CN102663881B - 具有有线通信和无线组网的振动监测节点 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有有线通信和无线组网的振动监测节点。目前的振动检测技术缺乏有效的传输方式，振动检测往往局限于某个点或者某几个点。本发明中的无线Zigbee通信模块分别与加速度传感模块、JTAG下载模块、串行通信模块和射频天线模块信号连接，供电电源电路与无线Zigbee通信模块、加速度传感模块、串行通信模块皆电源连接。本发明所述的振动监测节点采用了无线Zigbee通信方式，因此具有无线组网功能，多个振动监测节点可以通过无线Zigbee通信方式，进行数据交互或者实现数据中继，保证通信距离的前提下提高了使用的便捷性。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种以加速度芯片和无线Zigbee芯片相结合的具有有线通信和无线组网的振动监测节点。
背景技术
输电线路、道路桥梁、输送管道等各种设施的所有机械问题、电气问题及环境问题均会产生振动信号，如果能采用远程实时监测技术，精确掌握振动的大小及来源，就能在设施尚未严重恶化之前，事先完成检修工作，以避免造成设施更大的损坏，而影响生产或增加维修费用，甚至会造成严重的安全隐患，对社会经济产生重大影响。因此，振动监测技术在工业领域具有非常重要的意义。在宽频带振动测量中，目前广泛使用加速度传感器，但是目前的振动检测技术缺乏有效的传输方式，振动检测往往局限于某个点或者某几个点。各种设施的有限几个点的振动测量数据往往无法对设施的振动情况进行全面测量。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种以加速度芯片为传感器、以无线Zigbee芯片为通信模块的具有有线通信和无线组网的振动监测节点。
本发明包括：无线Zigbee通信模块，加速度传感模块，JTAG下载模块，供电电源电路、串行通信模块和射频天线模块, 无线Zigbee通信模块与加速度传感模块信号连接，无线Zigbee通信模块与JTAG下载模块信号连接，无线Zigbee通信模块与串行通信模块信号连接，无线Zigbee通信模块与射频天线模块信号连接，供电电源电路与无线Zigbee通信模块、加速度传感模块、串行通信模块皆电源连接。
所述的无线Zigbee通信模块包括第一插座P1和第二插座P2，第一插座P1和第二插座P2与CC2530无线通信模组相连接，CC2530无线通信模组采用杭州聚佳科技有限公司生产的JJ_CC2530_Module；第一插座P1的1接地GND，第一插座P1的第2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14管脚分别连接CC2530无线通信模组的P2.4，P2.3，P2.2，P2.1，P2.0，P1.7，P1.6，P1.5，P1.4，P1.3，P1.2，P1.1，P1.0引脚；第二插座P2的第1管脚接地GND，第2、4管脚接电源VCC，第二插座P2的第3、5、6、7、8、9、10、11、12管脚分别连接CC2530无线通信模组的复位RESET，P0.0，P0.1，P0.2，P0.3，P0.4，P0.5，P0.6，P0.7引脚。
所述的加速度传感模块包括加速度芯片P3、第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3；加速度芯片P3的第1、2、3、4、5、6、7、9、11、13、16管脚分别接地GND，第14、15管脚分别接电源VCC；加速度芯片P3的第12管脚连接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端接地GND，加速度芯片P3的第12管脚接第二插座P2的第5引脚；加速度芯片P3的第10管脚连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端接地GND，加速度芯片P3的第10管脚接第二插座P2的第8引脚；加速度芯片P3的第8管脚连接第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端接地GND，加速度芯片P3的第8管脚接第二插座P2的第7引脚。
所述的JTAG下载模块包括第三插座P4，第三插座P4的第1引脚接地GND，第2引脚接电源VCC，第三插座P4的3、4、5、6、7、8、10分别接下载器的DEBUG_CC、DEBUG_DD、CSN、SCLK、RESET、MOSI、MISO引脚。
所述的供电电源电路包括电源芯片P5，第四电容C4，第五电容C5，第六电容C6；电源芯片P5的第3管脚与输入电源5V相连接，电源芯片P5的第3管脚与第四电容C4的一端连接，第四电容C4的另一端与地GND连接；电源芯片P5的第1管脚与地GND连接；电源芯片P5的第2管脚与电源VCC连接，电源芯片P5的第2管脚分别与第五电容C5的一端、第六电容C6的一端连接，第五电容C5的另一端、第六电容C6的另一端与地GND连接；电源VCC为3.3V；
所述的串行通信模块包括RS-232电平转换芯片P6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10和串口接头P7；RS-232电平转换芯片P6的第1管脚与第七电容C7的一端连接，第七电容C7的另一端与RS-232电平转换芯片P6的第3管脚连接；RS-232电平转换芯片P6的第4管脚与第八电容C8的一端连接，第八电容C8的另一端与RS-232电平转换芯片P6的第5管脚连接；RS-232电平转换芯片P6的第2管脚与第九电容C9的一端相连接，第九电容C9的另一端连接地GND；RS-232电平转换芯片P6的第16管脚与电源VCC相连接；RS-232电平转换芯片P6的第6管脚与第十电容C10的一端连接，第十电容C10的另一端与地GND连接；RS-232电平转换芯片P6的第15管脚与地GND连接；RS-232电平转换芯片P6的第11、10、12、9管脚分别与CC2530无线通信模组的P0.3、P0.5、P0.2、P0.4引脚连接；RS-232电平转换芯片P6的第14、7、13、8管脚分别与串口接头P7的第3、7、2、8引脚连接，分别代表RS-232串行通信中的TXD、RTS、RXD、CTS，串口接头P7的第5引脚与地GND连接。
所述的射频天线模块采用成熟的2.4GHz频率的弯头天线。
本发明所述的加速度芯片P3、电源芯片P5、RS-232电平转换芯片P6均采用成熟产品，第一插座P1、第二插座P2、第三插座P4、串口接头P7均采用成熟的接插件；加速度芯片P3采用ADI公司的ADXL335，电源芯片P5采用Advanced Monolithic Systems公司的AMS1117-3.3，RS-232电平转换芯片P6采用Maxium公司的MAX232ACSE。
本发明所述的一种具有有线通信和无线组网的振动监测节点可以用于输电线路、道路桥梁、输送管道等应用场合，通过加速度测量可以计算出振动半波数、振动频率、振动幅度等测量结果，监测数据可以通过RS485总线或无线Zigbee方式传输到后端的数据监测中心，进而可以预测输电线路、道路桥梁、输送管道等的疲劳寿命，因此具有非常广泛的应用范围；由于本发明所述的振动监测节点采用了无线Zigbee通信方式，因此具有无线组网功能，多个振动监测节点可以通过无线Zigbee通信方式，进行数据交互或者实现数据中继，保证通信距离的前提下提高了使用的便捷性。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图；
图2 为图1中的无线Zigbee模块电路结构示意图；
图3 为图1中的加速度传感器电路结构示意图；
图4 为图1中的JTAG下载电路结构示意图；
图5 为图1中的供电电源结构示意图；
图6 为图1中的串行通信模块结构示意图；
图7 为本发明的处理器软件流程。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
本发明所述的一种具有有线通信和无线组网的振动监测节点包括：无线Zigbee通信模块1，加速度传感模块2，JTAG下载模块3，供电电源电路4、串行通信模块5和射频天线模块6, 无线Zigbee通信模块1与加速度传感模块2信号连接，无线Zigbee通信模块1与JTAG下载模块3信号连接，无线Zigbee通信模块1与串行通信模块5信号连接，无线Zigbee通信模块1与射频天线模块6信号连接，供电电源电路4与无线Zigbee通信模块1、加速度传感模块2、串行通信模块5皆电源连接。
如图2所示，所述的无线Zigbee通信模块1包括第一插座P1和第二插座P2，第一插座P1和第二插座P2与CC2530无线通信模组相连接，CC2530无线通信模组采用杭州聚佳科技有限公司生产的JJ_CC2530_Module；第一插座P1的1接地GND，第一插座P1的第2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14管脚分别连接CC2530无线通信模组的P2.4，P2.3，P2.2，P2.1，P2.0，P1.7，P1.6，P1.5，P1.4，P1.3，P1.2，P1.1，P1.0引脚；第二插座P2的第1管脚接地GND，第2、4管脚接电源VCC，第二插座P2的第3、5、6、7、8、9、10、11、12管脚分别连接CC2530无线通信模组的复位RESET，P0.0，P0.1，P0.2，P0.3，P0.4，P0.5，P0.6，P0.7引脚；第一插座P1、第二插座P2均采用成熟的接插件。
如图3所示，所述的加速度传感模块2包括加速度芯片P3、第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3；加速度芯片P3的第1、2、3、4、5、6、7、9、11、13、16管脚分别接地GND，第14、15管脚分别接电源VCC；加速度芯片P3的第12管脚连接第一电容C1，第一电容C1的另一端接地GND，加速度芯片P3的第12管脚接插座P2的第5引脚；加速度芯片P3的第10管脚连接第二电容C2，第二电容C2的另一端接地GND，加速度芯片P3的第10管脚接插座P2的第8引脚；加速度芯片P3的第8管脚连接第三电容C3，第三电容C3的另一端接地GND，加速度芯片P3的第8管脚接插座P2的第7引脚；加速度芯片P3采用ADI公司的ADXL335；第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3分别采用0.01uF电容。
如图4所示，所述的JTAG下载模块3包括第三插座P4，第三插座P4的第1引脚接地GND，第2引脚接电源VCC，第三插座P4的3、4、5、6、7、8、10分别接下载器的DEBUG_CC、DEBUG_DD、CSN、SCLK、RESET、MOSI、MISO引脚；第三插座P4采用成熟的接插件，下载器采用现成的CC2530下载器CC_DEBUG。
如图5所示，所述的供电电源电路4包括电源芯片P5，第四电容C4，第五电容C5，第六电容C6；电源芯片P5的第3管脚与输入电源5V相连接，电源芯片P5的第3管脚与第四电容C4的一端连接，第四电容C4的另一端与地GND连接；电源芯片P5的第1管脚与地GND连接；电源芯片P5的第2管脚与电源VCC连接，电源芯片P5的第2管脚分别与第五电容C5、第六电容C6的一端连接，第五电容C5、第六电容C6的另一端与地GND连接；电源芯片P5采用Advanced Monolithic Systems公司的AMS1117-3.3；第四电容C4，第五电容C5，第六电容C6分别采用0.01uF，0.01uF，10uF电容。
如图6所示，所述的串行通信模块5包括RS-232电平转换芯片P6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10和串口接头P7；RS-232电平转换芯片P6的第1管脚与第七电容C7的一端连接，第七电容C7的另一端与RS-232电平转换芯片P6的第3管脚连接；RS-232电平转换芯片P6的第4管脚与第八电容C8的一端连接，第八电容C8的另一端与RS-232电平转换芯片P6的第5管脚连接；RS-232电平转换芯片P6的第3管脚与第九电容C9的一端相连接，第九电容C9的另一端连接地GND；RS-232电平转换芯片P6的第16管脚与电源VCC相连接；RS-232电平转换芯片P6的第6管脚与第十电容C10的一端连接，第十电容C10的另一端与地GND连接；RS-232电平转换芯片P6的第15管脚与地GND连接；RS-232电平转换芯片P6的第11、10、12、9管脚分别与CC2530无线通信模组的P0.3、P0.5、P0.2、P0.4引脚连接；RS-232电平转换芯片P6的第14、7、13、8管脚分别与串口接头P7的第3、7、2、8引脚连接，分别代表RS-232串行通信中的TXD、RTS、RXD、CTS，串口接头P7的第5引脚与地GND连接；RS-232电平转换芯片P6采用Maxium公司的MAX232ACSE，串口接头P7均采用成熟的RS-232-C串口接插件；第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10分别采用0.1uF电容。
所述的射频天线模块6采用成熟的2.4GHz频率的弯头天线。
本实施例中处理器工作流程如图7所示，系统上电后内置软件程序自启动，首先初始化倾角传感器和RS-232通信控制器，然后初始化无线Zigbee模块及其Zigbee无线协议，对Zigbee节点ID进行绑定，接着程序进入循环，定时通过RS-232和发送Zigbee进行倾角数据的传递，如果程序发现异常，则退出程序，否则继续进行循环。
本发明所述的一种具有有线通信和无线组网的振动监测节点可以广泛应用于输电线路、道路桥梁、输送管道等场合。主要技术指标如下：
振动信号满量程范围：±3 g；
抗冲击能力：10000 g；
测量维数：X、Y、Z三轴；
有线数据接口：RS-232；
无线数据模块：CC2530；
无线传输速率：250 Kbps；
供电电压：5V；
电路功耗：0.5W；
连续工作时间：不限。
Claims (1)
1. 具有有线通信和无线组网的振动监测节点，包括无线Zigbee通信模块，加速度传感模块，JTAG下载模块，供电电源电路、串行通信模块和射频天线模块，其特征在于：无线Zigbee通信模块与加速度传感模块信号连接，无线Zigbee通信模块与JTAG下载模块信号连接，无线Zigbee通信模块与串行通信模块信号连接，无线Zigbee通信模块与射频天线模块信号连接，供电电源电路与无线Zigbee通信模块、加速度传感模块、串行通信模块皆电源连接；
所述的无线Zigbee通信模块包括第一插座P1和第二插座P2，第一插座P1和第二插座P2与CC2530无线通信模组相连接，CC2530无线通信模组采用杭州聚佳科技有限公司生产的JJ_CC2530_Module；第一插座P1的1接地GND，第一插座P1的第2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14管脚分别连接CC2530无线通信模组的P2.4，P2.3，P2.2，P2.1，P2.0，P1.7，P1.6，P1.5，P1.4，P1.3，P1.2，P1.1，P1.0引脚；第二插座P2的第1管脚接地GND，第2、4管脚接电源VCC，第二插座P2的第3、5、6、7、8、9、10、11、12管脚分别连接CC2530无线通信模组的复位RESET，P0.0，P0.1，P0.2，P0.3，P0.4，P0.5，P0.6，P0.7引脚；
所述的加速度传感模块包括加速度芯片P3、第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3；加速度芯片P3的第1、2、3、4、5、6、7、9、11、13、16管脚分别接地GND，第14、15管脚分别接电源VCC；加速度芯片P3的第12管脚连接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端接地GND，加速度芯片P3的第12管脚接第二插座P2的第5引脚；加速度芯片P3的第10管脚连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端接地GND，加速度芯片P3的第10管脚接第二插座P2的第8引脚；加速度芯片P3的第8管脚连接第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端接地GND，加速度芯片P3的第8管脚接第二插座P2的第7引脚；
所述的JTAG下载模块包括第三插座P4，第三插座P4的第1引脚接地GND，第2引脚接电源VCC，第三插座P4的3、4、5、6、7、8、10分别接下载器的DEBUG_CC、DEBUG_DD、CSN、SCLK、RESET、MOSI、MISO引脚；
所述的供电电源电路包括电源芯片P5，第四电容C4，第五电容C5，第六电容C6；电源芯片P5的第3管脚与输入电源5V相连接，电源芯片P5的第3管脚与第四电容C4的一端连接，第四电容C4的另一端与地GND连接；电源芯片P5的第1管脚与地GND连接；电源芯片P5的第2管脚与电源VCC连接，电源芯片P5的第2管脚分别与第五电容C5的一端、第六电容C6的一端连接，第五电容C5的另一端、第六电容C6的另一端与地GND连接；电源VCC为3.3V；
所述的串行通信模块包括RS-232电平转换芯片P6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10和串口接头P7；RS-232电平转换芯片P6的第1管脚与第七电容C7的一端连接，第七电容C7的另一端与RS-232电平转换芯片P6的第3管脚连接；RS-232电平转换芯片P6的第4管脚与第八电容C8的一端连接，第八电容C8的另一端与RS-232电平转换芯片P6的第5管脚连接；RS-232电平转换芯片P6的第2管脚与第九电容C9的一端相连接，第九电容C9的另一端连接地GND；RS-232电平转换芯片P6的第16管脚与电源VCC相连接；RS-232电平转换芯片P6的第6管脚与第十电容C10的一端连接，第十电容C10的另一端与地GND连接；RS-232电平转换芯片P6的第15管脚与地GND连接；RS-232电平转换芯片P6的第11、10、12、9管脚分别与CC2530无线通信模组的P0.3、P0.5、P0.2、P0.4引脚连接；RS-232电平转换芯片P6的第14、7、13、8管脚分别与串口接头P7的第3、7、2、8引脚连接，分别代表RS-232串行通信中的TXD、RTS、RXD、CTS，串口接头P7的第5引脚与地GND连接；
所述的射频天线模块采用成熟的2.4GHz频率的弯头天线；
所述的加速度芯片P3、电源芯片P5、RS-232电平转换芯片P6均采用成熟产品，第一插座P1、第二插座P2、第三插座P4、串口接头P7均采用成熟的接插件；加速度芯片P3采用ADI公司的ADXL335，电源芯片P5采用Advanced Monolithic Systems公司的AMS1117-3.3，RS-232电平转换芯片P6采用Maxium公司的MAX232ACSE。
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