[发明专利]一种基于WSN的水质监测节点

权利要求书

1.一种基于WSN的水质监测节点，其特征在于，包括：传感器模块、微控制器芯片以及电源模块；所述传感器模块包括水质监测传感器以及传感器调理电路，所述水质监测传感器用于感应水质参数并且生成相应的感应电压信号，所述传感器调理电路用于将水质监测传感器生成的感应电压信号进行信号调理和放大；所述微控制器芯片是采用单芯片集成SoC结构的主控芯片单元，所述微控制器芯片包括处理器模块以及ZigBee无线通信模块；所述处理器模块用于对经过信号调理和放大的感应电压信号进行AD转换、处理、存储，并且与ZigBee无线通信模块进行数据收发传输，以及执行与WSN网络的交互；所述ZigBee无线通信模块用于基于IEEE802.15.4协议进行数据的无线信号收发；所述处理器模块包括CPU单元、存储单元、时钟单元、多通道AD转换器单元、低电压监测单元、定时器单元以及GPIO端口；所述ZigBee无线通信模块包括RF收发器单元、缓存单元、电源管理单元、IRQ控制单元、控制逻辑单元以及GPIO端口；所述处理器模块与ZigBee无线通信模块通过SPI总线接口实现二者之间的数据传输，并且ZigBee无线通信模块基于发送IRQ中断请求实现与处理器模块的协同处理；所述电源模块用于对传感器模块及微控制器芯片进行供电。

2.根据权利要求1所述的水质监测节点，其特征在于，所述传感器模块通过可插拔的排针与所述微控制器芯片以及电源模块结合在一起。

3.根据权利要求2所述的水质监测节点，其特征在于，所述水质监测传感器置于水下并且通过延长线连接所述传感器调理电路；所述传感器调理电路以及微控制器芯片和电源模块设置于浮在水面上的防水盒内。

4.根据权利要求1所述的水质监测节点，其特征在于，所述传感器模块包括以下至少一种传感器：温度传感器、PH值传感器、溶解氧传感器。

5.根据权利要求4所述的水质监测节点，其特征在于，所述传感器调理电路包括多级运算放大集成电路；

其中，所述温度传感器调理电路包括由第一电阻、第二电阻、第三电阻以及金属热电阻采用三线制接法搭接的传感器测量电桥；所述多级运算放大集成电路为两级运算放大集成电路，其中第四电阻和第五电阻连接第一级运算放大集成电路并控制第一级放大；第六电阻和第七电阻连接第二级运算放大集成电路并控制第二级放大；

pH值传感器调理电路包括两级运算放大集成电路，并且两级运算放大集成电路的VCC管脚和VEE管脚分别连接正负电压；

溶解氧传感器调理电路包括三级运算放大集成电路，其中第八电阻和第九电阻连接第一级运算放大集成电路并控制第一级放大；第十电阻和第十一电阻连接第二级运算放大集成电路并控制第二级放大；第十二电阻和第十三电阻连接第三级运算放大集成电路并控制第三级放大。

6.根据权利要求1所述的水质监测节点，其特征在于，所述电源模块包括电源转换电路以及滤波电路，提供多路稳压直流输出，分别用于向传感器模块及微控制器芯片供电；所述电源转换电路包括双通道电源分配开关，所述双通道电源分配开关的输入电压管脚连接直流电源，两路电压输出管脚连接正向低压降稳压器的电压输入管脚，所述正向低压降稳压器的电压输出管脚提供稳压直流输出；正向低压降稳压器的电压输入管脚和电压输出管脚连接若干路滤波电容。

7.根据权利要求1所述的水质监测节点，其特征在于，所述处理器模块对传感器调理电路调理和放大的感应电压信号进行AD转换后进行滤波处理，所述滤波处理包括若干次均值滤波处理，以及对若干次均值滤波处理的中间结果进行中值滤波处理。

8.根据权利要求1所述的水质监测节点，其特征在于，所述微控制器芯片按照包模式进行数据收发；在包模式下，所述处理器模块以包为单位缓冲待发送数据，并且通过所述ZigBee无线通信模块发送，并且所述ZigBee无线通信模块以包为单位缓冲接收数据，并且通知所述处理器模块读取。

9.根据权利要求1所述的水质监测节点，其特征在于，所述ZigBee无线通信模块在完成数据发送或者接收后向处理器模块发送IRQ中断请求；所述处理器模块响应所述IRQ中断请求，读取IRQ中断类型状态并执行与所述IRQ中断类型状态相对应的后续处理。

10.根据权利要求1所述的水质监测节点，其特征在于，所述ZigBee无线通信模块具有活动模式和低功耗模式。