CN107255491A - 基于ZigBee的智能灌区水情无线*** - Google Patents

基于ZigBee的智能灌区水情无线*** Download PDF

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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种基于ZigBee的智能灌区水情无线***，通过温湿度传感器和水位传感器采集数据后输出模拟电压，通过adc0832模数转换电路将模拟电压转换成数据让单片机采集，通过zigbee模块将采集到的数据通过串口发送给zigbee模块，zigbee模块接收到数据后通过zigbee传输协议发送给接收机的zigbee模块，然后接收机的zigbee模块再将接收到的信息通过串行通信模块发送给PC机，PC机接牧数据并将其显示到液晶屏幕上，同时通过USB串口将数据传输给上位机进行数据分析。本发明性价比较高，适应能力强，复杂度低，很大的提高***可靠性、灵活性和检测范围，降低***的成本，有较好的应用前景。

Description

基于ZigBee的智能灌区水情无线***
技术领域
本发明涉及灌区水情监测领域，具体涉及一种基于ZigBee的智能灌区水情无线***。
背景技术
水能源做为一种基础性资源，俨然成为人们生活的重要保证和社会发展的关键依靠，世界各个国家对水能源的利用和管理都非常重视。我国目前人口多水资源少，并且时空分布不均匀，近些年洪旱灾害都给人们生命与财产带来了巨大的损失。2012年中央一号文件《中共中央关于加快水利改革发展的决定》提出中国水情目前遇到的严峻情势，以及加强水资源的节省跟保护工作、加强防减灾的能力。在水情发展现代化建设过程中增加水情信息化率，促进水情的现代化进程，依靠着信息化来带动现代化，减少没有意义的能源损耗，增加利用水能源的效益是日后水情发展的大势所趋。
目前我国10％的需求用水来自农业，灌区做为兼备抗洪、防汛、灌溉等多功效为一体的场所俨然已成为水情自动化的主要战场，灌区自动化也是水利建设信息化的主要组成。在建设灌区自动化的过程中，发明出使用先进通信技术、传感技术和计算机软件技术对灌区的水资源情况进行收集、输送、统一管理并且可根据研究人员的需求对灌区闸控站进行无线监测的灌区水情无线监测***来代替传统意义的手工监测、限制流量的***有更加实际的影响。
目前我国水情无线监测***在抗干防洪、山洪防暴、用水调制等多个方面有着广泛的运用，自80年代末开始研究投入使用，历经近30年的稳步发展，现在已成为包括各种传感器接收结合多种通讯方式并运用的先进科技。但是在灌区水情自动化建设中，大部分仍然是将水情监测和闸门控制分开，并没有进一步利用集成技术。除此之外，先前完成的的灌区无线监测技术***相对单一，与水文监测、山洪预报等***缺少数据共享。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于ZigBee的智能灌区水情无线***，性价比较高，适应能力强，复杂度低，很大的提高***可靠性、灵活性和检测范围，降低***的成本，有较好的应用前景。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
基于ZigBee的智能灌区水情无线***，包括ADC0832模数转换电路、温湿度传感器、zigbee模块、水位传感器、模拟电压电路，通过温湿度传感器感知周围的温湿度，通过水位传感器模块采集水位信息，然后传感器通过模拟电压电路输出一个模拟电压，通过adc0832模数转换电路将采集到的电压转换成数据让单片机进行采集，然后通过zigbee模块将采集到的数据通过串口发送给zigbee模块，zigbee模块接收到数据后通过zigbee传输协议以无线的形式发送给接收机的zigbee模块，然后接收机的zigbee模块再将接收到的信息通过串行通信模块发送给PC机，PC机接收数据并将其显示到液晶屏幕上，同时通过USB串口将数据传输给微型计算机上的上位机进行数据分析。
优选地，所述单片机采用STM32核心处理器。
优选地，所述串行通信模块采用标准RS-232串行数据接口，配置数据格式及波特率，默认波特率9600，8位数据位，1位停止位。
优选地，所述PC机采用TC89C52RC型单片机，PC机设有复位按键。
优选地，所述Zigbee模块选用CC2530芯片，其为2.4GHz射频芯片，片内集成一个8位微处理器和VCO、LNA、PA及电源稳压器，能够在2.0～3.6V的电压内工作，发射电流为25mA，接收电流约在27mA左右，休眠模式仅有0.9μA。
优选地，还包括一人机接口模块：用过外部拓展的液晶显示、数据存储以及键盘来实现人机之间的数据交换及互动。
优选地，还包括一电源模块包括标准USB接口和DC-DC转换电路，标准USB接口的输出电压为5V，通过DC-DC转换电路将电压变换为3.3V供***使用。
本发明具有以下有益效果：
性价比较高，适应能力强，复杂度低，很大的提高***可靠性、灵活性和检测范围，降低***的成本，有较好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例中复位电路原理图。
图2为本发明实施例中晶振电路原理图。
图3为本发明实施例中STM32自带AD转换器的原理框图。
图4为本发明实施例中电源电路原理图。
图5为本发明实施例中zigbee无线通信模块电路原理图。
图6为本发明实施例中RS-232串行通信模块电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种基于ZigBee的智能灌区水情无线***，包括ADC0832模数转换电路、温湿度传感器、zigbee模块、水位传感器、模拟电压电路，通过温湿度传感器感知周围的温湿度，通过水位传感器模块采集水位信息，然后传感器通过模拟电压电路输出一个模拟电压，通过adc0832模数转换电路将采集到的电压转换成数据让单片机进行采集，然后通过zigbee模块将采集到的数据通过串口发送给zigbee模块，zigbee模块接收到数据后通过zigbee传输协议以无线的形式发送给接收机的zigbee模块，然后接收机的zigbee模块再将接收到的信息通过串行通信模块发送给PC机，PC机接收数据并将其显示到液晶屏幕上，同时通过USB串口将数据传输给微型计算机上的上位机进行数据分析。
所述单片机采用STM32核心处理器。所述PC机采用TC89C52RC型单片机，PC机设有复位按键。STC89C52RC型单片机的复位电路：采用按键式的复位电路，采用阻容电路的延迟时特性，在电阻R上产生压降。按下按钮时，该电路由R2和C1形成回路，从而使得复位端产生一个高电压。复位时间可由按键的时间确定。延迟时间可以很容易地计算出，延时约3.4ms，完全符合STC***的最低***要求，复位电路原理图如图1所示。
晶振电路如图3所示：本环节采用8M的有源晶振，晶体两头经过30pF的电容器接地，进而在电路的作用下，晶体开始震荡。在每个STC芯片上均有两个引脚X1和X2，芯片复位的电平的高低决定了启动程序的实现从哪里开始。
A/D变换将连续信号转换成相应的分散数字来显示，从而便于处理器对其进行处理，也被称为模拟/数字转换器，其原理框图如图3所示。
STM32F103内部集成的为12位ADC，为逐次逼近型的模数转换器，16个外部信号和2个内部信号源，可通过18个通道来测量、各个通道A/D转换有多种型号，可在单一的，间断的，扫描或连续模式下进行执行。16位数据寄存器则用来对ADC转换结果的存储，在ADC配置模式的实验是在独立的非连续操作模式下进行扫描，数据右对齐。当ADC时钟为72MHz，ADC的转变时长为1.17s，为2.4V-3.6V电源电压范围，ADC的输入范围：VREF-≤VIN≤VREF+。
还包括一电源模块包括标准USB接口和DC-DC转换电路，标准USB接口的输出电压为5V，通过DC-DC转换电路将电压变换为3.3V供***使用，电路原理图如图4所示。
所述Zigbee模块Zigbee模块选用CC2530芯片，其为2.4GHz射频芯片，片内集成一个8位微处理器和VCO、LNA、PA及电源稳压器，能够在2.0～3.6V的电压内工作，他的电流损耗较低，发射电流为25mA，接收电流约在27mA左右，休眠模式下更是仅有0.9μA，完全可以满足电子鼻设计高性能，低功耗的要求。zigbee的硬件原理图如图5所示。SOC芯片采用7×7mm的QLP封装，共有48个引脚，包括：电源引脚、控制引脚以及GPIO引脚。
CC2530芯片***电路需要32MHz晶振XTAL1为内部微处理器提供时钟源，接在19号引脚(XOSC_Q2)和21号引脚(XOSC_Q2)两个晶振引脚之间。为了匹配RF输入输出的阻抗，射频部分需要有精确的电感(L1、L2、L3)、电容(C341)和PCB微波传输线。而32号引脚(RF_P)及34号引脚(RF_N)则为LNA以及PA射频输入和输出提供正向以及负向射频信号。
特殊功能SFR寄存器的位和字节，能够通过软件的方式来设置。可以将I/O引脚作为普通的I/O，也可作为连接ADC、USART元件等外设的I/O口使用。其中，CC2530的I/O串口接收端引脚P0_2以及发送端引脚P0_3，与STC的USART串口引脚PA3和PA2相连，从而可以实现数据的接收及发送。
还包括一人机接口模块：用过外部拓展的液晶显示、数据存储以及键盘来实现人机之间的数据交换及互动。
所述串行通信模块采用标准RS-232串行数据接口，配置数据格式及波特率，默认波特率9600，8位数据位，1位停止位，传输数据时，发送端驱动器输出一个正极为+5V～+15V，负极在-5V～-15V的水平。当没有数据传输时，使用TTL，从数据的传输开始，路线从TTL电平到RS-232电平然后返回TTL电平。接收器操作电平为+3～+12V和-3V～-12V。因为传输水平和差异的接受水平仅为3V至2V，因此，其共模抑制能力弱，再加上双绞线上的分布电容，最高约15米的传输距离，20kb/s的最大速率。因此，RS-232更能满足本地设备间通信的要求。
根据RS-232的功能要求，选择定义了25芯中的20根信号线，其余5根线作备用或未定义。RS-232串行接口可将采集的数据传输到PC机，并能将程序下载至芯片中。RS-232采用负逻辑，逻辑“1”电平为-3V～-15V之间的电平，+3V～+15V之间的电平则为逻辑“0”电平。下位机的工作电压为3.3V，采取如图6所示的RS-232接口电路，可完成其接口电压与下位机信号电平的匹配。
本具体实施使用时，通过USB接上电源，zigbee模块以及水位传感器模块电源指示灯亮(红)，表示发送机正常工作。随后按下左下角的黑色按钮复位键，对装置进行复位操作，之后将RS232转USB接口接至PC机，显示模块的屏幕开始工作，然后将装置通过RS232转USB接口接至PC机，PC机上打开串口调试助手，设置串口为COM4，波特率为9600kbps，数据位8，停止位为1，再打开串口，实现上下位机的通讯，PC机上动态显示对应的温湿度数值和水位量的数据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于ZigBee的智能灌区水情无线***，其特征在于，包括ADC0832模数转换电路、温湿度传感器、zigbee模块、水位传感器、模拟电压电路，通过温湿度传感器感知周围的温湿度，通过水位传感器模块采集水位信息，然后传感器通过模拟电压电路输出一个模拟电压，通过adc0832模数转换电路将采集到的电压转换成数据让单片机进行采集，然后通过zigbee模块将采集到的数据通过串口发送给zigbee模块，zigbee模块接收到数据后通过zigbee传输协议以无线的形式发送给接收机的zigbee模块，然后接收机的zigbee模块再将接收到的信息通过串行通信模块发送给PC机，PC机接收数据并将其显示到液晶屏幕上，同时通过USB串口将数据传输给微型计算机上的上位机进行数据分析。
2.如权利要求1所述的基于ZigBee的智能灌区水情无线***，其特征在于，所述单片机采用STM32核心处理器。
3.如权利要求1所述的基于ZigBee的智能灌区水情无线***，其特征在于，所述串行通信模块采用标准RS-232串行数据接口。
4.如权利要求1所述的基于ZigBee的智能灌区水情无线***，其特征在于，所述PC机采用TC89C52RC型单片机，PC机设有复位按键。
5.如权利要求1所述的基于ZigBee的智能灌区水情无线***，其特征在于，所述Zigbee模块选用CC2530芯片，其为2.4GHz射频芯片，片内集成一个8位微处理器和VCO、LNA、PA及电源稳压器，能够在2.0～3.6V的电压内工作，发射电流为25mA，接收电流约在27mA左右，休眠模式仅有0.9μA。
6.如权利要求1所述的基于ZigBee的智能灌区水情无线***，其特征在于，还包括一人机接口模块：用过外部拓展的液晶显示、数据存储以及键盘来实现人机之间的数据交换及互动。
7.如权利要求1所述的基于ZigBee的智能灌区水情无线***，其特征在于，还包括一电源模块包括标准USB接口和DC-DC转换电路，标准USB接口的输出电压为5V，通过DC-DC转换电路将电压变换为3.3V供***使用。
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