[发明专利]水环境无线传感监测网移动节点

说明书

技术领域

本发明涉及一种水环境无线传感监测网移动节点。属无线通信和嵌入式系统技术领域。

背景技术

国内关于水质参数采集多采用单一参数的水质分析仪，其价格低、操作简单，但不能对水质进行连续监测，劳动强度大，机动性差，数据采集速度慢等问题。无法满足大面积水域，复杂地形水域水质参数监测的需求。因此我们需要找寻一种新的技术，解决大面积、多水域和复杂地形水环境水质参数监测管理。

无线传感器网络作为一项新兴的技术，是由部署在监测区域内大量的廉价微型节点组成的，通过无线通信方式形成一个多跳的自组网络，协作地采集和处理监测区域中的感知对象信息，并发送给观察者。它的出现产生了一种全新的信息获取和处理方式，结合不同的类型的传感器，在环境监测、军事检查、智能家居、智能交通、工业控制等众多领域有着广阔的应用前景。基于无线传感器网络的水环境实时监测系统是无线床干起网络在在环境监测领域的典型应用。与现有的水环境自动监测系统相比，基于无线传感器网络的水环境实时监测系统具有对生态环境影响小、监测密度高且范围广泛、系统成本低等优点。

水环境无线传感监测网是将大量传感器节点(数量从几百到几千个)抛撒到感兴趣水域，节点通过自组织快速形成一个无线网络。节点既是信息的采集和发出者，也充当信息的路由者，采集的数据通过多跳路由到达网关。网关是一个特殊节点，可以通过Internet、移动通信网络、卫星等与监控中心通信。通常节点受水环境、网络路由、能量等影响失去功能，导致该节点所覆盖区域无法进行监测。因此，提供可操作控制的移动节点，避免因普通节点失效导致监测盲点发生。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的不足，提供一种水环境无线传感监测网移动节点。该监测节点具有监测范围大，配置灵活，功耗低，对自然环境影响小，成本低廉的特点，可实现对水环境的多点远程多参数实时在线监测，及时发现突发性的水质污染事故，以便相关部门能够及时采取措施，查找污染源头，减小污染对农业用水、畜牧业用水以及人们生活用水的影响，对水环境变化的监控和环境保护具有极大的发展前景和现实意义。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：

一种水环境无线传感监测网移动节点，包括处理器模块、传感器模块、电源模块、移动模块和Zigbee无线通信模块。所有模块均经过防水处理，电源模块为处理器模块和传感器模块、Zigbee无线通信模块和移动模块供电。

具体来说，所述传感器模块中传感器电路连接水下的pH传感器、盐度传感器和温度传感器，可采集待监测水域的pH值、盐度值和温度，再将采集的pH信号、盐度信号和水温信号转换为0～5V的电压信号并送至处理器模块。

进一步地，所述处理器模块接收传感器发送的电压信号，处理并存储pH信号、盐度信号和水温信号，然后通过Zigbee无线通信模块发送至基站。处理器模块以飞思卡尔公司生产的MC13211芯片为核心，MC13211编写了监测节点的相关程序，包括水质参数的监测采集、节点入网、节点与基站之间的通信和串口通信。从而实现监测节点的功能。

进一步地，所述电源模块包括两部分电源：+3.3V和+5V。其中一部分锂电池输出+12V经过稳压后输出+5V直流电压，给传感器模块、移动模块和存储模块供电。另一部分则通过稳压转换为+3.3V直流电压供电给处理器模块MC13211和Zigbee无线通信模块。为了充分保障监测节点工作的无人值守，采用了锂电池和太阳能电池双电池供电方式，在现有条件下最大限度的提高电池的续航能力，保证节点的生命周期。

进一步地，所述Zigbee无线通信模块设计。各监测节点之间通过Zigbee通信协议组网，并与基站连接，通过命令受基站控制上传数据。基于IEEE802.15.4／zighee协议的网状结构网络是一种多跳的拓扑结构，可以实现网络各节点之间的点对点传输，这种结构相互连接形成网状，网络健壮，容错能力强。

进一步地，所述移动模块采用H桥电路驱动伺服电机的基本结构来实现节点移动。电机的转动调速由微控制器MC13211输出PWM占空比可调波形来控制。H桥电路驱动芯片采用飞思卡尔公司的MC33886小功率直流电机H桥驱动芯片。MC33886内部集成一组全桥驱动电路以及相应的控制模块，输出的最大控制电流是5A，和输出频率小于10KHz的PWM波形。驱动电机采用直流伺服电机，选用RS-380SH型号的伺服电机，它直接拖动负载运行，同时它又受控制信号的直接控制进行转速调节。