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专利号: 2015101494291
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于无线传感网的水质多参数在线监测系统,其特征在于:包括至少三个水质多参数监测浮标节点、至少三个汇聚节点、一个网关节点和一个监控中心或数据服务端;其中,所述的水质多参数监测浮标节点形成的多跳自组织网络与所述的汇聚节点连接,所述的汇聚节点形成的多跳自组织网络与所述的网关节点连接,所述的网关节点与所述的监控中心或数据服务端连接。

2.如权利要求1所述的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统,其特征在于:所述的水质多参数监测浮标节点包括用于处理传感数据的第一微控制器单元;用于调理微弱电信号的信号调理电路模块;用于与汇聚节点以及其它水质多参数监测浮标节点相互通信的第一无线通信单元;用于串口通信、烧录程序和北斗定位模块对接口的第一串口单元;

用于采集物理环境数据的传感器模块;以及用于为第一微控制器单元、信号调理电路模块、第一无线通信单元、第一串口单元和传感器模块供电的第一太阳能供电单元;所述的传感器模块与信号调理电路模块连接,所述的信号调理电路模块与第一微控制器单元连接,所述的第一串口单元和第一无线通信单元均与第一微控制器单元连接,所述的第一无线通信单元与第二无线通信单元以及其它水质多参数监测浮标节点的第一无线通信单元连接,所述的传感器模块、信号调理电路模块、第一微控制器单元、第一无线通信单元以及第一串口单元均与第一太阳能供电单元连接。

3.如权利要求2所述的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统,其特征在于:所述的传感器模块为以下一种或至少两种以上组合:(1)用于采集水中溶解氧含量的溶解氧传感器;(2)用于采集水中浊度情况的浊度传感器;(3)用于采集水中PH值的PH传感器;

(4)用于采集水中余氯浓度的余氯传感器;(5)用于采集水的电导率情况的电导率传感器。

4.如权利要求3所述的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统,其特征在于:所述的第一微控制器单元电路中,单片机U1_1的6脚、11脚、21~22脚、28脚、50脚、75脚、

100脚与+3.3V直流稳压电压连接,10脚、19~20脚、27脚、49脚、74脚、99脚接地,8脚经电容C1_1后接地,9脚经电容C2_1后接地,12脚经电容C3_1后接地,13脚经电容C4_1后接地,晶振Y1_1的两端分别与单片机U1_1的8脚、9脚连接,晶振Y2_1的两端分别与单片机U1_1的12脚、13脚连接;单片机U1_1的14脚经按键S1_1后接地,14脚经电容C5_1后接地,14脚经电阻R1_1后与+3.3V直流稳压电压连接,15~18脚分别与集成运算放大器U8_1的1脚、7脚、8脚、14脚连接,24~26脚、29~32脚、67脚、70~71脚分别与射频收发芯片U3_1的29~30脚、21脚、31~32脚、34脚、33脚、41脚、28脚、27脚连接,33~34脚分别与集成运算放大器U9_1的1脚、7脚连接,37脚与锁扣开关S3_1的2脚连接;锁扣开关S3_1的1脚经电阻R8_1后与+3.3V直流稳压电压连接,3脚接地;单片机U1_1的68~69脚分别与电平转换芯片U2_1的10脚、9脚连接,94脚与锁扣开关S2_1的2脚连接;锁扣开关S2_1的1脚经电阻R7_1后与+3.3V直流稳压电压连接,3脚接地;单片机U1_1的97~98脚、1~5脚、

38~46脚、23脚、35~36脚、89~91脚分别与预留接口J9_1的1~22脚连接,92~93脚、95~96脚、47~48脚、51~54脚、63~66脚、78~85脚分别与预留接口J10_1的1~22脚连接,86~88脚、

55~62脚分别与预留接口J11_1的1~11脚连接;预留接口J11_1的12~16脚接地,17~22脚与+3.3.V直流稳压电压连接;电容C40_1、电容C41_1、电容C42_1、电容C43_1是去耦电容,它们并联在+3.3V直流稳压电压和地之间。

5.如权利要求2所述的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统,其特征在于:所述的水质多参数监测浮标节点包括用于防尘防水无缝对接的第一层保护壳和第二层保护壳,用于无缝对接的传感器接口,以及放置在第一层保护壳和第二层保护壳之间的太阳能电池板。

6.如权利要求2所述的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统,其特征在于:所述的信号调理电路模块包括用于电压转换的信号分压电路;用于信号滤波的RC滤波电路;

用于信号放大的放大电路;以及电压跟随电路。

7.如权利要求1所述的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统,其特征在于:所述的汇聚节点包括用于处理接收和发送数据的第二微控制器单元;用于与水质多参数监测浮标节点、网关节点以及其它汇聚节点相互通信的第二无线通信单元;用于串口通信、烧录程序和北斗定位模块对接口第二串口单元;用于暂存数据的第一存储单元;用于连接有线网络的第一以太网接口模块;以及用于为第二微控制器单元、第二无线通信单元、第二串口单元、第一存储单元以及第一以太网接口模块供电的第二供电单元;所述的第二无线通信单元、第二串口单元、第一以太网接口模块以及第一存储单元均与第二微控制器单元连接,所述的第二无线通信单元与第一无线通信单元、第三无线通信单元以及其它汇聚节点的第二无线通信单元连接,所述的第二无线通信单元、第二串口单元、第一以太网接口模块、第一存储单元以及第二微控制器单元均与第二供电单元连接。

8.如权利要求7所述的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统,其特征在于:所述的第二微控制器单元电路:单片机U1_2的6脚、11脚、21~22脚、28脚、50脚、75脚、100脚分别与+3.3V直流稳压电压连接,10脚、19~20脚、27脚、49脚、74脚、99脚接地,8脚经电容C1_2后接地,9脚经电容C2_2后接地,12脚经电容C3_2后接地,13脚经电容C4_2后接地,晶振Y1_2的两端分别与单片机U1_2的8脚、9脚连接,晶振Y2_2的两端分别与单片机U1_2的12脚、13脚连接;单片机U1_2的14脚经按键S1_2后接地,14脚经电容C5_2后接地,14脚经电阻R1_2后与+3.3V直流稳压电压连接,24~26脚、29~32脚、67脚、70~71脚分别与射频收发芯片U3_2的29~30脚、21脚、31~32脚、34脚、33脚、41脚、28脚、27脚连接,37脚与锁扣开关S4_2的2脚连接;锁扣开关S4_2的1脚经电阻R17_2后与+3.3V直流稳压电压连接,3脚接地;单片机U1_2的47~48脚、51~54脚分别与以太网控制器U4_2的

4脚、6~10脚连接,68~69脚分别与电平转换芯片U2_2的10脚、9脚连接,63~66脚、78~79脚、81~88脚分别与存储芯片U8_2的7脚、17~18脚、8脚、16脚、9脚、29~32脚、41~44脚连接,94脚与锁扣开关S3_2的2脚连接;锁扣开关S3_2的1脚经电阻R16_2后与+3.3V直流稳压电压连接,3脚接地;单片机U1_2的97~98脚、1~5脚、38~46脚、23脚、72脚、76~77脚、35~36脚分别与预留接口J5_2的1~22脚连接,89~93脚、95~96脚、15~18脚、33~34脚、

55~62脚分别与预留接口J4_2的1~14脚连接,预留接口J4_2的22~24脚接地,25~28脚与+3.3V直流稳压电压连接;电容C40_2、电容C41_2、电容C42_2、电容C43_2是去耦电容,它们并联在+3.3V直流稳压电压和地之间。

9.如权利要求1所述的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统,其特征在于:所述的网关节点包括用于处理接收和转换数据的第三微控制器单元;用于与汇聚节点相互通信的第三无线通信单元;用于串口通信、烧录程序和北斗定位模块对接口的第三串口单元;

用于暂存数据的第二存储单元;用于连接有线网络的第二以太网接口模块;以及用于为第三微控制器单元、第三无线通信单元、第三串口单元、第二存储单元以及第二以太网接口模块供电的第三供电单元;所述的第三无线通信单元、第三串口单元、第二以太网接口模块以及第二存储单元均与第三微控制器单元连接,所述的第三无线通信单元与第二无线通信单元连接,所述的第三无线通信单元、第三串口单元、第二以太网接口模块、第二存储单元以及第三微控制器单元均与第三供电单元连接。

10.一种采用如权利要求1至9任意一项所述的基于无线传感网的水质多参数在线监测系统的监测方法,其特征在于:包括如下步骤:

1),通过水质多参数监测浮标节点采集水下PH值、电导率、溶解氧、浊度、余氯浓度,通过水质多参数监测浮标节点的第一无线通信单元与汇聚节点的第二无线通信单元以及其它水质多参数监测浮标节点的第一无线通信单元相互通信,以多跳方式传输数据至汇聚节点;

2),汇聚节点将接收到的有效信息进行处理融合并暂存于第一存储单元中,通过汇聚节点的第二无线通信单元与网关节点的第三无线通信单元以及其它汇聚节点的第二无线通信单元相互通信,以多跳方式传输数据至网关节点;

3),网关节点通过其第三无线通信单元与汇聚节点的第二无线通信单元通信,网关节点的第二以太网接口模块与监控中心或数据服务端连接,将接收到的无线传感数据转换成有线网络数据,监控中心或数据服务端通过Internet网络发布水质状况信息。