口 COMl和串口 COM2的其余引脚均架空。如图6 (C)所示，GPlE电平接口所述的接插件电路包括GPS接口 Jl和ZigBee接口 JPl，GPS接口 Jl的I引脚接地，GPS接口 Jl的2引脚与处理器LPC2368的P4_28引脚相连；GPS接口 Jl的3引脚与处理器LPC2368的P4_29引脚相连；GPS接口 Jl的4引脚与V-GPS相连，GPS接口 Jl的5脚、6脚架空。ZigBee接口 JPl的13引脚与V-ZB相连;ZigBee接口 JPl的15引脚与V-ZB相连；ZigBee接口 JPl的17引脚与V-ZB相连；ZigBee接口 JPl的21引脚、23引脚、25引脚、27引脚相连并接地；ZigBee接口 JPl的18引脚与处理器LPC2368的P2_0引脚相连;ZigBee接口 JPl的20引脚与处理器LPC2368的P2_l引脚相连，ZigBee接口 JPl的其余引脚架空。如图7所示，外部存储模块包括第一电阻Rl、第二电阻R2、32Mb存储器SST25VF032U4和第三滤波电容C7，32Mb存储器SST25VF032 U4的I引脚与处理器LPC2368的P0_16引脚相连，32Mb存储器SST25VF032 U4的2引脚与处理器LPC2368的P0_17引脚相连，32Mb存储器SST25VF032 U4的5引脚与处理器LPC2368的P0_18弓丨脚相连，32Mb存储器SST25VF032U4的6引脚与处理器LPC2368的P0_15引脚相连，32Mb存储器SST25VF032 U4的3引脚、处理器LPC2368的P0_25引脚和第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端接VDD3.3 ；32Mb存储器SST25VF032 U4的4引脚接地，32Mb存储器SST25VF032 U4的8引脚、第一电阻Rl的一端和第三滤波电容C7的一端接VDD3.3，第三滤波电容C7的另一端接地，32Mb存储器SST25VF032 U4的7引脚与第一电阻Rl另一端连接。如图8所示，信 号采集模块包括传感器接口 P1、运算放大器U6A LM324、第八电阻R8、第九电阻R9、第八滤波电容C12。传感器接口 Pl的3引脚接VDD5-1 ;传感器接口 Pl的I引脚接地；传感器接口 Pl的2引脚、第九电阻R9的一端与第八电阻R8的一端相连；第八电阻R8的另一端、第八滤波电容C12的一端与运算放大器U6ALM324的3引脚相连；第九电阻R9另一端与第八滤波电容C12的另一端相连并接地；运算放大器U6ALM324的2引脚与运算放大器U6ALM324的I引脚相连并与处理器LPC2368的Pl_31引脚相连；运算放大器U6ALM324的4引脚电源VDD5.0 ;运算放大器U6ALM324的11引脚接地。如图9所示，控制器模块为微处理器LPC2368，LPC2368的12引脚、10引脚、84引脚、42引脚、13引脚、96引脚、71引脚、54引脚、28引脚接VDD3.3 ；11引脚、83引脚、97引脚、72引脚、55引脚、41引脚、31引脚、15引脚接地，除了文中提及的引脚以外的引脚皆架空。饮用水安全监测设备的工作过程如下:处理器模块控制模拟开关，选择是否为ZigBee模块、GPS模块、传感器模块提供电源，从而控制ZigBee模块、GPS模块、传感器模块的工作状态。传感器模块将采集到的数据发送到控制器，控制器根据需要将数据存储在外部存储设备或通过ZigBee模块将数据发送到其他设备节点或者基站，同时控制器通过ZigBee模块接收来自基站的命令，控制器通过GPS模块来定位设备的位置信息，并通过ZigBee模块将数据发送到基站。`
权利要求1.一种基于无线传感器网络的饮用水安全监测装置，包括电源管理模块、通讯模块、外部存储模块、信号采集模块以及控制器模块；其特征在于:电源管理模块包括以LM2596S为核心的5V电压转换电路和以LM1117-3.3为核心的3.3V电压转换电路，通讯模块包括RS232接口、JTAG接口、GPS模块接口和ZigBee模块接口，以LM2596S为核心的5V电压转换电路为通讯模块中的GPS模块接口、信号采集模块和以LM1117-3.3为核心的3.3V电压转换电路提供5V电压；以LM1117-3.3为核心的3.3V电压转换电路为控制器模块、外部存储模块、通讯模块中的JTAG接口、RS232接口和ZigBee模块接口提供3.3V电压；控制器通过模拟开关控制ZigBee模块接口和GPS模块接口的电源，信号采集模块自动采集饮用水环境的参数，并将数据发送到控制器模块，控制器将数据存储在外部存储模块或通过ZigBee模块接口将数据发送，同时控制器接受来自ZigBee模块接口的命令；控制器通过GPS模块接口来进行定位； 5V电压转换电路包括电源管理芯片U1LM2596S、第一极性电容Cl、第二极性电容C2、第一电感LI和稳压二极管Dl，第一极性电容Cl的正极与电源管理芯片Ul LM2596S的I引脚和12V电源连接，第一极性电容Cl的负极、电源管理芯片U1LM2596S的3引脚、电源管理芯片U1LM2596S的5引脚、稳压二极管Dl的阳极和第二极性电容C2的负极接地，电源管理芯片U1LM2596S的4引脚、第一电感LI的一端、第二极性电容C2的正极与电压输出端VDD5.0连接；电源管理芯片U1LM2596S的2引脚、第一电感LI的另一端和稳压二极管Dl的阴极相连； .3.3V电压转换电路包括第一滤波电容C4、第三极性电容C3、电源管理芯片LMl 117、第四极性电容C5、 第二滤波电容C6和发光二极管DSl,第一滤波电容C4的一端与VDD5.0电压输出端、第三极性电容C3的正极和电源管理芯片LMl 117的3引脚连接，第一滤波电容C4的另一端和第三极 性电容C3的负极、电源管理芯片LM1117的I引脚、第四极性电容C5的负极、第二滤波电容C6的一端和发光二极管DSl的阴极连接并接地，电源管理芯片LM1117的2引脚与第四极性电容C5的正极、第二滤波电容C6的另一端、发光二极管DSl的阳极连接并接VDD3.3电压输出端； 5V和3.3V模拟开关电路包括第一模拟开关U5、第二开关二极管D2、第三开关二极管D3、第四开关二极管D4、第五开关二极管D5 ;第一模拟开关U5的7引脚和第一模拟开关U5的8引脚连接并接地；第一模拟开关U5的16引脚与VDD5.0电压输出端连接；第一模拟开关U5的3引脚与VDD5.0电压输出端连接；第一模拟开关U5的13引脚与VDD3.3电压输出端连接；第一模拟开关U5的9引脚与处理器LPC2368的P1_0引脚相连；第一模拟开关U5的10引脚与处理器LPC2368的Pl_l引脚相连；第一模拟开关U5的6引脚与处理器LPC2368的Pl_4引脚相连；第一模拟开关U5的2引脚与第二开关二极管D2的阳极相连；第一模拟开关U5的5引脚与第三开关二极管D3的阳极相连；第一模拟开关U5的14引脚与第四开关二极管D4的阳极相连；第一模拟开关U5的12引脚与第五开关二极管D3的阳极相连；第二开关二极管D2的阴极和第三开关二极管D3的阴极连接并与V-GPS相连；第四开关二极管D4的阴极和第五开关二极管D5的阴极连接并与V-ZB相连； 5V模拟开关电路包括第二模拟开关U7、第六开关二极管D6、第七开关二极管D7、第八开关二极管D8和第九开关二极管D9 ;第二模拟开关U7的7引脚和第二模拟开关U7的8引脚连接并接地；第二模拟开关U7的16引脚与VDD5.0电压输出端连接；第二模拟开关U7的3引脚与VDD5.0电压输出端连接；第二模拟开关U7的13引脚与VDD5.0电压输出端连接；第二模拟开关U7的9引脚与处理器LPC2368的Pl_10引脚相连；第二模拟开关U7的10引脚与处理器LPC2368的Pl_9引脚相连；第二模拟开关U7的6引脚与处理器LPC2368的Pl_8引脚相连；第二模拟开关U7的2引脚与第六开关二极管D6的阳极相连；第二模拟开关U7的5引脚与第七开关二极管D7的阳极相连；第二模拟开关U7的14引脚与第八开关二极管D8的阳极相连；第二模拟开关U7的12引脚与第九开关二极管D9的阳极相连；第六开关二极管D6的阴极和第七开关二极管D7的阴极连接并与VDD5-2相连；第八开关二极管D8的阴极和第九开关二极管D9的阴极连接并与VDD5-1相连； 通信模块包括JTAG接口电路、串口通信电平转换电路和接插件； 所述的JTAG接口电路包括第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第六电阻R6，第七电阻R7和JTAG接口 CON1，JTAG接口 CONl中的I引脚、2引脚、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端与VDD3.3相连；JTAG接口 CONl中的4引脚与第七电阻R7的一端相连；JTAG接口 CONl中的3引脚、第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端与处理器LPC2368的nTRST引脚相连；JTAG接口 CONl中的5引脚、第五电阻R5的另一端与处理器LPC2368的TDI引脚相连JTAG接口CONl中的7引脚、第四电阻R4的另一端与处理器LPC2368的TMS引脚相连JTAG接口 CONl中的9引脚、第三电阻R3的另一端与处理器LPC2368的TCK引脚相连JTAG接口 CONl中的6引脚与处理器LPC2368的TDO引脚相连JTAG接口 CONl中的8引脚与JTAG中的10引脚相连并接地； 串口通信电平转换电路包括第四滤波电容C8，第五滤波电容C9，第六滤波电容C10，第七滤波电容Cll和串口通信电平接口转换芯片U3 MAX3232 ;串口通信电平接口转换芯片U3MAX3232的16引脚与VDD3.3相连；U3 MAX3232的I引脚与第四滤波电容C8的一端相连；U3 MAX3232的3引脚与第四滤波电容C8的另一端相连；U3 MAX3232的4引脚与第七滤波电容Cll的一端相连；U3 MAX3232的5引脚与第七滤波电容Cll的另一端相连；U3 MAX3232的11引脚与处理器LPC2368的P0_2引脚相连；U3 MAX3232的12引脚与处理器LPC2368的P0_3引脚相连；U3 MAX3232的10引脚与处理器LPC2368的P0_10引脚相连；U3 MAX3232的9引脚与处理器LPC2368的P0_11引脚相 连；U3 MAX3232的2引脚与第六滤波电容ClO的一端相连；U3 MAX3232的6引脚与第五滤波电容C9的一端相连；U3 MAX3232的15引脚与第五滤波电容C9的另一端、第六滤波电容ClO的另一端相连并接地；U3 MAX3232的14引脚与串口 COMl的2引脚相连；U3 MAX3232的13引脚与串口 COMl的3引脚相连；U3 MAX3232的7引脚与串口 COM2的2引脚相连；U3 MAX3232的8引脚与串口 COM2的3引脚相连；串口COMl的5引脚接地，串口 COM2的5引脚接地，串口 COMl和串口 COM2的其余引脚均架空； GPlE电平接口所述的接插件电路包括GPS接口 Jl和ZigBee接口 JPl，GPS接口 Jl的I引脚接地，GPS接口 Jl的2引脚与处理器LPC2368的P4_28引脚相连；GPS接口 Jl的3引脚与处理器LPC2368的P4_29引脚相连；GPS接口 Jl的4引脚与V-GPS相连，GPS接口 Jl的5脚、6脚架空;ZigBee接口 JPl的13引脚与V-ZB相连；ZigBee接口 JPl的15引脚与V-ZB相连；ZigBee接口 JPl的17引脚与V-ZB相连;ZigBee接口 JPl的21引脚、23引脚、25引脚、27引脚相连并接地；ZigBee接口 JPl的18引脚与处理器LPC2368的P2_0引脚相连；ZigBee接口 JPl的20引脚与处理器LPC2368的P2_l引脚相连，ZigBee接口 JPl的其余引脚架空； 外部存储模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、32Mb存储器SST25VF032 U4和第三滤波电容C7，32Mb存储器SST25VF032 U4的I引脚与处理器LPC2368的P0_16引脚相连，32Mb存储器SST25VF032 U4的2引脚与处理器LPC2368的P0_17引脚相连，32Mb存储器SST25VF032 U4的5引脚与处理器LPC2368的P0_18引脚相连，32Mb存储器SST25VF032 U4的6引脚与处理器LPC2368的P0_15引脚相连，32Mb存储器SST25VF032 U4的3引脚、处理器LPC2368的P0_25引脚和第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端接VDD3.3 ；32Mb存储器SST25VF032 U4的4引脚接地，32Mb存储器SST25VF032 U4的8引脚、第一电阻Rl的一端和第三滤波电容C7的一端接VDD3.3，第三滤波电容C7的另一端接地，32Mb存储器SST25VF032 U4的7引脚与第一电阻Rl另一端连接； 信号采集模块包括传感器接口 P1、运算放大器U6A LM324、第八电阻R8、第九电阻R9、第八滤波电容C12 ;传感器接口 Pl的3引脚接VDD5-1 ;传感器接口 Pl的I引脚接地；传感器接口 Pl的2引脚、第九电阻R9的一端与第八电阻R8的一端相连；第八电阻R8的另一端、第八滤波电容C12的一端与运算放大器U6ALM324的3引脚相连；第九电阻R9另一端与第八滤波电容C12的另一端相连并接地；运算放大器U6ALM324的2引脚与运算放大器U6ALM324的I引脚相连并与处理器LPC2368的Pl_31引脚相连；运算放大器U6ALM324的4引脚电源VDD5.0 ;运算放大器U6ALM324的11引脚接地； 控制器模块为微处理器LPC2368，LPC2368的12引脚、10引脚、84引脚、42引脚、13引脚、96引脚、71引脚、54引脚、28引脚接VDD3.3 ；11引脚、83引脚、97引脚、72引脚、55引脚、41引脚、31引脚 、15引脚接地，除了文中提及的引脚以外的引脚皆架空。
专利摘要本实用新型公开了一种基于无线传感器网络的饮用水安全监测装置，现有技术的实时性较差，成本高，对数据源要求高，较难做到同步监测，本实用新型处理器模块控制模拟开关，选择为ZigBee模块、GPS模块、传感器模块提供电源，控制ZigBee模块、GPS模块、传感器模块的工作状态，传感器模块将采集到的数据发送到控制器，控制器将数据存储在外部存储设备或通过ZigBee模块将数据发送到其他设备节点或者基站，同时控制器通过ZigBee模块接收来自基站的命令，控制器通过GPS模块来定位设备的位置信息，并通过ZigBee模块将数据发送到基站。本实用新型系统成本低,监测精度高,监测网络可靠性高，适应性强。
文档编号G08C17/02GK203101371SQ20132010047
公开日2013年7月31日 申请日期2013年3月5日 优先权日2013年3月5日
发明者蒋鹏, 柴俊沙, 王英帅 申请人:杭州电子科技大学