一种用于水位监测的可唤醒无线传感器网络节点模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于水位监测的可唤醒无线传感器网络节点模块，括微控制器以及分别与之连接的水位监测单元、无线电路以及唤醒电路，还包括供电单元，所述供电单元包含直流电源和与之连接的电压转换器，直流电源经电压转换器为水位监测单元、微控制器、无线电路以及唤醒电路供电。本实用新型减少无线水位传感器网络节点之间的通信能耗，提高它们之间的通信效率，拓展了整个水位监测系统的生命周期。
【专利说明】一种用于水位监测的可唤醒无线传感器网络节点模块
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电子测控领域，特别涉及了一种用于水位监测的可唤醒无线传感器网络节点模块。
【背景技术】
[0002]在河流、水库的水情自动测报系统、防讯决策支持系统和闸门监控系统中，需要实时地测量并向信息中心上报水位、雨量等水情数据，以供信息中心收集和处理，为防洪防讯、防灾减灾提供准确的、科学的数据。
[0003]目前，水位数据的采集和降雨量数据的采集由测站设备一起完成，普遍使用水位/雨量站的方式，常用的有水位/雨量站和双水位/雨量站两种测站，采用有线方式将测站和水位传感器进行连接，一旦雨量监测电路出现故障，就会影响水位的测报。由于测站大多数远离办公区域，不方便用交流电供电，因此通常采用太阳能电池和可充电蓄电池供电。这种供电方法要求蓄电池的容量足够大、阳光照射的情况足够理想才行，如果遇到长时间阴雨天气，电池就可能无法提供足够电能给测站，水位传感器也无法获得足够电能进行正常的水位、雨量等水情数据的测量，从而增加了维护的工作量，提高了测量的成本。采用无线网络节点可以有效解决上述问题。
[0004]然而，现在的无线水位传感器网络节点采用复杂的MAC协议和精准、高成本的时间同步协议进行数据路由，实现2个相邻传感器节点或传感器节点与汇聚节点之间的数据通讯，这种方法的节点通讯能耗较大，使得数据传输的效率和可靠性有所降低，影响了整个网络的寿命。
实用新型内容
[0005]为了解决上述【背景技术】存在的问题，减少无线水位传感器网络节点之间的通信能耗，提高它们之间的通信效率，本实用新型旨在提供一种用于水位监测的可唤醒无线传感器网络节点模块。
[0006]为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案为:
[0007]—种用于水位监测的可唤醒无线传感器网络节点模块，包括微控制器以及分别与之连接的水位监测单元、无线电路以及唤醒电路，还包括供电单元，所述供电单元包含直流电源和与之连接的电压转换器，直流电源经电压转换器为水位监测单元、微控制器、无线电路以及唤醒电路供电。
[0008]其中，上述水位监测单元包含WFH-2X型水位传感器以及2个缓存器，WFH-2X型水位传感器分别经2个缓存器与微控制器连接。缓存器采用74HC20。
[0009]其中，上述微控制器采用MSP430F149单片机，无线电路包含依次连接的CC2420射频芯片、滤波电路和天线，CC2420射频芯片连接微处理器单元，唤醒电路采用AS3930芯片。
[0010]其中，上述MSP430F149 单片机的 Pl.3 端、P2.3 端、P2.4 端、P3.6 端、P3.7 端、P4.5端和P4.6端分别与AS3930芯片的WAKE端、CS端、SCL端、CL_DAT端、DAT端、SDI端和SDO端连接。MSP430F149 单片机的 P4.2 端、Pl.2 端、P4.4 端、P4.3 端、P5.0 端、P5.3 端、P5.2端、P4.0端和P4.1端分别与CC2420射频芯片的FIFO端、FIFOP端、CCA端、SFD端、CSn端、SCLK 端、SI 端、SO 端、RESETn 端和 VREG_EN 端连接。
[0011]采用上述技术方案带来的有益效果是:
[0012]本实用新型用唤醒电路协调相邻水位传感器节点或水位传感器节点与汇聚节点之间的数据通讯，克服了传统无线传感器网络用复杂的MAC协议和精准、高成本的时间同步协议进行数据路由的问题，水位检测系统通信的可靠性得到了提高，具有良好的扩展性。通信协议的简化，使得节点的通讯能耗有所降低，拓展了整个水位监测系统的生命周期。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的系统结构框图。
[0014]图2是本实用新型的具体电路图。
[0015]上述附图中的主要符号说明:R1、R9?R17:电阻；C1?C26:电容；L1?L4:电感；Dl:二极管。
【具体实施方式】
[0016]以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0017]如图1所示本实用新型的系统结构框图，一种用于水位监测的可唤醒无线传感器网络节点模块，包括微控制器以及分别与之连接的水位监测单元、无线电路以及唤醒电路，还包括供电单元，所述供电单元包含直流电源和与之连接的电压转换器，直流电源经电压转换器为水位监测单元、微控制器、无线电路以及唤醒电路供电。
[0018]在本实施例中，采用如图2所示本实用新型的具体电路图，水位监测单元包含WFH-2X型水位传感器以及2个缓存器，WFH-2X型水位传感器分别经2个缓存器与微控制器连接，缓存器采用74HC20。微控制器采用MSP430F149单片机，无线电路包含依次连接的CC2420射频芯片、滤波电路和天线，CC2420射频芯片连接微处理器单元，唤醒电路采用AS3930 芯片。
[0019]供电单元的直流电源的负极接地，它的正极经二极管Dl与电压转换器LM1117的输入端连接，LM1117的输出端作为系统的模拟信号输入端VCC_SYS2，LM1117的输出端经电阻RO后作为系统的数字信号输入端VCC_SYS1。本实施例通过电压转换器LMl117将直流电源转换成3.3V电源。MSP430F149单片机的AVcc端接VCC_SYS2，MSP430F149单片机的DVcc端接VCC_SYS1。WFH-2X型水位传感器包含2个8位数据通道，其中一个通道与一片74HC20的8个输入端连接，另一个通道与另一片74HC20的8个输入端连接，MSP430F149单片机的P2.0?P2.7 口分别连接一片74HC20的8个输出端，MSP430F149单片机的P2.0?P2.7 口分别连接另一片74HC20的8个输出端。MSP430F149单片机的Pl.3端、P2.3端、P2.4端、P3.6端、P3.7端、P4.5端和P4.6端分别分别经电阻与AS3930芯片的WAKE端、CS端、SCL端、CL_DAT端、DAT端、SDI端和SDO端连接，AS3930的VCC和XIN端均连接VCC_SYSl，AS3930的VSS和LFP端均接地，AS3930的LFN端分别经电阻、电容和电感后接地。MSP430F149 单片机的 P4.2 端、Pl.2 端、P4.4 端、P4.3 端、P5.0 端、P5.3 端、P5.2 端、P4.0端和P4.1端分别与CC2420射频芯片的FIFO端、FIFOP端、CCA端、SFD端、CSn端、SCLK端、SI 端、SO 端、RESETn 端和 VREG_EN 端连接。CC2420 的 X0SC16_01 和 X0SC16_02 端接频率为16MHZ的晶振。电感L2、L3以及电容C21、C25、C31、C26组成滤波电路，CC2420的TXRX_SWITCH端经电感L2与RF_P端连接，CC2420的TXRX_SWITCH端依次经电感L2和L3与RF_N端连接，TXRX_SWITCH端经电容C21接地，RF_P端依次经电容C25、C26与天线连接，RF_N端经电容C22接地，RF_N端经电感L4与C25、C26的公共端连接。
[0020]本实用新型的工作原理是:唤醒芯片AS3930因功耗微小而一直处于工作状态，而MSP430F149微控制器平时一直处于睡眠状态，当射频单元接收到相邻节点发来的无线唤醒信号时，AS3930将微控制器MSP430F149唤醒，MSP430F149控制WFH-2X型水位传感器监测、采集水位信号，并将处理后的信号输出给射频芯片CC2420，CC2420通过天线将水位数据以无线数据的形式发送给相邻的传感器节点或者汇聚节点。
[0021]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于水位监测的可唤醒无线传感器网络节点模块，其特征在于:包括微控制器以及分别与之连接的水位监测单元、无线电路以及唤醒电路，还包括供电单元，所述供电单元包含直流电源和与之连接的电压转换器，直流电源经电压转换器为水位监测单元、微控制器、无线电路以及唤醒电路供电。
2.根据权利要求1所述一种用于水位监测的可唤醒无线传感器网络节点模块，其特征在于:所述水位监测单元包含WFH-2X型水位传感器以及2个缓存器，WFH-2X型水位传感器分别经2个缓存器与微控制器连接。
3.根据权利要求2所述一种用于水位监测的可唤醒无线传感器网络节点模块，其特征在于:所述缓存器采用74HC20。
4.根据权利要求1所述一种用于水位监测的可唤醒无线传感器网络节点模块，其特征在于:所述微控制器采用MSP430F149单片机，所述无线电路包含依次连接的CC2420射频芯片、滤波电路和天线，CC2420射频芯片连接微处理器单元，所述唤醒电路采用AS3930芯片。
5.根据权利要求4所述一种用于水位监测的可唤醒无线传感器网络节点模块，其特征在于:所述MSP430F149单片机的Pl.3端、P2.3端、P2.4端、P3.6端、P3.7端、P4.5端和P4.6端分别与AS3930芯片的WAKE端、CS端、SCL端、CL_DAT端、DAT端、SDI端和SDO端连接。
6.根据权利要求4所述一种用于水位监测的可唤醒无线传感器网络节点模块，其特征在于:所述 MSP430F149 单片机的 P4.2 端、Pl.2 端、P4.4 端、P4.3 端、P5.0 端、P5.3 端、P5.2端、P4.0端和P4.1端分别与CC2420射频芯片的FIFO端、FIFOP端、CCA端、SFD端、CSn端、SCLK 端、SI 端、SO 端、RESETn 端和 VREG_EN 端连接。
【文档编号】G08C17/02GK203825802SQ201420137799
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】严锡君, 赵光辰, 严妍, 王艺瑶, 卜旸, 郁麟玉, 孙桐, 王玲玲, 孟祥薇 申请人:河海大学