CN104754770A - 雨量实时监测节点 - Google Patents

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CN104754770A CN201510199926.2A CN201510199926A CN104754770A CN 104754770 A CN104754770 A CN 104754770A CN 201510199926 A CN201510199926 A CN 201510199926A CN 104754770 A CN104754770 A CN 104754770A
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Abstract

本发明公开了一种雨量实时监测节点由控制器模块，电源管理模块，存储模块，信号采集模块和通讯模块组成。监测节点通过ZigBee模块接受来自数据基站的命令，采集信息。位置信息由GPS模块提供，控制器模块通过UART接收位置信息；雨量信息由雨量传感器采集，雨量传感器将信息转换为电流信号，电流信号通过IV转换电路转变为标准电压信号，控制器内部集成的AD模块将电压信号转变为数字信号，控制器将这些数字信息处理后保存在存储模块或者将这些信息通过ZigBee模块发送到数据基站。节点精度高，价格低廉，部署简单，通讯稳定。

Description

雨量实时监测节点
技术领域
[0001] 本发明属于嵌入式领域，并结合无线传感器网络技术，具体涉及雨量实时监测节点。
背景技术
[0002] 我国地域辽阔，各地气候不一，气象灾害频发，尤其是洪涝灾害。如何对洪涝灾害进行预测是非常关键的问题，因此，对于雨量的监测刻不容缓。现有的雨量监测设备大多采用GPRS进行通讯，即在每个节点中安装GPRS模块进行数据通讯。这种每个节点采用GPRS的通讯方式可靠稳定，但是GPRS通讯成本相对较高，不利于大范围的部署。同时，如果一定范围节点数目较少则系统对单个节点的依赖性较强，容错性较差，可靠性不足。
[0003] ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
发明内容
[0004] 本发明是针对现状而提出的雨量实时监测节点。节点采用ZigBee技术实现一定范围内的数据通讯。
[0005] 本发明是雨量监测系统的一部分，雨量监测系统由监测中心和无线传感器网络组成，无线传感器网络分为多个子网络，每个子网络由一个数据基站和多个监测节点组成。监测节点通过传感器采集雨量信息，通过ZigBee模块将雨量信息汇聚到数据基站，数据基站将汇聚的信息通过GPRS模块将信息发送到距离较远的监测中心。同时，数据基站接受来自监测中心的命令，控制和改变本子网络中各个监测节点的状态。子网络采用ZigBee通讯方式相对于每个监测节点安装GPRS模块的方式大大降低了系统成本，同时大规模的部署监测节点可以大大的增加监测节点的容错性，减小对单个节点的依赖性。
[0006] 本发明雨量实时监测节点由控制器模块，电源管理模块，存储模块，信号采集模块和通讯模块组成。电源模块由3.3V电压电路和5V电压电路组成；信号采集模块由GPS定位模块和雨量信息采集电路组成。GPS定位模块采用嵌入式GPS Module U-BLOX LEA-5H模块。监测节点通过ZigBee模块接受来自数据基站的命令，采集雨量信息和位置信息。位置信息主要由GPS模块提供，控制器模块通过UART串口接收这些信息；雨量信息主要由雨量传感器采集，雨量传感器将信息转换为电流信号，该电流信号通过IV转换电路转变为标准电压信号，控制器内部集成的AD模块将电压信号转变为数字信号，控制器将这些数字信息处理后保存在存储模块或者将这些信息通过ZigBee模块发送到数据基站。
[0007] 所述的控制器模块电路由控制器Ul STM32F103V8T6、第一滤波电容Cl、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第一晶振Yl和第二晶振Y2组成。控制器UlSTM32F103V8T6的50引脚、75引脚、100引脚、28引脚、11引脚、22引脚与VDD3.3相连；控制器Ul STM32F103V8T6的49引脚、74引脚、99引脚、27引脚、10引脚、19引脚相连并接地；控制器Ul STM32F103V8T6的8引脚、第一晶振Yl的一端与第一滤波电容Cl的一端相连；控制器Ul STM32F103V8T6的9引脚、第一晶振Yl的另一端与第二滤波电容C2的一端相连；第一滤波电容Cl的另一端与第二滤波电容C2的另一端相连并接地；控制器Ul STM32F103V8T6的12引脚、第二晶振Y2的一端与第三滤波电容C3的一端相连；控制器Ul STM32F103V8T6的13引脚、第二晶振Y2的另一端与第四滤波电容C4的一端相连；第三滤波电容C3的另一端与第四滤波电容C4的另一端相连并接地。
[0008] 所述的5V电压转换电路由12V锂电池、电压转换芯片U2 MC7805E、第五滤波电容C5、第六滤波电容C6、第一极性电容C7和第二极性电容C8组成。12V锂电池与VDD12相连；电压转换芯片U2 MC7805E的I引脚、第一极性电容C7的阳极、第五滤波电容C5的一端与VDD12相连；电压转换芯片U2 MC7805E的2引脚、第一极性电容C7的阴极、第五滤波电容C5的另一端、第六滤波电容C6的一端与第二极性电容C8的阴极相连并接地；电压转换芯片U2 MC7805E的3引脚、第六滤波电容C6的另一端、第二极性电容C8的阳极与VDD5.0相连。
[0009] 所述的3.3V电压转换电路由3.3V电压转换芯片U3 LM1117、电源指示灯DS1、第十二滤波电容C12、第十滤波电容C10、第三极性电容C9和第四极性电容Cll组成。3.3V电压转换芯片U3 LMl117的3引脚、第十滤波电容ClO的一端、第三极性电容C9的阳极与VDD5.0相连；3.3V电压转换芯片U3 LMl 117的I引脚、第十滤波电容ClO的另一端、第三极性电容C9的阴极、第四极性电容Cll的阴极、第十二滤波电容C12的一端与电源指示灯DSl的2引脚相连并接地；3.3V电压转换芯片U3 LMl117的2引脚、第四极性电容Cll的阳极、第十二滤波电容C12的另一端、电源指示灯DSl的I引脚与VDD3.3相连。
[0010] 所述的存储模块电路由存储芯片U4 AT4OTB161D、第一电阻R1、第二电阻R2组成。存储芯片U4 AT4OTB161D的4引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA4引脚相连;存储芯片U4 AT45DB161D的8引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA6引脚相连；存储芯片U4 AT45DB161D的I引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA7引脚相连；存储芯片U4 AT45DB161D的2引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA5引脚相连；存储芯片U4AT45DB161D的6引脚、第一电阻Rl的一端、第二电阻R2的一端与VDD3.3相连；存储芯片U4AT45DB161D的3引脚与第一电阻Rl的另一端相连；存储芯片U4 AT45DB161D的5引脚、第二电阻R2的另一端与控制器Ul STM32F103V8T6的PA3引脚相连；存储芯片U4 AT45DB161D的7引脚接地。
[0011] 所述的信号采集模块电路由GPS定位模块插口 JP1、雨量传感器插口 JP2、第三电阻R3、第四电阻R4、第十三滤波电容C13和芯片U5A LM358组成。GPS定位模块插口 JPl的I引脚接地;GPS定位模块插口 JPl的2引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA9引脚相连；GPS定位模块插口 JPl的3引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PAlO引脚相连；GPS定位模块插口 JPl的4引脚与VDD5.0相连；雨量传感器插口 JP2的I引脚与VDD5.0相连；雨量传感器插口 JP2的2引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PCl引脚相连；雨量传感器插口 JP2的4引脚接地；雨量传感器插口 JP2的3引脚、第三电阻R3的一端与第四电阻R4的一端相连；第四电阻R4的另一端、第十三滤波电容C13的一端与U5A LM358的8引脚相连并接地；第三电阻R3的另一端、第十三滤波电容C13的另一端与U5A LM358的2引脚相连；U5ALM358的4引脚与VDD5.0相连；U5A LM358的I引脚、3引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PCO引脚相连。
[0012] 所述的通讯模块主要包括Zigbee模块插口 JP3。Zigbee模块插口 JP3的13引脚、15引脚、17引脚与VDD3.3相连；Zigbee模块插口 JP3的21引脚、23引脚、25引脚与27引脚相连并接地；Zigbee模块插口 JP3的18引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA2引脚相连；Zigbee模块插口 JP3的20引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA3引脚相连；Zigbee模块插口 JP3的其余引脚架空。
[0013] 发明的有益效果:本监测节点体积小，精度高，价格低廉，部署简单，通讯稳定，同时，大大提高了系统的成本以及监测系统的稳定性和容错性。
[0014] 附图说明。
[0015]图1为本发明的所在系统架构图。
[0016] 图2为本发明的硬件结构示意图。
[0017] 图3为本发明的控制器模块电路原理图。
[0018] 图4为本发明的5V电压转换电路原理图。
[0019] 图5为本发明的3.3V电压转换电路原理图。
[0020] 图6为本发明的存储模块电路原理图。
[0021]图7为本发明的信号采集模块电路原理图。
[0022] 图8为本发明的通讯模块电路原理图。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图对本发明中各个模块做具体的说明。
[0024] 如图1所示，雨量监测系统由监测中心和无线传感器网络组成，无线传感器网络分为多个子网络，每个子网络由一个数据基站和多个监测节点组成。监测节点通过传感器采集雨量信息，通过ZigBee模块将雨量信息汇聚到数据基站，数据基站将汇聚的信息通过GPRS模块将信息发送到距离较远的监测中心。同时，数据基站接受来自监测中心的命令，控制和改变本子网络中各个监测节点的状态。子网络采用ZigBee通讯方式相对于每个监测节点安装GPRS模块的方式大大降低了系统成本，同时大规模的部署监测节点可以大大的增加监测节点的容错性，减小对单个节点的依赖性。
[0025] 如图2所示，本发明雨量实时监测节点由控制器模块，电源管理模块，存储模块，信号采集模块和通讯模块组成。
[0026] 如图3所示，所述的控制器模块电路由控制器Ul STM32F103V8T6、第一滤波电容Cl、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第一晶振Yl和第二晶振Y2组成。控制器Ul STM32F103V8T6的50引脚、75引脚、100引脚、28引脚、11引脚、22引脚与VDD3.3相连；控制器Ul STM32F103V8T6的49引脚、74引脚、99引脚、27引脚、10引脚、19引脚相连并接地；控制器Ul STM32F103V8T6的8引脚、第一晶振Yl的一端与第一滤波电容Cl的一端相连；控制器Ul STM32F103V8T6的9引脚、第一晶振Yl的另一端与第二滤波电容C2的一端相连；第一滤波电容Cl的另一端与第二滤波电容C2的另一端相连并接地；控制器UlSTM32F103V8T6的12引脚、第二晶振Y2的一端与第三滤波电容C3的一端相连；控制器UlSTM32F103V8T6的13引脚、第二晶振Y2的另一端与第四滤波电容C4的一端相连；第三滤波电容C3的另一端与第四滤波电容C4的另一端相连并接地。
[0027] 如图4所示，所述的5V电压转换电路由12V锂电池、电压转换芯片U2 MC7805E、第五滤波电容C5、第六滤波电容C6、第一极性电容C7和第二极性电容C8组成。12V锂电池与VDD12相连；电压转换芯片U2 MC7805E的I引脚、第一极性电容C7的阳极、第五滤波电容C5的一端与VDD12相连；电压转换芯片U2 MC7805E的2引脚、第一极性电容C7的阴极、第五滤波电容C5的另一端、第六滤波电容C6的一端与第二极性电容C8的阴极相连并接地；电压转换芯片U2 MC7805E的3引脚、第六滤波电容C6的另一端、第二极性电容C8的阳极与VDD5.0相连。
[0028] 如图5所示，所述的3.3V电压转换电路由3.3V电压转换芯片U3 LM1117、电源指示灯DSl、第十二滤波电容C12、第十滤波电容ClO、第三极性电容C9和第四极性电容Cll组成。3.3V电压转换芯片U3 LMl117的3引脚、第十滤波电容ClO的一端、第三极性电容C9的阳极与VDD5.0相连；3.3V电压转换芯片U3 LMl117的I引脚、第十滤波电容ClO的另一端、第三极性电容C9的阴极、第四极性电容Cll的阴极、第十二滤波电容C12的一端与电源指示灯DSl的2引脚相连并接地;3.3V电压转换芯片U3 LMl117的2引脚、第四极性电容Cll的阳极、第十二滤波电容C12的另一端、电源指示灯DSl的I引脚与VDD3.3相连。
[0029] 如图6所示，所述的存储模块电路由存储芯片U4 AT4OTB161D、第一电阻R1、第二电阻R2组成。存储芯片U4 AT45DB161D的4引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA4引脚相连；存储芯片U4 AT45DB161D的8引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA6引脚相连；存储芯片U4 AT45DB161D的I引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA7引脚相连；存储芯片U4 AT45DB161D的2引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA5引脚相连；存储芯片U4AT45DB161D的6引脚、第一电阻Rl的一端、第二电阻R2的一端与VDD3.3相连；存储芯片U4AT45DB161D的3引脚与第一电阻Rl的另一端相连；存储芯片U4 AT45DB161D的5引脚、第二电阻R2的另一端与控制器Ul STM32F103V8T6的PA3引脚相连；存储芯片U4 AT45DB161D的7引脚接地。
[0030] 如图7所示，所述的信号采集模块电路由GPS定位模块插口 JP1、雨量传感器插口 JP2、第三电阻R3、第四电阻R4、第十三滤波电容C13和芯片U5A LM358组成。GPS定位模块插口 JPl的I引脚接地;GPS定位模块插口 JPl的2引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA9引脚相连；GPS定位模块插口 JPl的3引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PAlO引脚相连;GPS定位模块插口 JPl的4引脚与VDD5.0相连;雨量传感器插口 JP2的I引脚与VDD5.0相连;雨量传感器插口 JP2的2引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PCl引脚相连；雨量传感器插口 JP2的4引脚接地；雨量传感器插口 JP2的3引脚、第三电阻R3的一端与第四电阻R4的一端相连；第四电阻R4的另一端、第十三滤波电容C13的一端与U5A LM358的8引脚相连并接地；第三电阻R3的另一端、第十三滤波电容C13的另一端与U5A LM358的2引脚相连；U5A LM358的4引脚与VDD5.0相连；U5A LM358的I引脚、3引脚与控制器Ul STM32F103V8T6 的 PCO 引脚相连。
[0031] 如图8所示，所述的通讯模块主要包括Zigbee模块插口 JP3。Zigbee模块插口JP3的13引脚、15引脚、17引脚与VDD3.3相连；Zigbee模块插口 JP3的21引脚、23引脚、25引脚与27引脚相连并接地；Zigbee模块插口 JP3的18引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA2引脚相连；Zigbee模块插口 JP3的20引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA3引脚相连；Zigbee模块插口 JP3的其余引脚架空。
[0032] 节点的工作流程如下:监测节点通过ZigBee模块接受来自数据基站的命令，采集雨量信息和位置信息。位置信息主要由GPS模块提供，控制器模块通过UART串口接收这些信息；雨量信息主要由雨量传感器采集，雨量传感器将信息转换为电流信号，该电流信号通过IV转换电路转变为标准电压信号，控制器内部集成的AD模块将电压信号转变为数字信号，控制器将这些数字信息处理后保存在存储模块或者将这些信息通过ZigBee模块发送到数据基站。

Claims (1)

1.雨量实时监测节点由控制器模块，电源管理模块，存储模块，信号采集模块和通讯模块组成；电源模块由3.3V电压电路和5V电压电路组成；信号采集模块由GPS定位模块和雨量信息采集电路组成；GPS定位模块采用嵌入式GPS Module U-BLOX LEA-5H模块；监测节点通过ZigBee模块接受来自数据基站的命令，采集雨量信息和位置信息；位置信息主要由GPS模块提供，控制器模块通过UART串口接收这些信息；雨量信息主要由雨量传感器采集，雨量传感器将信息转换为电流信号，该电流信号通过IV转换电路转变为标准电压信号，控制器内部集成的AD模块将电压信号转变为数字信号，控制器将这些数字信息处理后保存在存储模块或者将这些信息通过ZigBee模块发送到数据基站； 所述的控制器模块电路由控制器Ul STM32F103V8T6、第一滤波电容Cl、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第一晶振Yl和第二晶振Y2组成；控制器UlSTM32F103V8T6的50引脚、75引脚、100引脚、28引脚、11引脚、22引脚与VDD3.3相连；控制器Ul STM32F103V8T6的49引脚、74引脚、99引脚、27引脚、10引脚、19引脚相连并接地；控制器Ul STM32F103V8T6的8引脚、第一晶振Yl的一端与第一滤波电容Cl的一端相连；控制器Ul STM32F103V8T6的9引脚、第一晶振Yl的另一端与第二滤波电容C2的一端相连；第一滤波电容Cl的另一端与第二滤波电容C2的另一端相连并接地；控制器Ul STM32F103V8T6的12引脚、第二晶振Y2的一端与第三滤波电容C3的一端相连；控制器Ul STM32F103V8T6的13引脚、第二晶振Y2的另一端与第四滤波电容C4的一端相连；第三滤波电容C3的另一端与第四滤波电容C4的另一端相连并接地； 所述的5V电压转换电路由12V锂电池、电压转换芯片U2 MC7805E、第五滤波电容C5、第六滤波电容C6、第一极性电容C7和第二极性电容C8组成；12V锂电池与VDD12相连；电压转换芯片U2 MC7805E的I引脚、第一极性电容C7的阳极、第五滤波电容C5的一端与VDD12相连；电压转换芯片U2 MC7805E的2引脚、第一极性电容C7的阴极、第五滤波电容C5的另一端、第六滤波电容C6的一端与第二极性电容C8的阴极相连并接地；电压转换芯片U2MC7805E的3引脚、第六滤波电容C6的另一端、第二极性电容C8的阳极与VDD5.0相连；所述的3.3V电压转换电路由3.3V电压转换芯片U3 LMl117、电源指示灯DSl、第十二滤波电容C12、第十滤波电容C10、第三极性电容C9和第四极性电容CU组成；3.3V电压转换芯片U3 LMl117的3引脚、第十滤波电容ClO的一端、第三极性电容C9的阳极与VDD5.0相连；3.3V电压转换芯片U3 LMl117的I引脚、第十滤波电容ClO的另一端、第三极性电容C9的阴极、第四极性电容Cll的阴极、第十二滤波电容C12的一端与电源指示灯DSl的2引脚相连并接地；3.3V电压转换芯片U3 LMl117的2引脚、第四极性电容Cll的阳极、第十二滤波电容C12的另一端、电源指示灯DSl的I引脚与VDD3.3相连； 所述的存储模块电路由存储芯片U4 AT4OTB161D、第一电阻R1、第二电阻R2组成；存储芯片U4 AT45DB161D的4引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA4引脚相连；存储芯片U4 AT45DB161D的8引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA6引脚相连；存储芯片U4 AT45DB161D的I引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA7引脚相连；存储芯片U4 AT45DB161D的2引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA5引脚相连；存储芯片U4AT45DB161D的6引脚、第一电阻Rl的一端、第二电阻R2的一端与VDD3.3相连；存储芯片U4AT45DB161D的3引脚与第一电阻Rl的另一端相连；存储芯片U4 AT45DB161D的5引脚、第二电阻R2的另一端与控制器Ul STM32F103V8T6的PA3引脚相连；存储芯片U4 AT45DB161D的7引脚接地； 所述的信号采集模块电路由GPS定位模块插口 JPl、雨量传感器插口 JP2、第三电阻R3、第四电阻R4、第十三滤波电容C13和芯片U5A LM358组成；GPS定位模块插口 JPl的I引脚接地；GPS定位模块插口 JPl的2引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA9引脚相连；GPS定位模块插口 JPl的3引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PAlO引脚相连；GPS定位模块插口 JPl的4引脚与VDD5.0相连;雨量传感器插P JP2的I引脚与VDD5.0相连;雨量传感器插口 JP2的2引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PCl引脚相连；雨量传感器插口 JP2的4引脚接地；雨量传感器插口 JP2的3引脚、第三电阻R3的一端与第四电阻R4的一端相连；第四电阻R4的另一端、第十三滤波电容C13的一端与U5A LM358的8引脚相连并接地；第三电阻R3的另一端、第十三滤波电容C13的另一端与U5A LM358的2引脚相连；U5A LM358的4引脚与VDD5.0相连；U5A LM358的I引脚、3引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PCO引脚相连； 所述的通讯模块主要包括Zigbee模块插口 JP3 ;Zigbee模块插口 JP3的13引脚、15引脚、17引脚与VDD3.3相连；Zigbee模块插口 JP3的21引脚、23引脚、25引脚与27引脚相连并接地;Zigbee模块插口 JP3的18引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA2引脚相连；Zigbee模块插口 JP3的20引脚与控制器Ul STM32F103V8T6的PA3引脚相连；Zigbee模块插口 JP3的其余引脚架空。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106251603A (zh) * 2016-09-10 2016-12-21 洛阳理工学院 一种无线传感器系统及无线传感器装置
CN106873389A (zh) * 2017-02-16 2017-06-20 深圳市丰巨泰科电子有限公司 智能家居控制系统硬件架构

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PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150701

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication