[实用新型]河湖水质信息远程监测主控制器装置

摘要

本实用新型公开一种基于嵌入式技术的河湖水质信息远程监测主控制器装置，包括CPU中心处理器，还包括：用于存储图像数据、水质信息传感器数据以及各状态信息的外部FLASH模块、可提供3.3V、5V和12V电压输出的多电压供给模块、用于实现短信推送、报警功能的GPRS模块、用于实现全球定位功能的GPS模块、用于控制外接设备的继电器输出接口、用于采集河湖水质信息和图像信息的RS232/RS485输入接口、用于触发摄像头拍照的8路GPIO接口和用于检测水箱内的液位及检测温度的ADC模拟量输入接口。本实用新型的主控制器可实现多种水质信息参数、水体图像信息、站点地理信息等的采集和传输，报警短信推送和远程工控功能，同时支持视频联动、门禁管理、循环水控制等高级扩展功能。

主权项

河湖水质信息远程监测主控制器装置，其特征在于：包括CPU中心处理器、外部FLASH存储器、多电压供给模块、GPRS模块、GPS模块、继电器输出接口、RS232/RS485输入接口、8路GPIO接口和ADC模拟量输入接口； 所述的CPU中心处理器的引脚26PA0/U0RX与RS232输入的引脚9连接；引脚27PA1/U0TX与RS232输入的引脚10连接；引脚12PD2/U1RX与RS232输入引脚12连接；引脚13PD3/U1TX与RS232输入引脚11连接；引脚95PD4与RS485接口U12的引脚2连接，使能引脚2引脚29PA3/SSI0FSS通过33Ω的电阻R90与GPRS模块引脚14CTS连接；引脚30PA4/SSI0RX通过33Ω的电阻R89与GPRS模块引脚13RTS连接；引脚47PF0通过10K电阻R85、三极管Q8与GPRS模块引脚22RESET_N连接；引脚72PE0/SST1CLK与外部FLASH存储器的引脚6SCK连接；引脚73PE1/SST1FSS与外部FLASH存储器的引脚1连接；引脚74PE2/SST1RX与外部FLASH存储器的引脚2SO连接；引脚75PE3/SST1TX与外部FLASH存储器的引脚5SI连接；引脚19PG0/U2RX通过33Ω的电阻R88与GPRS模块的引脚16RXD连接；引脚18PG1/U2TX通过33Ω的电阻R87与GPRS模块的引脚15TXD连接；多电压供给模块包括5V稳压电源、12V稳压电源和3.3V稳压电源：5V稳压电源使用LM2596S‑ADJ芯片，引脚1VIN与电压输入电路连接；输入电路中J3的1接口与正温度系数热敏电阻PTC1的1端连接；PTC1的2端与压敏电阻RV1和二极管D6连接；220μF/50V的电解电容C6与0.1μF的电容C5并联；电容C5一端与地连接，一端与24VIN连接；J3的2接口接地；引脚3GND、引脚6GND接地；引脚5接地；引脚2OUTPUT与稳压电路连接，反向二极管D13一端与引脚2连接，一端接地；33μH的电感L3的1端与引脚2连接，2端与220μF/50V的电解电容C29连接；电感L3的2端与3.48K电阻R21和1K电阻R20连接，R21的一端与+5V连接，一端与引脚4FEEDBACK连接；12V稳压电源使用LM2596S‑ADJ芯片，引脚1VIN与24VIN连接；引脚3GND、引脚6GND接地；引脚5接地；引脚2OUTPUT与稳压电路连接，反向二极管D12一端与引脚2连接，一端接地；33μH的电感L2的1端与引脚2连接，2端与220μF/50V的电解电容C10连接；电感L2的2端与10K电阻R11和1K电阻R6连接，R11的一端与+12V连接，一端与引脚4FEEDBACK连接；3.3V稳压电源引脚1GND接地；引脚3VINT与220μF/50V的电解电容C4连接，电解电容C4一端与+5.0V连接，一端接地；引脚2VOUT与引脚4NC并联后，接3.3V稳压电路， 其中，220μF/50V的电解电容C17、22μF的电解电容C11与22μF的电解电容C32并联，一端与+3.3V连接，一端共地； GPRS模块包括：引脚50 VCC与电源滤波电路连接，330μF的电解电容C76、1μF的电容C89、100nF的电容C75、10nF的电容C74、39pF的电容C80与10pF的电容C73并联，一端与GPRS_VCC连接，另一端接地；引脚25、引脚1、引脚3、引脚6、引脚7、引脚8、引脚17、引脚45、引脚46、引脚48、引脚49、引脚36GND与地连接；引脚2V_BCKP与电解电容C86连接，100μF的电解电容C86一端与V_BCKP外部电压连接，一端接地；引脚15TXD通过33Ω的电阻R87与CPU引脚18PG1/U2TX连接；引脚16RXD通过33Ω的电阻R88与CPU引脚19PG0/U2RX连接；引脚13RTS通过33Ω的电阻R89与CPU引脚30PA4/SSI0RX连接；引脚14CTS通过33Ω的电阻R90与CPU引脚29PA3/SSI0FSS连接；引脚12DTR与地连接；引脚19PWR_ON通过100K电阻R86与外部电压GPRS_VCC连接；引脚22RESET_N与复位电路连接，其中，CPU引脚47PF0通过10K电阻R86、三极管Q8与引脚22连接，47pF的电容C87一端与引脚22连接，一端接地；引脚20GPIO1通过1K的电阻R79与三极管Q6的基级B连接，三极管集电极C通过二极管D33和2K电阻R80与外部电压GPRS_VCC连接，三极管发射极E与地连接；引脚47ANT与外置天线AN2连接；引脚21GPIO2与GPS电源模块引脚3EN连接；引脚30SCL与GPS电源模块引脚19SCL2连接；引脚31SDA与GPS电源模块引脚18SDA2连接；引脚35VSIM与SIM_SOCKET模块引脚1VCC连接，与U21SR05的引脚2IO1连接，并联44pF的电容C82和100nF的电容C81接地；同时，SIM_SOCKET模块引脚1VCC与引脚5VPP并联后与外部电压VSIM连接，同时，并联4.7μF的电容C90接地；引脚33SIM_IO与SIM_SOCKET模块引脚6IO连接，与U21SR05的引脚3IO2连接，同时并联44pF的电容C85和4.7K电阻R78接地；引脚32SIM_CLK与SIM_SOCKET模块引脚3CLK连接，与U20SR05的引脚2IO1连接，同时并联44pF的电容C84接地；引脚34SIM_RST与SIM_SOCKET模块引脚2RESET连接，与U20SR05的引脚3IO2连接，同时并联44pF的电容C83接地；U20与U21的引脚1GND接地，引脚4 VIN悬空；SIM_SOCKET模块引脚4GND接地；其余未提及到的引脚均悬空； GPS模块包括：引脚13GND、引脚12GND、引脚10GND、引脚24GND和引脚7VDD_USB接地；引脚14MOSI/CFG_COM0与引脚15MOSI/CFG_COM1并联，分别与4.7K的电阻R74、4.7K的电阻R75连接；引脚18SDA2与GPRS芯片的引脚31SDA连接，同时，4.7K的电阻R74一端与引脚18连接；引脚19SCL2与GPRS芯片的引脚30SCL连接，同时，4.7K的电阻R75一端与引脚19连接；引脚22V_BCKP与外部电压+3.3V连接；引脚23VCC通过1μF的电容C56接地；引脚11RF_IN与稳压二极管D15连接；引脚9VCC_RF与引脚8 RESERVED并联，通过电阻R30、电感L4与天线AN1连接；其余未涉及到的引脚均悬空； 继电器输出模块包括：继电器1组中，CPU的引脚25PC4/CCP5通过1K电阻R9与三极管Q3的基极B连接；电感T3‑A与二极管D9并联，1端与三极管Q3的集电极C连接，2端与外部电压+12V连接；外部电压+12V通过4.7K电阻R4、发光二极管D4与三极管Q3的集电极C连接；三极管Q3的发射极E接地；J6的引脚1与双向开关T3‑B的引脚4连接，J6的引脚2与双向开关T3‑B的引脚3连接，J6的引脚3与接地； 继电器2组中，CPU的引脚23PC6/CCP3通过1K电阻R7与三极管Q1的基极B连接；电感T1‑A与二极管D7并联，1端与三极管Q1的集电极C连接，2端与外部电压+12V连接；外部电压+12V通过4.7K电阻R2、发光二极管D2与三极管Q1的集电极C连接；三极管Q1的发射极E接地；J4的引脚1与双向开关T1‑B的引脚4连接，J4的引脚2与双向开关T1‑B的引脚3连接，J4的引脚3与接地； 继电器3组中，CPU的引脚24PC5/C1+/C0O通过1K电阻R8与三极管Q2的基极B连接；电感T2‑A与二极管D8并联，1端与三极管Q2的集电极C连接，2端与外部电压+12V连接；外部电压+12V通过4.7K电阻R3、发光二极管D3与三极管Q2的集电极C连接；三极管Q2的发射极E接地；J5的引脚1与双向开关T2‑B的引脚4连接，J5的引脚2与双向开关T2‑B的引脚3连接，J5的引脚3与接地； 继电器4组中，CPU的引脚90PB6/C0+通过1K电阻R10与三极管Q4的基极B连接；电感T4‑A与二极管D10并联，1端与三极管Q4的集电极C连接，2端与外部电压+12V连接；外部电压+12V通过4.7K电阻R5、发光二极管D5与三极管Q4的集电极C连接；三极管Q4的发射极E接地；J7的引脚1与双向开关T4‑B的引脚4连接，J7的引脚2与双向开关T4‑B的引脚3连接，J7的引脚3与接地； RS232输入电路包括：引脚1C1+通过0.1μF的电容C47与引脚3C1‑连接；引脚4C2+通过0.1μF的电容C45与引脚5C2‑连接；引脚11与CPU的引脚13PD3/UITX连接，引脚14与J12的引脚1连接，同时，并联一个压敏电阻RV3接地，J12的引脚3接地；引脚10与CPU的引脚27PA1/U0TX连接，引脚7与J13的引脚1连接，同时，并联一个压敏电阻RV5接地，J13的引脚3接地；引脚12与CPU的引脚12PD2/U1RX连接，引脚13与J12的引脚2连接，同时，并联一个压敏电阻RV2接地；引脚9与CPU的引脚26PA0/U0RX连接，引脚8与J13的引脚2连接，同时，并联一个压敏电阻RV4接地；引脚15GND接地；引脚16VCC通过0.1μF的电容C28接地，同时与外部电压3.3V连接；引脚2V+通过0.1μF的电容C46接地；引脚6V‑通过0.1μF的电容C44接地； RS485输入电路包括：U12电路使用MAX3485ESA型号芯片，引脚1RO通过发光二极 管D21、1K的电阻R55与外部电压3.3V连接，当引脚6A的电平大于引脚7B的电平200mV时；引脚2与引脚3DE并联，与CPU引脚95PD4连接；引脚4DI通过发光二极管D20、1K的电阻R54与外部电压3.3V连接；引脚5GND接地；引脚6A通过100Ω的电阻R37与J13的引脚2连接；引脚7B通过100Ω的电阻R38与J13的引脚1连接，同时，引脚7通过100Ω的电阻R33与引脚6连接；引脚8VCC与外部电压3.3V连接；U11电路使用MAX3485ESA型号芯片，引脚1RO通过发光二极管D18、1K的电阻R52与外部电压3.3V连接；引脚2与引脚3DE并联，与CPU引脚96PD5连接；引脚4DI通过发光二极管D19、1K的电阻R53与外部电压3.3V连接；引脚5GND接地；引脚6A通过100Ω的电阻R35与J12的引脚2连接；引脚7B通过100Ω的电阻R36与J12的引脚1连接，同时，引脚7通过100Ω的电阻R32与引脚6连接；引脚8VCC与外部电压3.3V连接；8路GPIO接口电路包括：单片机ATMEGA_8的引脚11PD7/AIN1与正温度系数热敏电阻PTC9的1端连接；PTC9的2端通过100Ω的电阻R49与8路输入端子J16的引脚1连接，同时并联10nF的电容C65和压敏电阻RV13接地；单片机ATMEGA_8的引脚10PD6/AIN0与正温度系数热敏电阻PTC8的1端连接；PTC8的2端通过100Ω的电阻R48与8路输入端子J16的引脚2连接，同时并联10nF的电容C64和压敏电阻RV12接地；单片机ATMEGA_8的引脚9PD5/T1与正温度系数热敏电阻PTC7的1端连接；PTC7的2端通过100Ω的电阻R47与8路输入端子J16的引脚3连接，同时并联10nF的电容C63和压敏电阻RV1311接地；单片机ATMEGA_8的引脚1PD3/INT1与正温度系数热敏电阻PTC5的1端连接；PTC5的2端通过100Ω的电阻R45与8路输入端子J15的引脚2连接，同时并联10nF的电容C61和压敏电阻RV9接地；单片机ATMEGA_8的引脚2PD4/XCK/T0与正温度系数热敏电阻PTC6的1端连接；PTC6的2端通过100Ω的电阻R46与8路输入端子J15的引脚1连接，同时并联10nF的电容C62和压敏电阻RV10接地；单片机ATMEGA_8的引脚32PD2/INT0与正温度系数热敏电阻PTC4的1端连接；PTC4的2端通过100Ω的电阻R44与8路输入端子J15的引脚3连接，同时并联10nF的电容C60和压敏电阻RV8接地；单片机ATMEGA_8的引脚30PD0/RXD与正温度系数热敏电阻PTC2的1端连接；PTC2的2端通过100Ω的电阻R42与8路输入端子J14的引脚2连接，同时并联10nF的电容C58和压敏电阻RV6接地；单片机ATMEGA_8的引脚31PD1/TXD与正温度系数热敏电阻PTC3的1端连接；PTC3的2端通过100Ω的电阻R43与8路输入端子J14的引脚1连接，同时并联10nF的电容C59和压敏电阻RV7接地；J14的引脚3接地； 外部电压并联2.2μF的电容C70和22μF/10V的电解电容C71接地；外部电压3.3V通过1K的电阻R52、发光二极管D18与RS485接口的U11的引脚1RO连接；外部电压3.3V通 过1K的电阻R53、发光二极管D19与RS485接口的U11的引脚4DI连接；外部电压3.3V通过1K的电阻R55、发光二极管D21与RS485接口的U12的引脚1RO连接；外部电压3.3V通过1K的电阻R54、发光二极管D20与RS485接口的U12的引脚4DI连接；外部电压3.3V通过1K的电阻R56、发光二极管D22与8路输入端子J14的引脚2连接；外部电压3.3V通过1K的电阻R57、发光二极管D23与8路输入端子J14的引脚1连接；外部电压3.3V通过1K的电阻R58、发光二极管D24与8路输入端子J15的引脚3连接；外部电压3.3V通过1K的电阻R59、发光二极管D25与8路输入端子J15的引脚2连接；外部电压3.3V通过1K的电阻R60、发光二极管D26与8路输入端子J15的引脚1连接；外部电压3.3V通过1K的电阻R61、发光二极管D27与8路输入端子J16的引脚3连接；外部电压3.3V通过1K的电阻R62、发光二极管D28与8路输入端子J16的引脚2连接；外部电压3.3V通过1K的电阻R63、发光二极管D29与8路输入端子J16的引脚1连接； 所述的ADC模拟量输入接口电路包括：单片机ATMEGA_8的引脚30PD0/RXD与正温度系数热敏电阻PTC2的1端连接；引脚31PD1/TXD与正温度系数热敏电阻PTC3的1端连接；引脚32PD2/INT0与正温度系数热敏电阻PTC4的1端连接；引脚1PD3/INT1与正温度系数热敏电阻PTC5的1端连接；引脚2PD4/XCK/T0与正温度系数热敏电阻PTC6的1端连接；引脚9PD5/T1与正温度系数热敏电阻PTC7的1端连接；引脚10PD6/AIN0与正温度系数热敏电阻PTC8的1端连接；引脚11PD7/AIN1与正温度系数热敏电阻PTC9的1端连接；引脚18AVCC、引脚4VCC、引脚6VCC并联与外部电压+3.3V连接，同时，3.3V电压并联0.1μF电容C57、22μF/10V电解电容C33接地，3.3V电压通过1K电阻R27和0.1μF电容C35接地；引脚20AREF通过0.1μF电容C48接地；引脚3GND、引脚5GND和引脚21GND并联接地；引脚19ADC6通过正温度系数热敏电阻PTC10与ADC模拟量输入接口J17的引脚3连接；引脚22ADC7通过正温度系数热敏电阻PTC11与ADC模拟量输入接口J17的引脚2连接；引脚15PB3/MOSI/OC2与J10‑D连接；引脚16PB4/MISO/OC2与J10‑E连接；引脚17PB5/SCK与J10‑F连接；引脚7PB6/XTAL1/TOSC1通过7.3728MHz的晶振片Y2与引脚8PB7/XTAL2/TOSC2连接，同时并联22pF电容C26接地；引脚8通过22pF电容C25接地；引脚26PC3/ADC3与CPU引脚35PA7/I2C1SDA连接；引脚27PC4/ADC4/SDA与CPU引脚70PB2/I2C0SCL连接；引脚28PC5/ADC5/SCL与CPU引脚71PB3/I2C0SDA连接；引脚29与J10‑A连接，同时，并联0.1μF的电容C35接地；外部电压+3.3V与J10‑B连接；J10‑C接地。