CN103760864A - 恶臭类气体和VOCs监测节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恶臭类气体和VOCs监测节点。本发明通过无线通信模块实现自组网，监测节点的传感器信息采集模块采集监测节点所在气体环境中的恶臭类气体和VOCs浓度、时间及监测节点所在气体环境的经纬度等信息，同时将数据通过无线通信模块发送出去，供其它设备接收和使用。通过控制器的A/D功能将锂电池输入电压转化为数字信号，来监测锂电池的电压。本发明装置体积小，功耗低，精度高；具备数据采集、处理和存储等功能。

Description

恶臭类气体和VOCs监测节点

技术领域

本发明属于工业控制技术领域，具体涉及一种恶臭类气体和VOCs监测节点设备。

背景技术

随着经济的发展和社会的进步，诸多工业产业在生产过程中产生了大量的恶臭类气体和VOCs（可挥发性有机物），该物质会对人体健康及环境造成巨大的危害。长期居住在挥发性有机化合物污染的环境中，可引起慢性中毒，损害肝脏和神经系统、引起全身无力、皮肤瘙痒等症状。有的还可能引起内分泌失调、影响性功能；苯和二甲苯还能损害系统，以至引发白血病。恶臭类气体和VOCs监测节点，具有监测范围大，配置灵活，功耗低，对自然环境破坏小，成本低廉的特点，可实现对气体环境的多点远程多参数实时在线监测，对气体环境变化的监控和环境保护具有极大的发展前景和现实意义。

发明内容

本发明针对现有气体环境监测现状的不足，提出了一种恶臭类气体和VOCs监测节点设备。本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括电源管理模块、无线通信模块、外部存储模块、时钟模块、传感器信息采集模块、GPS模块、及控制器模块。

电源管理模块由以LTC1474-3.3为核心的3.3V电压转换电路及外接12V锂电池组成。电源接口J14的1引脚与锂电池的12V接口正极连接，电源接口J14的2引脚和3引脚接地，电源接口J6的1引脚与太阳能电池的正极接口连接，电源接口J6的2引脚和3引脚接地，电源接口J14的1引脚右端与二极管D9的正极连接，二极管D9的负极与第一百四十七电阻R147的一端连接，第一百四十七电阻R147的另一端与二极管D102的负极连接，二极管D102的正极接地，二极管D102的负极与跳线帽P1的一端连接，跳线帽P1的另一端与第一电解电容C1的正极连接，第一电解电容C1的负极接地。第四十八电阻R48一端与第一电解电容C1的正极连接，第四十八电阻R48的另一端与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的3引脚连接，第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的3引脚与第四十九电阻R49的一端连接，第四十九电阻R49的另一端接地。第一电阻R1、第二电阻R2、第八电容C8的一端、第九电容C9的一端、第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的7引脚及第83电容C83的一端连接，第一电阻R1、第二电阻R2及第八电容C8的另一端与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的6引脚连接，第九电容C9和第83电容的另一端接地，第三十七电阻R37的一端悬空，另一端与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的8引脚连接，第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的8引脚与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的2引脚连接，第一电感L1的一端、第二十九电解电容C29的正极、第三十八电容C38的一端及第一百三十七电阻的一端与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的1引脚连接，第一电感L1的另一端与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的5引脚连接，第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的5引脚与第一二极管D1的负极连接，第一二极管D1的正极接地，第二十九电解电容C29的负极及第三十八电容C38的另外一端接地，第一百三十七电阻R137的另外一端、第四十二电阻R42的一端连接及第五电阻R5的一端连接，第四十二电阻R42的另一端与第十二极管D10的正极连接，第十二极管D10的负极接地，第五电阻R5的另一端、第十三电容C13的一端、第四电解电容C4的正极、第十五电容C15的一端、第十一电阻R11的一端、第九外部存储芯片U9 FM25VN02的8引脚、第五十电阻R50的一端、第二负载电阻U2的一端、第二十七电阻R27的一端、第二十八电阻R28的一端、第二十九电阻R29的一端、第三十电阻R30的一端、第三十一电阻R31的一端、第八十四电容C84的一端、第四控制器芯片U4 MSP430F167的64引脚、第四控制器芯片U4 MSP430F167的1引脚、第七时钟芯片U7 DS1302的1引脚、第三十九电容C39的一端及1*5排针J11的1引脚连接。以LTC1474-3.3为核心的3.3V电压转换电路为无线通信模块、外部存储模块、时钟模块、传感器信息采集模块、GPS模块、控制器模块提供3.3V电压。外部锂电池通过J14接口与该节点连接，为节点提供12V直流电压源，太阳能电池通过J6接口与该节点连接，作用是为锂电池充电。

外部存储模块包括存储芯片U9 FM25VN02、第四十七电阻R47、第五十电阻R50及第四十五电容C45，存储芯片U9 FM25VN02的1引脚与控制器芯片U4 MSP430F167的48引脚连接，存储芯片U9 FM25VN02的2引脚与控制器芯片U4 MSP430F167的46引脚连接，存储芯片U9 FM25VN02的3引脚与第四十七电阻的另外一端连接，存储芯片U9 FM25VN02的4引脚接地，存储芯片U9 FM25VN02的5引脚与控制器芯片U4 MSP430F167的45引脚连接，存储芯片U9 FM25VN02的6引脚与控制器芯片U4 MSP430F167的47引脚连接，存储芯片U9 FM25VN02的7引脚与第五十电阻R50的另一端连接，存储芯片U9 FM25VN02的8引脚与第四十五电容C45的一端连接，第四十五电容C45的另一端接地。

时钟模块包括时钟芯片U7 DS1302、第三十九电容C39、第四十电容C40、第四十一电容C41、第三晶振Y3及第一干电池BT1，时钟芯片U7 DS1302的1引脚与第三十九电容C39的一端连接，第三十九电容C39的另一端与第四十电容C40的一端连接，第四十电容C40的另一端与时钟芯片U7 DS1302的2引脚及第三晶振Y3的一端连接，第三晶振Y3的另一端与第四十一电容C41的一端及时钟芯片U7 DS1302的3引脚连接，第四十一电容C41的另一端及时钟芯片U7 DS1302的4引脚接地，时钟芯片U7 DS1302的5引脚与控制器芯片U4的14引脚连接，时钟芯片U7 DS1302的6引脚与控制器芯片U4的13引脚连接，时钟芯片U7 DS1302的7引脚与控制器芯片U4的12引脚连接，时钟芯片U7 DS1302的8引脚与第一干电池BT1的正极连接，第一干电池BT1的负极接地。

AD采样部分电路包括第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电容C16，该部分电路用于检测锂电池电压，第十四电阻R14的一端与跳线帽P1的另一端连接，第十四电阻R14的另一端与第十五电阻R15、第十六电容C16及控制器芯片U4 MSP430F167的2引脚连接，第十五电阻R15的另一端及第十六电容C16的另一端接地。

按键部分电路用于硬件的调试，包括第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第一按键S1。第二按键S2，第二十七电阻R27的一端与第二十八电阻R28的一端连接，第二十七电阻R27的另一端与第三十四电阻R34的一端连接，第三十四电阻R34的另一端与第二按键S2的一端连接，第二按键S2的另一端接地，第二十八电阻R28的另一端与第三十三电阻R33的一端连接，第三十三电阻R33的另一端与第一按键S1的一端连接，第一按键S1的另一端接地。

LED灯部分电路用于硬件的调试，包括第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第五发光二极管D5、第六发光二极管D6、第七发光二极管D7，第二十九电阻R29的另一端与第五发光二极管D5的正极连接，第五发光二极管D5的负极与控制器芯片U4 MSP430F167的59引脚连接，第三十电阻R30的另一端与第六发光二极管D6的正极连接，第六发光二极管D6的负极与控制器芯片U4 MSP430F167的60引脚连接，第三十一电阻R31的另一端与第七发光二极管D7的正极连接，第七发光二极管D7的负极与控制器芯片U4 MSP430F167的61引脚连接。

JTAG程序烧录电路部分包括1*7排针JTAG、第十一电阻R11，第四十六电容C46，1*7排针JTAG的1引脚与控制器芯片U4的54引脚连接，1*7排针JTAG的2引脚与控制器芯片U4的55引脚连接，1*7排针JTAG的3引脚与控制器芯片U4的56引脚连接，1*7排针JTAG的4引脚与控制器芯片U4的57引脚连接，1*7排针JTAG的5引脚与控制器芯片U4的58引脚、第十一电阻R11的另一端、第五按键S5的一端及第四十六电容C46的一端连接，第五按键S5的另一端接地，第四十六电容C46的另一端接地，1*7排针JTAG的6引脚与第四电解电容C4的正极连接，1*7排针JTAG的7引脚接地。

控制器模块包括控制器芯片U4 MSP430F167、第八十四电容C84、第三十三电容C33、第三十四电容C34、第一晶振Y1、第二十电容C20、第三十五电容C35、第三十六电容C36、第二晶振Y2、1*6排针J18、1*6排针J17、1*5排针J11、1*6排针J19。第八十四电容C84的另一端及控制器芯片U4 MSP430F167的62引脚接地，第三十三电容C33的一端与控制器芯片U4 MSP430F167的53引脚及第一晶振Y1的一端连接，第三十四电容C34的一端与控制器芯片U4 MSP430F167的52引脚及第一晶振Y1的另一端连接，第三十三电容C33的另一端及第三十四电容C34的另一端接地，控制器芯片U4 MSP430F167的1引脚与第二十电容C20的一端连接，第二十电容C20的另一端接地，控制器芯片U4 MSP430F167的2引脚与第十五电阻R15的一端连接，控制器芯片U4 MSP430F167的3引脚与1*6排针J17的3引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的4引脚与1*6排针J17的4引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的5引脚与1*6排针J17的5引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的6引脚与1*6排针J17的6引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的8引脚与第二晶振Y2的一端及第三十五电容C35的一端连接，第三十五电容C35的另一端接地，控制器芯片U4 MSP430F167的9引脚与第二晶振Y2的另一端及第三十六电容C36的一端连接，第三十六电容C36的另一端接地，控制器芯片U4 MSP430F167的11引脚接地，控制器芯片U4 MSP430F167的16引脚与第二十七电阻R28的另一端连接，控制器芯片U4 MSP430F167的17引脚与第二十七电阻R27的另一端连接，控制器芯片U4 MSP430F167的18引脚与1*5排针J11的5引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的29引脚与1*6排针J19的4引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的30引脚与1*6排针J19的3引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的31引脚与1*6排针J19的2引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的32引脚与1*5排针J11的3引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的33引脚与1*5排针J11的4引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的34引脚与1*6排针J18的4引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的35引脚与1*6排针J18的3引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的38引脚与1*6排针J18的2引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的39引脚与1*6排针J18的1引脚连接，1*6排针J18的6引脚、1*6排针J17的1引脚、1*5排针J11的2引脚及1*6排针J19的6引脚接地，1*6排针J18的5引脚、1*6排针J17的2引脚及1*6排针J19的5引脚与跳线帽P1的另一端连接，1*5排针J11的1引脚与第五电阻R5的另一端连接。

GPS模块采用成熟的ATK-NEO-6M模块，可以通过串口与控制器进行通信，并且提供较准确的经纬度数据，通过1*6排针J18与该设备连接。

无线通信模块采用CC1101模块，工作于433MHz免费ISM频段，免许可证使用，提供透明的数据接口，能适应任何标准或非标准的用户协议，通过1*5排针J11与该设备连接。

传感器信息采集模块主要由多种气体浓度传感器及变送器组成，具体的传感器及变送器选型如下：

硫化氢的监测选用MQ-136硫化氢传感器，精度±1.0ppm，可测范围为0～200ppm，同时输出模拟信号和数字信号，通过1*6排针J17的3引脚与控制器连接。

二硫化碳的监测选用RBK-6000型二硫化碳监测变送器，精度±0.1ppm，可测范围为0～50ppm，可输出4-20mA标准电流信号，通过1*6排针J17的4引脚与控制器连接。

甲硫醇的监测选用CLE-3611-400型甲硫醇监测传感器，精度±0.1ppm，可测范围为0～10ppm，可输出4-20mA标准电流信号，通过1*6排针J17的5引脚与控制器连接。

甲醛的监测选用MS1100-P111甲醛气体传感器，精度±3.0ppm，可测范围为0～1000ppm，可输出数字信号，通过1*6排针J19的4引脚与控制器连接。

苯的监测选用MQ-138气体苯传感器，精度±1.0ppm，可测范围为0～100ppm，输出0～5V模拟信号，通过1*6排针J17的6引脚与控制器连接。

本发明的有益效果：该装置体积小，功耗低，精度高；具备数据采集、处理和存储等功能，能快速的检测出气体环境中多种恶臭类气体和VOCs的浓度，利用无线通信模块CC1101将恶臭类气体和VOCs浓度信息、节点设备所在的经纬度信息及时间信息发送出去为其它设备所接收使用，体现出人工智能为工业发展带来的贡献。

附图说明

图1为本发明的硬件结构示意图；

图2为本发明的3.3V电压转换电路原理图；

图3为本发明的时钟模块电路原理图；

图4为本发明的外部存储模块电路原理图；

图5为本发明的AD采样部分电路原理图；

图6为本发明的按键部分电路原理图；

图7为本发明的LED灯部分电路原理图；

图8为本发明的JTAG程序烧录部分电路原理图；

图9为本发明的控制器电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明中各个模块做具体的说明。

如图1所示，本发明包括电源管理模块、无线通信模块、外部存储模块、时钟模块、传感器信息采集模块、GPS模块、控制器模块及外部锂电池太阳能电池部分。与控制器相连的LED灯部分电路用于硬件调试。

如图2所示，电源管理模块由以LTC1474-3.3为核心的3.3V电压转换电路及外接12V锂电池组成。电源接口J14的1引脚与锂电池的12V接口正极连接，电源接口J14的2引脚和3引脚接地，电源接口J6的1引脚与太阳能电池的正极接口连接，电源接口J6的2引脚和3引脚接地，电源接口J14的1引脚右端与二极管D9的正极连接，二极管D9的负极与第一百四十七电阻的一端连接，第一百四十七电阻的另一端与二极管D102的负极连接，二极管D102的正极接地，二极管D102的负极与跳线帽P1的一端连接，跳线帽P1的另一端与第一电解电容C1的正极连接，第一电解电容C1的负极接地。第四十八电阻一端与第一电解电容C1的正极连接，第四十八电阻的另一端与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的3引脚连接，第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的3引脚与第四十九电阻R49的一端连接，第四十九电阻R49的另一端接地。第一电阻R1、第二电阻R2、第八电容C8的一端、第九电容C9的一端、第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的7引脚及第83电容C83的一端连接，第一电阻R1、第二电阻R2及第八电容C8的另一端与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的6引脚连接，第九电容C9和第83电容的另一端接地，第三十七电阻R37的一端悬空，另一端与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的8引脚连接，第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的8引脚与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的2引脚连接，第一电感L1的一端、第二十九电解电容C29的正极、第三十八电容C38的一端及第一百三十七电阻的一端与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的1引脚连接，第一电感L1的另一端与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的5引脚连接，第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的5引脚与第一二极管D1的负极连接，第一二极管D1的正极接地，第二十九电解电容C29的负极及第三十八电容C38的另外一端接地，第一百三十七电阻R137的另外一端、第四十二电阻R42的一端连接及第五电阻R5的一端连接，第四十二电阻R42的另一端与第十二极管D10的正极连接，第十二极管D10的负极接地，第五电阻R5的另一端、第十三电容C13的一端、第四电解电容C4的正极、第十五电容C15的一端、第十一电阻R11的一端、第九外部存储芯片U9 FM25VN02的8引脚、第五十电阻R50的一端、第二负载电阻U2的一端、第二十七电阻R27的一端、第二十八电阻R28的一端、第二十九电阻R29的一端、第三十电阻R30的一端、第三十一电阻R31的一端、第八十四电容C84的一端、第四控制器芯片U4 MSP430F167的64引脚、第四控制器芯片U4 MSP430F167的1引脚、第七时钟芯片U7 DS1302的1引脚、第三十九电容C39的一端及1*5排针J11的1引脚连接。以LTC1474-3.3为核心的3.3V电压转换电路为无线通信模块、外部存储模块、时钟模块、传感器信息采集模块、GPS模块、控制器模块提供3.3V电压。

如图3所示，时钟模块包括时钟芯片U7 DS1302、第三十九电容C39、第四十电容C40、第四十一电容C41、第三晶振Y3及第一干电池BT1，时钟芯片U7 DS1302的1引脚与第三十九电容C39的一端连接，第三十九电容C39的另一端与第四十电容C40的一端连接，第四十电容C40的另一端与时钟芯片U7 DS1302的2引脚及第三晶振Y3的一端连接，第三晶振Y3的另一端与第四十一电容C41的一端及时钟芯片U7 DS1302的3引脚连接，第四十一电容C41的另一端及时钟芯片U7 DS1302的4引脚接地，时钟芯片U7 DS1302的5引脚与控制器芯片U4的14引脚连接，时钟芯片U7 DS1302的6引脚与控制器芯片U4的13引脚连接，时钟芯片U7 DS1302的7引脚与控制器芯片U4的12引脚连接，时钟芯片U7 DS1302的8引脚与第一干电池BT1的正极连接，第一干电池BT1的负极接地。

如图4所示，外部存储模块包括存储芯片U9 FM25VN02、第四十七电阻R47、第五十电阻R50及第四十五电容C45，存储芯片U9 FM25VN02的1引脚与控制器芯片U4 MSP430F167的48引脚连接，存储芯片U9 FM25VN02的2引脚与控制器芯片U4 MSP430F167的46引脚连接，存储芯片U9 FM25VN02的3引脚与第四十七电阻的另外一端连接，存储芯片U9 FM25VN02的4引脚接地，存储芯片U9 FM25VN02的5引脚与控制器芯片U4 MSP430F167的45引脚连接，存储芯片U9 FM25VN02的6引脚与控制器芯片U4 MSP430F167的47引脚连接，存储芯片U9 FM25VN02的7引脚与第五十电阻R50的另一端连接，存储芯片U9 FM25VN02的8引脚与第四十五电容C45的一端连接，第四十五电容C45的另一端接地。

如图5所示，AD采样部分电路包括第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电容C16，该部分电路用于检测锂电池电压，第十四电阻R14的一端与跳线帽P1的另一端连接，第十四电阻R14的另一端与第十五电阻R15、第十六电容C16及控制器芯片U4 MSP430F167的2引脚连接，第十五电阻R15的另一端及第十六电容C16的另一端接地。

如图6所示，按键部分电路用于硬件的调试，包括第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第一按键S1。第二按键S2，第二十七电阻R27的一端与第二十八电阻R28的一端连接，第二十七电阻R27的另一端与第三十四电阻R34的一端连接，第三十四电阻R34的另一端与第二按键S2的一端连接，第二按键S2的另一端接地，第二十八电阻R28的另一端与第三十三电阻R33的一端连接，第三十三电阻R33的另一端与第一按键S1的一端连接，第一按键S1的另一端接地。

如图7所示，LED灯部分电路用于硬件的调试，包括第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第五发光二极管D5、第六发光二极管D6、第七发光二极管D7，第二十九电阻R29的另一端与第五发光二极管D5的正极连接，第五发光二极管D5的负极与控制器芯片U4 MSP430F167的59引脚连接，第三十电阻R30的另一端与第六发光二极管D6的正极连接，第六发光二极管D6的负极与控制器芯片U4 MSP430F167的60引脚连接，第三十一电阻R31的另一端与第七发光二极管D7的正极连接，第七发光二极管D7的负极与控制器芯片U4 MSP430F167的61引脚连接。

如图8所示，JTAG程序烧录电路部分包括1*7排针JTAG、第十一电阻R11，第四十六电容C46，1*7排针JTAG的1引脚与控制器芯片U4的54引脚连接，1*7排针JTAG的2引脚与控制器芯片U4的55引脚连接，1*7排针JTAG的3引脚与控制器芯片U4的56引脚连接，1*7排针JTAG的4引脚与控制器芯片U4的57引脚连接，1*7排针JTAG的5引脚与控制器芯片U4的58引脚、第十一电阻R11的另一端、第五按键S5的一端及第四十六电容C46的一端连接，第五按键S5的另一端接地，第四十六电容C46的另一端接地，1*7排针JTAG的6引脚与第四电解电容C4的正极连接，1*7排针JTAG的7引脚接地。

如图9所示，控制器模块包括控制器芯片U4 MSP430F167、第八十四电容C84、第三十三电容C33、第三十四电容C34、第一晶振Y1、第二十电容C20、第三十五电容C35、第三十六电容C36、第二晶振Y2、1*6排针J18、1*6排针J17、1*5排针J11、1*6排针J19。第八十四电容C84的另一端及控制器芯片U4 MSP430F167的62引脚接地，第三十三电容C33的一端与控制器芯片U4 MSP430F167的的53引脚及第一晶振Y1的一端连接，第三十四电容C34的一端与控制器芯片U4 MSP430F167的52引脚及第一晶振Y1的另一端连接，第三十三电容C33的另一端及第三十四电容C34的另一端接地，控制器芯片U4 MSP430F167的1引脚与第二十电容C20的一端连接，第二十电容C20的另一端接地，控制器芯片U4 MSP430F167的2引脚与第十五电阻R15的一端连接，控制器芯片U4 MSP430F167的3引脚与1*6排针J17的3引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的4引脚与1*6排针J17的4引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的5引脚与1*6排针J17的5引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的6引脚与1*6排针J17的6引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的8引脚与第二晶振Y2的一端及第三十五电容C35的一端连接，第三十五电容C35的另一端接地，控制器芯片U4 MSP430F167的9引脚与第二晶振Y2的另一端及第三十六电容C36的一端连接，第三十六电容C36的另一端接地，控制器芯片U4 MSP430F167的11引脚接地，控制器芯片U4 MSP430F167的16引脚与第二十七电阻R28的另一端连接，控制器芯片U4 MSP430F167的17引脚与第二十七电阻R27的另一端连接，控制器芯片U4 MSP430F167的18引脚与1*5排针J11的5引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的29引脚与1*6排针J19的4引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的30引脚与1*6排针J19的3引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的31引脚与1*6排针J19的2引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的32引脚与1*5排针J11的3引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的33引脚与1*5排针J11的4引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的34引脚与1*6排针J18的4引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的35引脚与1*6排针J18的3引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的38引脚与1*6排针J18的2引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的39引脚与1*6排针J18的1引脚连接，1*6排针J18的6引脚、1*6排针J17的1引脚、1*5排针J11的2引脚及1*6排针J19的6引脚接地，1*6排针J18的5引脚、1*6排针J17的2引脚及1*6排针J19的5引脚与跳线帽P1的另一端连接，1*5排针J11的1引脚与第五电阻R5的另一端连接。

该电路的主要原理是系统初始化后通过无线通信模块实现自组网，监测节点的传感器信息采集模块采集监测节点所在气体环境中的恶臭类气体和VOCs浓度、时间及监测节点所在气体环境的经纬度等信息，同时将数据通过无线通信模块发送出去，供其它设备接收和使用。通过控制器的A/D功能将锂电池输入电压转化为数字信号，来监测锂电池的电压。

Claims (1)

1. 恶臭类气体和VOCs监测节点，包括电源管理模块、无线通信模块、外部存储模块、时钟模块、传感器信息采集模块、GPS模块及控制器模块，其特征在于：

电源管理模块由以LTC1474-3.3为核心的3.3V电压转换电路及外接12V锂电池组成；电源接口J14的1引脚与锂电池的12V接口正极连接，电源接口J14的2引脚和3引脚接地，电源接口J6的1引脚与太阳能电池的正极接口连接，电源接口J6的2引脚和3引脚接地，电源接口J14的1引脚右端与二极管D9的正极连接，二极管D9的负极与第一百四十七电阻R147的一端连接，第一百四十七电阻R147的另一端与二极管D102的负极连接，二极管D102的正极接地，二极管D102的负极与跳线帽P1的一端连接，跳线帽P1的另一端与第一电解电容C1的正极连接，第一电解电容C1的负极接地；第四十八电阻R48一端与第一电解电容C1的正极连接，第四十八电阻R48的另一端与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的3引脚连接，第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的3引脚与第四十九电阻R49的一端连接，第四十九电阻R49的另一端接地；第一电阻R1、第二电阻R2、第八电容C8的一端、第九电容C9的一端、第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的7引脚及第83电容C83的一端连接，第一电阻R1、第二电阻R2及第八电容C8的另一端与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的6引脚连接，第九电容C9和第83电容的另一端接地，第三十七电阻R37的一端悬空，另一端与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的8引脚连接，第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的8引脚与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的2引脚连接，第一电感L1的一端、第二十九电解电容C29的正极、第三十八电容C38的一端及第一百三十七电阻的一端与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的1引脚连接，第一电感L1的另一端与第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的5引脚连接，第六电源芯片U6 LTC1474-3.3的5引脚与第一二极管D1的负极连接，第一二极管D1的正极接地，第二十九电解电容C29的负极及第三十八电容C38的另外一端接地，第一百三十七电阻R137的另外一端、第四十二电阻R42的一端连接及第五电阻R5的一端连接，第四十二电阻R42的另一端与第十二极管D10的正极连接，第十二极管D10的负极接地，第五电阻R5的另一端、第十三电容C13的一端、第四电解电容C4的正极、第十五电容C15的一端、第十一电阻R11的一端、第九外部存储芯片U9 FM25VN02的8引脚、第五十电阻R50的一端、第二负载电阻U2的一端、第二十七电阻R27的一端、第二十八电阻R28的一端、第二十九电阻R29的一端、第三十电阻R30的一端、第三十一电阻R31的一端、第八十四电容C84的一端、第四控制器芯片U4 MSP430F167的64引脚、第四控制器芯片U4 MSP430F167的1引脚、第七时钟芯片U7 DS1302的1引脚、第三十九电容C39的一端及1*5排针J11的1引脚连接；以LTC1474-3.3为核心的3.3V电压转换电路为无线通信模块、外部存储模块、时钟模块、传感器信息采集模块、GPS模块、控制器模块提供3.3V电压；外部锂电池通过J14接口与该节点连接，为节点提供12V直流电压源，太阳能电池通过J6接口与该节点连接，作用是为锂电池充电；

外部存储模块包括存储芯片U9 FM25VN02、第四十七电阻R47、第五十电阻R50及第四十五电容C45，存储芯片U9 FM25VN02的1引脚与控制器芯片U4 MSP430F167的48引脚连接，存储芯片U9 FM25VN02的2引脚与控制器芯片U4 MSP430F167的46引脚连接，存储芯片U9 FM25VN02的3引脚与第四十七电阻的另外一端连接，存储芯片U9 FM25VN02的4引脚接地，存储芯片U9 FM25VN02的5引脚与控制器芯片U4 MSP430F167的45引脚连接，存储芯片U9 FM25VN02的6引脚与控制器芯片U4 MSP430F167的47引脚连接，存储芯片U9 FM25VN02的7引脚与第五十电阻R50的另一端连接，存储芯片U9 FM25VN02的8引脚与第四十五电容C45的一端连接，第四十五电容C45的另一端接地；

时钟模块包括时钟芯片U7 DS1302、第三十九电容C39、第四十电容C40、第四十一电容C41、第三晶振Y3及第一干电池BT1，时钟芯片U7 DS1302的1引脚与第三十九电容C39的一端连接，第三十九电容C39的另一端与第四十电容C40的一端连接，第四十电容C40的另一端与时钟芯片U7 DS1302的2引脚及第三晶振Y3的一端连接，第三晶振Y3的另一端与第四十一电容C41的一端及时钟芯片U7 DS1302的3引脚连接，第四十一电容C41的另一端及时钟芯片U7 DS1302的4引脚接地，时钟芯片U7 DS1302的5引脚与控制器芯片U4的14引脚连接，时钟芯片U7 DS1302的6引脚与控制器芯片U4的13引脚连接，时钟芯片U7 DS1302的7引脚与控制器芯片U4的12引脚连接，时钟芯片U7 DS1302的8引脚与第一干电池BT1的正极连接，第一干电池BT1的负极接地；

AD采样部分电路包括第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电容C16，该部分电路用于检测锂电池电压，第十四电阻R14的一端与跳线帽P1的另一端连接，第十四电阻R14的另一端与第十五电阻R15、第十六电容C16及控制器芯片U4 MSP430F167的2引脚连接，第十五电阻R15的另一端及第十六电容C16的另一端接地；

按键部分电路用于硬件的调试，包括第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第一按键S1；第二按键S2，第二十七电阻R27的一端与第二十八电阻R28的一端连接，第二十七电阻R27的另一端与第三十四电阻R34的一端连接，第三十四电阻R34的另一端与第二按键S2的一端连接，第二按键S2的另一端接地，第二十八电阻R28的另一端与第三十三电阻R33的一端连接，第三十三电阻R33的另一端与第一按键S1的一端连接，第一按键S1的另一端接地；

LED灯部分电路用于硬件的调试，包括第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第五发光二极管D5、第六发光二极管D6、第七发光二极管D7，第二十九电阻R29的另一端与第五发光二极管D5的正极连接，第五发光二极管D5的负极与控制器芯片U4 MSP430F167的59引脚连接，第三十电阻R30的另一端与第六发光二极管D6的正极连接，第六发光二极管D6的负极与控制器芯片U4 MSP430F167的60引脚连接，第三十一电阻R31的另一端与第七发光二极管D7的正极连接，第七发光二极管D7的负极与控制器芯片U4 MSP430F167的61引脚连接；

JTAG程序烧录电路部分包括1*7排针JTAG、第十一电阻R11，第四十六电容C46，1*7排针JTAG的1引脚与控制器芯片U4的54引脚连接，1*7排针JTAG的2引脚与控制器芯片U4的55引脚连接，1*7排针JTAG的3引脚与控制器芯片U4的56引脚连接，1*7排针JTAG的4引脚与控制器芯片U4的57引脚连接，1*7排针JTAG的5引脚与控制器芯片U4的58引脚、第十一电阻R11的另一端、第五按键S5的一端及第四十六电容C46的一端连接，第五按键S5的另一端接地，第四十六电容C46的另一端接地，1*7排针JTAG的6引脚与第四电解电容C4的正极连接，1*7排针JTAG的7引脚接地；

控制器模块包括控制器芯片U4 MSP430F167、第八十四电容C84、第三十三电容C33、第三十四电容C34、第一晶振Y1、第二十电容C20、第三十五电容C35、第三十六电容C36、第二晶振Y2、1*6排针J18、1*6排针J17、1*5排针J11、1*6排针J19；第八十四电容C84的另一端及控制器芯片U4 MSP430F167的62引脚接地，第三十三电容C33的一端与控制器芯片U4 MSP430F167的53引脚及第一晶振Y1的一端连接，第三十四电容C34的一端与控制器芯片U4 MSP430F167的52引脚及第一晶振Y1的另一端连接，第三十三电容C33的另一端及第三十四电容C34的另一端接地，控制器芯片U4 MSP430F167的1引脚与第二十电容C20的一端连接，第二十电容C20的另一端接地，控制器芯片U4 MSP430F167的2引脚与第十五电阻R15的一端连接，控制器芯片U4 MSP430F167的3引脚与1*6排针J17的3引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的4引脚与1*6排针J17的4引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的5引脚与1*6排针J17的5引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的6引脚与1*6排针J17的6引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的8引脚与第二晶振Y2的一端及第三十五电容C35的一端连接，第三十五电容C35的另一端接地，控制器芯片U4 MSP430F167的9引脚与第二晶振Y2的另一端及第三十六电容C36的一端连接，第三十六电容C36的另一端接地，控制器芯片U4 MSP430F167的11引脚接地，控制器芯片U4 MSP430F167的16引脚与第二十七电阻R28的另一端连接，控制器芯片U4 MSP430F167的17引脚与第二十七电阻R27的另一端连接，控制器芯片U4 MSP430F167的18引脚与1*5排针J11的5引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的29引脚与1*6排针J19的4引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的30引脚与1*6排针J19的3引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的31引脚与1*6排针J19的2引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的32引脚与1*5排针J11的3引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的33引脚与1*5排针J11的4引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的34引脚与1*6排针J18的4引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的35引脚与1*6排针J18的3引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的38引脚与1*6排针J18的2引脚连接，控制器芯片U4 MSP430F167的39引脚与1*6排针J18的1引脚连接，1*6排针J18的6引脚、1*6排针J17的1引脚、1*5排针J11的2引脚及1*6排针J19的6引脚接地，1*6排针J18的5引脚、1*6排针J17的2引脚及1*6排针J19的5引脚与跳线帽P1的另一端连接，1*5排针J11的1引脚与第五电阻R5的另一端连接；

GPS模块采用ATK-NEO-6M模块，可以通过串口与控制器进行通信，并且提供较准确的经纬度数据，通过1*6排针J18与该设备连接；

无线通信模块采用CC1101模块，工作于433MHz免费ISM频段，免许可证使用，提供透明的数据接口，能适应任何标准或非标准的用户协议，通过1*5排针J11与该设备连接；

传感器信息采集模块主要由多种气体浓度传感器及变送器组成，具体的传感器及变送器选型如下：

硫化氢的监测选用MQ-136硫化氢传感器，精度±1.0ppm，可测范围为0～200ppm，同时输出模拟信号和数字信号，通过1*6排针J17的3引脚与控制器连接；

二硫化碳的监测选用RBK-6000型二硫化碳监测变送器，精度±0.1ppm，可测范围为0～50ppm，可输出4-20mA标准电流信号，通过1*6排针J17的4引脚与控制器连接；

甲硫醇的监测选用CLE-3611-400型甲硫醇监测传感器，精度±0.1ppm，可测范围为0～10ppm，可输出4-20mA标准电流信号，通过1*6排针J17的5引脚与控制器连接；

甲醛的监测选用MS1100-P111甲醛气体传感器，精度±3.0ppm，可测范围为0～1000ppm，可输出数字信号，通过1*6排针J19的4引脚与控制器连接；

苯的监测选用MQ-138气体苯传感器，精度±1.0ppm，可测范围为0～100ppm，输出0～5V模拟信号，通过1*6排针J17的6引脚与控制器连接。

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