基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的閘門自動控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的閘門自動控制系統(tǒng)，包括布置在閘門附近的多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)，無線傳感器節(jié)點(diǎn)與啟閉機(jī)控制儀表之間無線通訊，啟閉機(jī)控制儀表的輸入輸出端與主控計(jì)算機(jī)的輸入輸出端相連。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，由于設(shè)置多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)不僅能檢測閘門開度和荷重量的變化，還能同時(shí)監(jiān)測閘門附近水位、流速和水溫的變化，使得控制系統(tǒng)能依據(jù)更多的水文信息對閘門進(jìn)行調(diào)度控制，增強(qiáng)了控制的科學(xué)性和可靠性；而且無線傳輸方式與傳統(tǒng)有線方式相比，簡化了現(xiàn)場布線難度，避免數(shù)據(jù)通信由于信號線老化或損壞而中斷，日常維護(hù)更加方便。
【專利說明】基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的閘門自動控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及水利閘門自動控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 閘門自動控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，國內(nèi)現(xiàn)有的閘門自動控制系統(tǒng)，在閘門的升降過程中只能檢測閘門的開度 值和荷重量這兩個(gè)參數(shù)，而且傳感器和閘門控制儀表之間都是通過有線電纜連接，因此，此 類閘門控制系統(tǒng)存在以下缺陷：第一，無法檢測水位、流速、水溫等重要水文信息，當(dāng)汛期水 位和流速變化較大以及冬季水溫較低出現(xiàn)冰凌時(shí)，無法自動根據(jù)水文信息的變化對閘門的 運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，存在安全隱患；第二，暴露的傳感器有線電纜在閘門運(yùn)行過程中容 易損壞，并會受到動力電纜中大信號的干擾，導(dǎo)致控制儀表接收到錯(cuò)誤信號而誤動作，影響 閘門的正常運(yùn)行。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠通過無線傳感器節(jié)點(diǎn)來檢測閘門附近的重 要水文信息，增強(qiáng)了閘門調(diào)控過程的科學(xué)性、可靠性和穩(wěn)定性的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的閘 門自動控制系統(tǒng)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案：一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 閘門自動控制系統(tǒng)，包括布置在閘門附近的多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)，無線傳感器節(jié)點(diǎn)與啟閉 機(jī)控制儀表之間無線通訊，啟閉機(jī)控制儀表的輸入輸出端與主控計(jì)算機(jī)的輸入輸出端相 連。
[0005] 所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)為8個(gè)；所述各無線傳感器節(jié)點(diǎn)與啟閉機(jī)控制儀表組 成星形無線網(wǎng)絡(luò)；所述啟閉機(jī)控制儀表通過串行總線與主控計(jì)算機(jī)相連。
[0006] 所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)包括用于采集水文信息的傳感器，傳感器的輸出端與信號調(diào) 理模塊的輸入端相連，信號調(diào)理模塊的輸出端與AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換模塊的 輸出端與信號處理模塊的輸入端相連，信號處理模塊的輸出端分別與顯示模塊、無線通信 模塊的輸入端相連。
[0007] 所述啟閉機(jī)控制儀表通過RS232通信模塊與主控計(jì)算機(jī)相連。
[0008] 所述傳感器為水位傳感器、流速傳感器、溫度傳感器、荷重傳感器和開度傳感器中 的任意一種。
[0009] 所述信號處理模塊包括STC11F32XE單片機(jī)，所述AD轉(zhuǎn)換模塊采用CS5550芯片， 其15、16引腳與信號調(diào)理模塊的輸出端相連，其19、23、7、6、5引腳分別與STC11F32XE單片 機(jī)的P3. 3、P1. 7、P3. 2、P1. 5、P1. 6引腳相連，其1腳通過晶振Y1與其24腳相連，其13腳 接地，其11、12腳并聯(lián)后通過電容C53接地，其14引腳分別與電阻R48、電容C55的一端相 連，電阻R48的另一端接+5V直流電，電容C55的另一端接地。
[0010] 所述顯示模塊包括驅(qū)動電路及數(shù)碼管，所述驅(qū)動電路采用驅(qū)動芯片TM1620,其2、 3、4、5、6、7、8、9引腳分別與數(shù)碼管的A、B、C、D、E、F、G、DP引腳相連，其17、16、14、13引腳 分別與數(shù)碼管的位選引腳D1、D2、D3、D4相連，其20、19、18引腳分別與STC11F32XE單片機(jī) 的卩1.2、卩1.3、卩1.4引腳相連。
[0011] 所述無線通信模塊包括無線通信芯片IC1，無線通信芯片IC1采用RN630芯片，其 1腳接地，其1、2腳之間接陶瓷電容C3,其3、4腳分別與STC11F32XE單片機(jī)的P3. 0、P3. 1 弓丨腳相連，其6、7、9腳懸空。
[0012] 由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，由于設(shè)置多個(gè)無線傳感器 節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)不僅能檢測閘門開度和荷重量的變化，還能同時(shí)監(jiān)測閘門附近水位、流速和水溫 的變化，使得控制系統(tǒng)能依據(jù)更多的水文信息對閘門進(jìn)行調(diào)度控制，增強(qiáng)了控制的科學(xué)性 和可靠性；而且無線傳輸方式與傳統(tǒng)有線方式相比，簡化了現(xiàn)場布線難度，避免數(shù)據(jù)通信由 于信號線老化或損壞而中斷，日常維護(hù)更加方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是本實(shí)用新型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。
[0014] 圖2是圖1中無線傳感器節(jié)點(diǎn)的電路框圖。
[0015] 圖3、4、5、6分別是圖2中AD轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊的數(shù)碼管、顯示模塊的驅(qū)動電路、 無線通信模塊的電路原理圖。
[0016] 圖7是本實(shí)用新型的監(jiān)控界面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的閘門自動控制系統(tǒng)，包括布置在閘門附近的多個(gè)無線 傳感器節(jié)點(diǎn)1，無線傳感器節(jié)點(diǎn)1與啟閉機(jī)控制儀表2之間無線通訊，啟閉機(jī)控制儀表2的 輸入輸出端與主控計(jì)算機(jī)4的輸入輸出端相連。所述啟閉機(jī)控制儀表2的輸入輸出端通過 串行總線3與主控計(jì)算機(jī)4的輸入輸出端相連，如圖1所示。所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)1的個(gè) 數(shù)為8個(gè)；所述各無線傳感器節(jié)點(diǎn)1與啟閉機(jī)控制儀表2組成星形無線網(wǎng)絡(luò)；所述啟閉機(jī)控 制儀表2通過串行總線3與主控計(jì)算機(jī)4相連。本系統(tǒng)在工作時(shí)構(gòu)建的無線網(wǎng)絡(luò)為星形網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，啟閉機(jī)控制儀表2作為無線網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，其它無線傳感器節(jié)點(diǎn)1與啟閉機(jī) 控制儀表2通信并上傳采集的數(shù)據(jù)，啟閉機(jī)控制儀表2對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析和處理，然后將 一部分?jǐn)?shù)據(jù)再傳輸給主控室中的主控計(jì)算機(jī)4。
[0018] 如圖2所示，所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)1包括用于采集水文信息的傳感器，傳感器的輸 出端與信號調(diào)理模塊的輸入端相連，信號調(diào)理模塊的輸出端與AD轉(zhuǎn)換模塊5的輸入端相 連，AD轉(zhuǎn)換模塊5的輸出端與信號處理模塊6的輸入端相連，信號處理模塊6的輸出端分 別與顯示模塊7、無線通信模塊8的輸入端相連。所述傳感器為水位傳感器、流速傳感器、溫 度傳感器、荷重傳感器和開度傳感器中的任意一種。傳感器將檢測到的物理量轉(zhuǎn)換成電信 號，然后送入信號調(diào)理模塊進(jìn)行濾波、放大，再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊5進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字 信號經(jīng)信號處理模塊6分析和處理，并打包成特定格式的數(shù)據(jù)幀，每隔一段時(shí)間將數(shù)據(jù)幀 發(fā)送至無線網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)處的啟閉機(jī)控制儀表2,發(fā)送數(shù)據(jù)的間隔時(shí)間可以設(shè)置，如果間隔 時(shí)間長，相應(yīng)的電池使用壽命就長，反之電池使用壽命則短。
[0019] 如圖3所示，所述信號處理模塊6包括STC11F32XE單片機(jī)，所述AD轉(zhuǎn)換模塊5采 用CS5550芯片，其15、16引腳與信號調(diào)理模塊的輸出端相連，其19、23、7、6、5引腳分別與 STC11F32XE單片機(jī)的P3. 3、P1. 7、P3. 2、P1. 5、P1. 6引腳相連，其1腳通過晶振Y1與其24 腳相連，其13腳接地，其11、12腳并聯(lián)后通過電容C53接地，其14引腳分別與電阻R48、電 容C55的一端相連，電阻R48的另一端接+5V直流電，電容C55的另一端接地。為了保證檢 測精度，系統(tǒng)采用了 24位高精度AD轉(zhuǎn)換器CS5550芯片，AD轉(zhuǎn)換的參考電壓采用芯片內(nèi)部 自帶的2. 5V基準(zhǔn)電壓，因此將CS5550芯片的VFOUT引腳連接到VFIN引腳，并通過陶瓷電容 C53接地，減小噪聲信號對基準(zhǔn)電壓的干擾。傳感器的輸出信號為mV級的差分電壓信號，從 CS5550芯片的AIN1+和AIN1-引腳輸入。CS5550芯片工作所需要的電源由系統(tǒng)中的5V模擬 電源和5V數(shù)字電源共同提供，其中5V模擬電源接VA+引腳，5V數(shù)字電源接VDD引腳。CS5550 芯片的片選引腳為

【權(quán)利要求】
1. 一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的閘門自動控制系統(tǒng)，其特征在于：包括布置在閘門附近 的多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)（1)，無線傳感器節(jié)點(diǎn)（1)與啟閉機(jī)控制儀表（2)之間無線通訊，啟 閉機(jī)控制儀表（2)的輸入輸出端與主控計(jì)算機(jī)（4)的輸入輸出端相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的閘門自動控制系統(tǒng)，其特征在于：所 述無線傳感器節(jié)點(diǎn)（1)的個(gè)數(shù)為8個(gè)；所述各無線傳感器節(jié)點(diǎn)（1)與啟閉機(jī)控制儀表（2)組 成星形無線網(wǎng)絡(luò)；所述啟閉機(jī)控制儀表（2)通過串行總線（3)與主控計(jì)算機(jī)（4)相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的閘門自動控制系統(tǒng)，其特征在于：所 述無線傳感器節(jié)點(diǎn)（1)包括用于采集水文信息的傳感器，傳感器的輸出端與信號調(diào)理模塊 的輸入端相連，信號調(diào)理模塊的輸出端與AD轉(zhuǎn)換模塊（5)的輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換模塊（5) 的輸出端與信號處理模塊（6)的輸入端相連，信號處理模塊（6)的輸出端分別與顯不模塊 (7)、無線通信模塊（8)的輸入端相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的閘門自動控制系統(tǒng)，其特征在于：所 述啟閉機(jī)控制儀表（2)通過RS232通信模塊與主控計(jì)算機(jī)（4)相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的閘門自動控制系統(tǒng)，其特征在于：所 述傳感器為水位傳感器、流速傳感器、溫度傳感器、荷重傳感器和開度傳感器中的任意一 種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的閘門自動控制系統(tǒng)，其特征在于：所 述信號處理模塊（6)包括STC11F32XE單片機(jī)，所述AD轉(zhuǎn)換模塊（5)采用CS5550芯片，其 15、16引腳與信號調(diào)理模塊的輸出端相連，其19、23、7、6、5引腳分別與STC11F32XE單片機(jī) 的P3. 3、P1. 7、P3. 2、P1. 5、P1. 6引腳相連，其1腳通過晶振Y1與其24腳相連，其13腳接 地，其11、12腳并聯(lián)后通過電容C53接地，其14引腳分別與電阻R48、電容C55的一端相連， 電阻R48的另一端接+5V直流電，電容C55的另一端接地。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的閘門自動控制系統(tǒng)，其特征在于：所 述顯示模塊（7)包括驅(qū)動電路及數(shù)碼管，所述驅(qū)動電路采用驅(qū)動芯片TM1620,其2、3、4、5、 6、7、8、9引腳分別與數(shù)碼管的A、B、C、D、E、F、G、DP引腳相連，其17、16、14、13引腳分別與數(shù) 碼管的位選引腳D1、D2、D3、D4相連，其20、19、18引腳分別與STC11F32XE單片機(jī)的P1.2、 PI. 3、P1. 4引腳相連。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的閘門自動控制系統(tǒng)，其特征在于：所 述無線通信模塊（8)包括無線通信芯片IC1，無線通信芯片IC1采用RN630芯片，其1腳接 地，其1、2腳之間接陶瓷電容C3,其3、4腳分別與STC11F32XE單片機(jī)的P3. 0、P3. 1引腳相 連，其6、7、9腳懸空。
【文檔編號】G05B19/418GK204065791SQ201420299014
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】羅少軒, 喬愛民, 李媛媛, 張新庭, 楊仁好 申請人:蚌埠學(xué)院