[發(fā)明專利]便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置

在審

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• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104299383A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林志貴;陳珍星;楊子原;哈謙;劉英平
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;H04W84/18;G01D21/02
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)的便攜式無線監(jiān)測裝置。屬無線通信和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在傳感器技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、無線通信技術(shù)、嵌入式處理技術(shù)以及信息分布式計(jì)算技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，無線傳感網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于軍事、智能家居、環(huán)境監(jiān)測等方面。無線傳感技術(shù)與水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)結(jié)合，誕生了水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)。這為水環(huán)境監(jiān)測提供了全新的手段和模式。無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)(基站)和監(jiān)測終端組成。大量的傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)的部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)收集到的數(shù)據(jù)通過單跳或多跳的方式到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)，最后通過互聯(lián)網(wǎng)或者衛(wèi)星到達(dá)監(jiān)測終端。監(jiān)測人員通過監(jiān)測終端對整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測任務(wù)以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。

水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)以傳感器作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，部署到指定水域中，節(jié)點(diǎn)之間能夠協(xié)作地監(jiān)測、感知和采集各種水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行處理，利用節(jié)點(diǎn)的自組織能力，實(shí)時(shí)監(jiān)測指定水域環(huán)境。水環(huán)境無線監(jiān)測終端是水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)的一個(gè)不可分割的部分。監(jiān)測終端對感知信息進(jìn)行觀察、分析、挖掘和制定決策，或?qū)Ω兄獙ο蟛扇∠鄳?yīng)的行動。監(jiān)測終端功能主要包括數(shù)據(jù)信息管理、數(shù)據(jù)分析處理、監(jiān)測系統(tǒng)管理、決策信息服務(wù)、用戶管理和系統(tǒng)維護(hù)。監(jiān)測終端是水環(huán)境無線傳感監(jiān)測網(wǎng)的上層管理系統(tǒng)，它通過運(yùn)用無線傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的與終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)管理、控制、分析的指揮中心。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用研究為背景，針對目前監(jiān)測系統(tǒng)的管理終端不可移動性，給監(jiān)測人員帶來的不便，以及監(jiān)測終端初始配置問題，發(fā)明一種水環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的便攜式監(jiān)測裝置。該監(jiān)測裝置可以解決監(jiān)測人員因出差在外，或者巡視監(jiān)測現(xiàn)場而不在監(jiān)測中心所帶來的不便，不僅可以具有數(shù)據(jù)采集及顯示功能，還可以隨時(shí)隨地的對系統(tǒng)進(jìn)行配置、監(jiān)控、管理以及做出決策。無線監(jiān)測裝置便于攜帶、對水域?qū)崟r(shí)地監(jiān)測分析，為處理分析水環(huán)境突發(fā)事件提供一種便捷可靠的平臺，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種便攜式水環(huán)境無線監(jiān)測裝置，包括可視化模塊、處理器模塊、電源模塊和無線通信模塊。電源模塊為可視化模塊、處理器模塊和無線通信模塊供電。

具體來說，所述可視化模塊采用觸摸屏設(shè)計(jì)：一方面監(jiān)測人員通過觸摸屏輸入對監(jiān)測網(wǎng)的配置命名及監(jiān)控命令，并通過串口傳給處理器模塊。另一方面處理器模塊將收到的反饋信息及數(shù)據(jù)上傳給觸摸屏顯示。以實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測網(wǎng)的初始化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由信息的配置，對監(jiān)測網(wǎng)實(shí)時(shí)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由信息的監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)的查詢。

進(jìn)一步地，所述處理器模塊采用飛思卡爾MKL25Z128VLH4芯片設(shè)計(jì)：處理器模塊一方面接收觸摸屏發(fā)送的配置和監(jiān)控信號，將該信號轉(zhuǎn)化為無線通信模塊可識別的信號格式發(fā)送至無線通信模塊，同時(shí)給觸摸屏反饋傳送狀態(tài)。另一方面處理器模塊接收無線通信模塊傳來的數(shù)據(jù)及反饋信息，并送至觸摸屏，同時(shí)將數(shù)據(jù)存儲。同時(shí)，監(jiān)測電源模塊兩端電壓，實(shí)時(shí)進(jìn)行電源電壓信息處理。

進(jìn)一步地，所述無線通信模塊由GPRS模塊及附加電路構(gòu)成。無線通信模塊與處理器模塊之間通過串口通信。無線通信模塊實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測終端對基站的控制命令的發(fā)送，同時(shí)接收基站上傳的數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述電源模塊包括+5V、+3.8V及+3.3V。+5V為可視化觸摸屏模塊供電、+3.8V為無線通信模塊供電、+3.3V為處理器模塊供電。考慮到監(jiān)測終端的便攜式，電源采用鋰電池供電。根據(jù)鋰電池放電特性，采用TI電源管理芯片TPS65581對電池放電進(jìn)行管理，使其滿足系統(tǒng)所需電能需求且使電池電量得到合理利用。

水環(huán)境無線監(jiān)測裝置功能由監(jiān)控部分、配置部分和電池電量監(jiān)控部分組成。監(jiān)控部分由監(jiān)測網(wǎng)節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)監(jiān)控模塊、動態(tài)拓?fù)浔O(jiān)控模塊、節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)顯示模塊以及動態(tài)拓?fù)滹@示模塊組成；配置部分由監(jiān)測網(wǎng)節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)配置模塊、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配置模塊組成；電池電量監(jiān)控部分由A/D轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成。