[发明专利]一种基于Arduino的无线传感器网络节点

摘要

本发明公开一种基于Arduino的无线传感器网络节点，节点由微控制器、太阳能板、太阳能充电模块、可充电锂电池、稳压模块、实时时钟模块、射频模块、GPS定位模块、若干传感器探头、能量管理模块、射频模块LED指示灯、微控制器LED指示灯、防水盒和天线构成。本发明节点改进了ArduinoUno的设计，降低了系统的能耗和成本，充分考虑到低功耗的要求，使得节点无需更换电池，可长期在户外环境下无人值守运行，大大降低了无线传感器网络节点开发、设计的周期，节点可快速大批量地部署在需要监测参数的区域。

主权项

一种基于Arduino的无线传感器网络节点，其特征在于：节点由微控制器、太阳能板、太阳能充电模块、可充电锂电池、稳压模块、实时时钟模块、射频模块、GPS定位模块、若干传感器探头、能量管理模块、射频模块LED指示灯、微控制器LED指示灯、防水盒和天线构成； 所述稳压模块、实时时钟模块、射频模块、GPS定位模块、能量管理模块、微控制器LED指示灯与微控制器相连；天线、射频模块LED指示灯与射频模块相连；稳压模块、太阳能板、可充电锂电池与太阳能充电模块相连；每个传感器探头连接一种传感器，所述传感器选自温湿度传感器、大气压力传感器、风速风向雨量传感器、危险气体传感器或PM10传感器；微控制器、太阳能充电模块、可充电锂电池、稳压模块、实时时钟模块、射频模块、GPS定位模块、能量管理模块、射频模块LED指示灯和微控制器LED指示灯置于防水盒内，天线、太阳能板和传感器探头置于防水盒外；微控制器基于Arduino Uno，芯片型号为Atmega328p，使用14.7456MHz晶振，工作电压3.3V；微控制器上电后，先完成初始化工作，然后进入休眠操作，微控制器进入低功耗模式，直到实时时钟模块发送中断信号，进入唤醒操作，微控制器进入正常模式，控制能量管理模块打开GPS定位模块和传感器的电源，进入传感器数据采样操作，微控制器读取GPS和传感器的数据后，生成数据包，再控制能量管理模块切断GPS定位模块和传感器的电源，进入发送数据操作，射频模块发送数据，发送结束后微控制器进入休眠操作，完成微控制器一次数据发送流程；射频模块选自XBee S2或XBee PRO S2B，其串口通信速率为115200波特率；太阳能充电模块给可充电锂电池充电的同时给稳压模块供电，稳压模块给实时时钟模块、射频模块、GPS定位模块、能量管理模块、射频模块LED指示灯、微控制器LED指示灯、微控制器和传感器供电；实时时钟模块内含有纽扣电池，用来记录传感器测量数据的时刻和发送中断信号唤醒微控制器；射频模块负责传感器数据包的发送和接收；GPS定位模块给出节点的工作位置；能量管理模块控制射频模块、GPS定位模块、传感器电源的开断，同时配有升压电路给工作在5V的传感器供电，能量管理模块控制升压电路的开断；射频模块LED指示灯显示射频模块的工作状态；微控制器LED指示灯显示微控制器的工作状态；所述防水盒的面板上配有7个接口，分别是天线接口，电池开关，程序下载接口，两个传感器接口，太阳能板和USB复用充电口，通气阀；天线接口用于将天线与射频模块相连；程序下载接口与微控制器的串口相连；电池开关控制太阳能充电模块和稳压模块的开断；程序下载接口仅在电池开关断开的时候实现程序下载功能；传感器接口用于将传感器探头与微控制器相连，传感器探头插到传感器接口上；太阳能板和USB复用充电口将太阳能板或USB充电器和太阳能充电模块相连，支持输出5.5V~6V电压的太阳能板和USB充电器充电；通气阀保证防水盒内外气压平衡，同时水汽不会进入盒内。