一種多功能低功耗水環(huán)境無線數(shù)據(jù)采集器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及水環(huán)境無線通信數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，尤其涉及一種采用ZigBee及GPRS通信方式的水環(huán)境據(jù)無線采集器，可廣泛用于水文，水質(zhì)，氣象等領(lǐng)域的環(huán)境等數(shù)據(jù)實(shí)時米集。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國工業(yè)化社會的飛速發(fā)展，城鎮(zhèn)人口增加，水資源日益緊缺，水體、空氣等污染狀況日趨嚴(yán)重，水環(huán)境的實(shí)時檢測系統(tǒng)，特別是無線檢測系統(tǒng)的需求也在增加，而其中的無線數(shù)據(jù)采集器功能較為單一，通用性不強(qiáng)。如單一功能的GPRS無線數(shù)據(jù)采集器、ZigBee無線數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，無數(shù)據(jù)采集功能的ZigBee轉(zhuǎn)GPRS網(wǎng)關(guān)等。組網(wǎng)進(jìn)所需數(shù)據(jù)采集器數(shù)量及品種較多，成本較高，管理維修有所不便。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型主要解決現(xiàn)有水環(huán)境無線數(shù)據(jù)采集器功能單一、通用不強(qiáng)等問題，提供一種用ZigBee及GPRS通信方式的水環(huán)境無線采集器，具體技術(shù)方案如下:
[0004]一種多功能低功耗水環(huán)境無線數(shù)據(jù)采集器，包括MSP430單片機(jī)及外圍電路、GPRS無線通信模塊、ZigBee無線通信模塊、DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電路、液晶顯示電路，所述DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電路和GPRS無線通信模塊連接，DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電路通過低壓差直流穩(wěn)壓電路和MSP430單片機(jī)及外圍電路、ZigBee無線通信模塊連接；RS485接口、鍵盤電路和MSP430單片機(jī)及外圍電路連接，傳感器信號調(diào)理電路、外部看門狗、液晶顯示電路、外部存貯器、RTC時鐘也和MSP430單片機(jī)及外圍電路連接。
[0005]進(jìn)一步的，所述DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電路由LM25575 DC-DC開關(guān)集成穩(wěn)壓芯片構(gòu)成。
[0006]進(jìn)一步的，所述鍵盤電路采用獨(dú)立式鍵盤電路，共4個鍵盤。
[0007]進(jìn)一步的，所述傳感器信號調(diào)理電路包括開信號信號調(diào)理電路、直流電壓信號調(diào)理電路和4-20mA信號調(diào)理電路和另一 RS485接口。
[0008]進(jìn)一步的，所述外部看門狗采用TPS3823看門狗芯片。
[0009]進(jìn)一步的，所述外部存貯器采用AT4OTB161貯存器。
[0010]本實(shí)用新型所用ZigBee及GPRS模塊采用可插拔結(jié)構(gòu)，具有以下四種功能:
[0011](I) ZigBee無線數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)功能。此模式下，不用GPRS模塊，數(shù)據(jù)采集器便成為可采集多種數(shù)據(jù)的ZigBee無線數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)。
[0012](2) GPRS無線數(shù)據(jù)采集器功能。此模式下，不用ZigBee模塊，數(shù)據(jù)采集器便成為可采集多種數(shù)據(jù)的GPRS無線數(shù)據(jù)采集器。
[0013](3)有線數(shù)據(jù)采集器功能。此模式下，不用GPRS、ZigBee模塊，數(shù)據(jù)采集器便成為可采集多種數(shù)據(jù)的有線數(shù)據(jù)采集器，并通過RS485接口有線傳輸采集數(shù)據(jù)。
[0014](4)帶有數(shù)據(jù)采集功能的ZigBee轉(zhuǎn)GPRS網(wǎng)關(guān)功能。此狀態(tài)下不僅能用作ZigBee轉(zhuǎn)GPRS網(wǎng)關(guān)，同時還起到有線數(shù)據(jù)采集器的作用，可以節(jié)省多個ZigBee無線傳感節(jié)點(diǎn)。如將本數(shù)據(jù)采集器安裝于其中的一個傳感器上，如雨量傳感器，其開關(guān)量數(shù)據(jù)可通過本采集器進(jìn)行采集，同時還可將附近安裝的傳感器通過有線的方式進(jìn)行采集，而安裝較遠(yuǎn)的傳感器數(shù)據(jù)，則可采用ZigBee無線傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行采集。
[0015]上述4種模式，可通過數(shù)據(jù)采集器的鍵盤電路及液晶顯示器進(jìn)行設(shè)置。
[0016]本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集信號，適用如水位，流量，水溫、PH值、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、氣溫、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、光照、露點(diǎn)水環(huán)境等傳感器，主要包括以下4個方面:
[0017](I)開關(guān)信號數(shù)據(jù)采集通道:具有8路開關(guān)信號數(shù)據(jù)采集通道，并通過光耦進(jìn)行了隔離。其中高電平/浮空，低電平/浮空開關(guān)量各4路，高電平/低電平開關(guān)量則有8路。
[0018](2)直流電壓信號:具有2路直流電壓數(shù)據(jù)采集通道，12位A/D采樣。
[0019](3) 4-20mA電流信號:具有2路4_20mA電流信號數(shù)據(jù)采集通道，12位A/D采樣。
[0020](4)具有一路RS485數(shù)據(jù)采集通道，可實(shí)現(xiàn)對多個(最高可達(dá)255個)帶RS485接口傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
[0021]本實(shí)用新型還有以下3個方面的特點(diǎn):
[0022](I)低功耗:選擇了 MSP430低功耗單片機(jī)，GPRS模塊工作電源可關(guān)斷，液晶顯示器通過鍵盤操作開啟后，如無鍵盤操作，則會自動延時關(guān)閉。ZigBee無線模塊休眠可喚醒?？赏▽?shí)時時鐘芯片現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)采集器間隙性工作方式，以降低功耗，間隙時間可通過鍵盤或遠(yuǎn)程進(jìn)行設(shè)置。
[0023](2)采集數(shù)據(jù)可本地貯存:采用了大容量外部存貯器，當(dāng)GPRS無線數(shù)據(jù)通信不正常時可以將數(shù)據(jù)暫存。
[0024](3)液晶顯示器采用可插拔結(jié)構(gòu):多個數(shù)據(jù)采集器可以共用一個液晶模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，以節(jié)省成本。
【附圖說明】
[0025]圖1是本實(shí)用新型的多功能低功耗水環(huán)境無線數(shù)據(jù)采集器結(jié)構(gòu)框圖；
[0026]圖2是DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電路圖；
[0027]圖3是低壓差直流穩(wěn)壓電路圖；
[0028]圖4是MSP430單片機(jī)線路圖；
[0029]圖5是MSP430單片機(jī)外圍線路圖；
[0030]圖6是鍵盤電路圖；
[0031]圖7是傳感器信號調(diào)理電路圖；
[0032]圖8是GPRS無線通信模塊電路圖；
[0033]圖9是RS485接口電路圖；
[0034]圖10是ZigBee模塊圖；
[0035]圖11是外部看門狗電路圖；
[0036]圖12是液晶顯不電路圖；
[0037]圖13是外部存貯器電路圖；
[0038]圖14是實(shí)時時鐘電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0040]如圖1所示，本實(shí)用新型的多功能低功耗水環(huán)境無線數(shù)據(jù)采集器，包括MSP430單片機(jī)及外圍電路3、GPRS無線通信模塊6、ZigBee無線通信模塊8、DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電路1、液晶顯示電路10，所述DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電路I和GPRS無線通信模塊6連接，DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電路I通過低壓差直流穩(wěn)壓電路2和MSP430單片機(jī)及外圍電路3連接；RS485接口 7、鍵盤電路4和MSP430單片機(jī)及外圍電路3連接，傳感器信號調(diào)理電路5、外部看門狗9、液晶顯示電路10、外部存貯器11、RTC時鐘12也和MSP430單片機(jī)及外圍電路3連接。
[0041]各框圖功能及線路分析:
[0042]DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電路I
[0043]該電路主要為GPRS無線通信模塊6提供工作電源，如圖2所示。優(yōu)先LM25575DC-DC開關(guān)集成穩(wěn)壓芯片。DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓電路I輸入電壓由Jl插座引入，由DC12電源供電，如12V光伏系統(tǒng)供電，輸入電壓VCC_IN經(jīng)反向保護(hù)二極管Dll后為LM25575供電，輸出電壓GPRS_VCC可以通過R14、R15調(diào)整，以滿足GPRS模塊工作電壓的需要。Dll、D12選擇肖特基二極管，LI為儲能電感。
[0044]低壓差直流穩(wěn)壓電路2
[0045]優(yōu)先LP2950-3.3V低壓差直流穩(wěn)壓電源，其輸出電壓為3.3V，主要為MSP430單片機(jī)、ZigBee無線通信模塊8等電路供電。輸入電壓也是由VCC_IN經(jīng)反向保護(hù)二極管Dll后提供。電路如圖3所示。
[0046]MSP430單片機(jī)及外圍線路3
[0047]如圖4所示，優(yōu)選MSP430F247低功耗單片機(jī)，單片機(jī)具有2路UART及SPI串行通信接口，其中2路UART (Ρ3.4、Ρ3.5、Ρ3.6、Ρ3.7)分別與RS485接口 7及GPRS無線通信模塊6相連。一路SPI串行通信接口(Ρ3.0、Ρ3.1、Ρ3.2)分別與ZigBee無線通信模塊8、實(shí)時時鐘PCF2123、AT4?B161D大容量外部存貯器SPI串行通信接口相聯(lián)，通過各模塊或芯片的CS片選信號，選擇對其中一個器件進(jìn)行操作。
[0048]如圖5所示，MSP430單片機(jī)外圍線路包括:XT31、XT32兩個外部晶振，在低速晶振狀態(tài)(ΧΤ32)下可降低單片機(jī)的功耗。J3為JTAG調(diào)試下載接口，下載口線連接到單片機(jī)的54-57引腳。R34、C37、D31構(gòu)成了上電復(fù)位電路，復(fù)位信號加到JTAG接口上，經(jīng)R31輸出到單片機(jī)57腳RST復(fù)位端，電容C35、C36為單片機(jī)電源端旁路電容，用于抑制尖峰脈沖干擾。
[0049]鍵盤電路4
[0050]采用了獨(dú)立式鍵盤電路，共4個鍵盤，用于設(shè)置GPRS無線通信模塊6、ZigBee無線通信模塊8、實(shí)時時鐘、間隙式工作時間、數(shù)據(jù)采集器工作模式等參數(shù)。鍵盤電路4輸出信號線與MSP430單片機(jī)的P5.0至P5.3引腳相連。
[0051]如圖7所示，傳感器信號調(diào)理電路5
[0052]I)開信號信號調(diào)理電路:具有8路開關(guān)信號數(shù)據(jù)采集通道，并通過光耦進(jìn)行了隔離，光耦優(yōu)先采用TLP521-4芯片。其中光耦U51處理4路低電平/浮空信號，光耦U52處理另4路高電平/浮空信號。對于高電平/低電平開關(guān)量，二個光耦信號調(diào)理電路均可工作，只有開關(guān)狀態(tài)相反，因此高電平/低電平開關(guān)量有8路通道。調(diào)理后輸出信號，加到了MSP430單片機(jī)的P6.4到P6.7引腳以及P5.4到P5.7引腳8個口線。
[0053]2 )直流電壓信號調(diào)理電路:設(shè)有二路直流電壓信號調(diào)理電路，分別通過R517、R518及R519及R520分壓后加到了 MSP430單片機(jī)的P6.0、P6.1 二路12位A/D轉(zhuǎn)換口線，分壓后的電壓不能高于MSP430單片機(jī)A/D端的允許最大電壓。
[0054]3) 4-20mA信號調(diào)理電路:設(shè)有二路4_20mA信號調(diào)理電路，分別通過R522、R524轉(zhuǎn)換成電壓信號后，經(jīng)R521、R523限流保護(hù)及C53、C54旁路電容加到了 MSP430單片機(jī)的P6.2、P6.3 二路12位A/D轉(zhuǎn)換口線，轉(zhuǎn)換后的電壓信號不能高于MSP430單片機(jī)A/D端的允許最大電壓。
[0055]4)RS485 接口 電路:設(shè)有一路 RS485 接口，485_A 及 485_B 與 RS485 接