[發明專利]基于嵌入式技術的河湖水質信息遠程監測主控制器

有效

• 申請號: 201310581499.5
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN103605308B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 王小藝;于家斌;許繼平;白玉廷;王立;王凌斌;肖平波;施彥
• 申請（專利權）人: 北京工商大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G01N33/18
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

1.一種基于嵌入式技術的河湖水質信息遠程監測主控制器，其特征在于，所述控制器是一種基于串口通訊技術、GPS全球定位技術、GPRS/3G遠程數據通訊技術，采用ARM體系架構，開發包含輸入輸出接口、模擬量接口組成的在線水質信息遠程監測主控制器；

所述控制器包括CPU中心處理器、外部FLASH存儲器、鐵電存儲器、多電壓供給模塊、GPRS模塊、GPS模塊、網絡LAN接口、繼電器輸出接口、RS232/RS485輸入接口、8路GPIO接口和ADC模擬量輸入接口；其中：

CPU中心處理器使用32位RISC指令集，通過UART接口實現現場數據、圖像數據的采集和FLASH存儲，通過NET接口實現程序的燒錄，通過GPIO接口實現光電信號輸入和繼電器輸出，通過SSI接口為SPI提供可編程串行操作，通過IIC總線實現數據的接收、發送以及主、從模式的操作，通過ISP接口實現上位數據下載；

外部64K FLASH存儲器與CPU連接，用于存儲圖像數據、水質信息傳感器數據以及各狀態信息；鐵電存儲器與CPU連接，用于存儲MAC地址、遠程服務器IP地址、端口號、手機號配置信息，掉電不丟失；

多電壓供給模塊與CPU連接，分別提供3.3V、5V和12V電壓輸出，以滿足不同設備對電源的要求；

GPRS模塊一端與CPU連接，實現短信推送、報警功能；

GPS模塊一端與CPU連接，用于實現全球定位功能；

繼電器輸出接口與CPU連接，控制補光燈、水泵、電磁閥、3G路由器的通斷；

網絡LAN接口與CPU連接，實現程序的燒錄和數據的傳輸功能；

RS232/RS485輸入接口與CPU連接，用于采集河湖水質信息和圖像信息；

8路GPIO接口與CPU連接，作為光電檢測開關量數字信號的輸入接口；

ADC模擬量輸入接口用于外接液壓傳感器，檢測水箱內的液位；同時ADC模擬量輸入接口內置溫敏電阻，檢測主控制器的溫度；

引腳26PA0/U0RX與RS232輸入的引腳9連接；引腳27PA1/U0TX與RS232輸入的引腳10連接；引腳29PA3/SSI0FSS通過33Ω的電阻R90與GPRS模塊引腳14CTS連接；引腳30PA4/SSI0RX通過33Ω的電阻R89與GPRS模塊引腳13RTS連接；引腳35PA7/I2C1SDA與ATMEGA_8的引腳26PC3/ADC3連接；引腳77PC3/TDO/SWO與JTAG燒錄和調試接口的引腳2LM3_TD0連接；引腳78PC2/TDI與JTAG燒錄和調試接口的引腳3LM3_TDI連接；引腳79PC1/TMS/SWDIO與JTAG燒錄和調試接口的引腳4LM3_TMS連接；引腳80PC0/TCK/SWCLK與JTAG燒錄和調試接口的引腳5LM3_TCK連接；引腳25PC4/CCP5通過1K電阻R9與繼電器1組的三極管Q3的基極B連接；引腳24PC5/C1+/C0O通過1K電阻R8與繼電器3組的三極管Q2的基極B連接；引腳23PC6/CCP3通過1K電阻R7與繼電器2組的三極管Q1的基極B連接；引腳22PC7/CCP4通過1K的電阻R64與蜂鳴器中三極管Q5的基極B連接，三極管Q5的發射集E接地，三極管Q5的集電極C與蜂鳴器的2端連接，蜂鳴器的1端與外部電壓+5V連接，為其提供工作電壓；引腳72PE0/SST1CLK與外部FLASH的引腳6SCK連接，為設備提供時鐘并控制數據的讀取與寫入；引腳73PE1/SST1FSS與外部FLASH的引腳連接，脈沖下降沿觸發時，設備處于工作狀態，脈沖上升沿觸發時，設備結束工作狀態；引腳74PE2/SST1RX與外部FLASH的引腳2SO連接，在每個時鐘周期的脈沖下降沿時刻，SO引腳從設備中讀取數據；引腳75PE3/SST1TX與外部FLASH的引腳5SI連接，在每個時鐘周期的脈沖下降沿時刻，SI引腳將外部數據寫入設備中；引腳2PE6/C1O通過1K電阻R16與GPRS電源模塊的引腳5EN連接；引腳19PG0/U2RX通過33Ω的電阻R88與GPRS模塊的引腳16RXD連接；引腳18PG1/U2TX通過33Ω的電阻R87與GPRS模塊的引腳15TXD連接；引腳與復位RESET模塊的引腳2RES#連接，同時通過并聯4.7K電阻R18與外部電壓+3.3V連接；引腳17XTALNPHY通過18pF電容C39接地，作為濾波電容，同時與25MHz的晶振片Y3一端連接；引腳16XTALPPHY通過18pF電容C38接地，作為濾波電容，同時與25MHz的晶振片Y3另一端連接，共同構成晶振電路；引腳48OSC0通過18pF電容C23接地，作為濾波電容，同時與8MHz的晶振片Y1一端連接；引腳49OSC1通過18pF電容C21接地，作為濾波電容，同時與8MHz的晶振片Y1另一端連接，共同構成晶振電路；引腳引腳引腳65CMOD0、引腳76CMOD1、引腳9GND、引腳15GND、引腳21GND、引腳33GND、引腳39GND、引腳42GND、引腳45GND、引腳54GND、引腳57GND、引腳63GND、引腳69GND、引腳82GND、引腳85GNDPHY、引腳86GNDPHY、引腳87GND、引腳94GND、引腳4GNDA、引腳97GNDA并聯后接地；引腳66PB0/CCP0通過1K的電阻R67與GPS狀態的雙色燈二極管連接，引腳67PB1/CCP2通過1K的電阻R68與GPS狀態的雙色燈二極管D30連接，兩者并聯后共地；CPU引腳70PB2/I2C0SCL與鐵電存儲器的引腳6串行時鐘SCL連接，作為兩線接口的時鐘輸入；CPU引腳71PB3/I2COSDA與鐵電存儲器的引腳5串行數據總線SDA連接，支持雙向數據的流通；引腳91PB5/C0O與PRETECT按鍵連接，同時通過10K電阻R23與外部電壓+3.3V連接，作為保護電路；引腳90PB6/C0+通過1K電阻R10與繼電器4組的三極管Q4的基極B連接；引腳與JTAG燒錄和調試接口的引腳連接，同時通過10K電阻R24與外部電壓+3.3V連接；引腳10PD0通過1K的電阻R69與GPS狀態指示燈中雙色燈二極管連接，引腳11PD1通過1K的電阻R70與GPS狀態指示燈中雙色燈二極管D31連接，兩者并聯后共地；引腳12PD2/U1RX與RS232輸入引腳12連接；引腳13PD3/U1TX與RS232輸入引腳11連接；引腳95PD4與RS485接口U12的引腳連接，使能引腳引腳96PD5與RS485接口U11的引腳連接，使能引腳引腳47PF0通過10K電阻R85、三極管Q8與GPRS模塊引腳22RESET_N連接；引腳60PF2/LED1通過470Ω電阻R51、發光二極管D17與外部電壓+3.3V連接，引腳59PF3/LED0通過470Ω電阻R50、發光二極管D16與外部電壓+3.3V連接，共同指示網絡工作狀態；引腳58MDIO通過10K電阻R19與外部電壓+3.3V連接；引腳43TXOP與網口變壓器H1102的引腳1連接，通過49.9Ω的電阻R29與外部電壓+3.3V連接，同時并聯10pF電容C42接地；引腳46TXON與網口變壓器H1102的引腳3連接，通過49.9Ω的電阻R26與外部電壓+3.3V連接，同時并聯10pF電容C37接地；引腳40RXIP與網口變壓器H1102的引腳6連接，通過49.9Ω的電阻R28與外部電壓+3.3V連接，同時并聯10pF電容C41接地；引腳37RXIN與網口變壓器H1102的引腳8連接，通過49.9Ω的電阻R25與外部電壓+3.3V連接，同時并聯10pF電容C36和0.1μF電容C53接地；引腳3AVDD與引腳98AVDD并聯后與外部電壓+3.3V連接，同時并聯0.1μF電容C43接地；引腳8VDD33、引腳20VDD33、引腳32VDD33、引腳36VDDPHY、引腳44VDD33、引腳56VDD33、引腳68VDD33、引腳81VDD33、引腳83VDDPHY、引腳84VDDPHY和引腳93VDD33并聯后與外部電壓+3.3V連接，同時并聯0.01μF電容C31、C32，0.1μF電容C34、C30和22μF/10V電解電容C18接地，作為濾波電路；引腳7LDO、引腳14VDD25、引腳38VDD25、引腳62VDD25和引腳88VDD25并聯，同時與0.01μF電容C24、0.1μF電容C19和22μF/10V電解電容C27并聯接地；引腳41ERBIAS通過12.4K電阻R22接地。