自获取能量的水质监测无线传感器网络高速网关节点装置

1、自获取能量的水质监测无线传感器网络高速网关节点装置说明书摘要本实用新型公开了特大面积水质监测无线传感器网络网关节点装置，它由通信模块1，处理器模块2，远程数据获取模块3，电源模块4组成。通过GPRS与Internet连接，实现低成本，高可靠性的水质监控。本实用新型的网关节点，传输速度快，抗干扰能力强，且能高效获取和存储能量，实现无线传感器网络网关节点长寿命工作。权利要求书1 一种特大面积水质监测的无线传感器网络的网关节点由通信模块1，处理器模块2，远程数据获取模块3与电源模块4组成，且通过GPRS与Internet连接，实现低成本，高可靠性的特大面积水质监控。2 处理器模块2，选用AT91RM

2、9200芯片，并移植Linux操作系统，实现网关节点高速传输，且抗干扰能力强。3 本实用新型，以太阳能光伏电池为主能源向网关节点供电，同时向锂电池充电；以微型风力发电机作为辅助能源，向超级电容器充电，当超级电容器两端电压达到高阈值电压时开始作为主能源向网关节点供电，并快速向锂电池充电。说明书自获取能量水质监测无线传感器网络高速网关节点装置。技术领域本实用新型应用于江河、湖泊与水库等特大面积水产养殖水质监测无线传感器网关节点装置。背景技术在特大面积水产养殖的水质监测中，由于要同时且实时监测七个水质参数，当监测点布置的无线传感器节点数目达到一定数量时，必须提高网关节点的传输速度，增强网关节点的可靠

3、性与抗干扰能力。实用新型内容本实用新型的无线传感器网络网关节点装置，通过下述技术方案予以实现。由通信模块1接收水质监测无线传感器网络节点传输来的水质参数数据，该模块主要由CC 2430射频收发模块为主组成，CC2430内嵌入固化的ZigBee协议，将接收到的数据送入处理器模块2，处理器选用ARM9，处理器应用Linux操作系统，处理器驱动远程数据获取模块3主要由GPRS芯片等构成，实现与Internet网联接。电源模块4负责供给各组成模块的电源，保证其正常工作，该模块由太阳能光伏电池和风能发电机组成的双生能器件以及由锂电池和超级电容器组成的双储能器件，电源模块除保证网关节点正常工作外，还高效、

4、合理将能量进行存储，实现网关节点的长寿命工作。本实用新型可广泛应用于大面积水产养殖水质监测无线传感器网络网关节点，它有如下的积极效果。1. 采用ARM9为微处理器。设计的无线传感器网络的网关节点，可以大大地提高特大面积水质监测无线传感器网络传输速率。2. 以太阳能光伏电池为主能源向网关节点供电，同时向锂电池充电，以微型风力发电机作为辅助能源，向超级电容器充电，当超级电容器两端电压达到高阈值电压时开始作为主能源向网关节点供电，并快速地向锂电池充电。3. 提出基于GPRS的无线传感器网关节点的设计方案，能够使获得监测数据的成本低，可靠性高，实时传输，同时满足低功耗的要求。附图说明图1.网关节点结构

5、框图图2.电源模块（自获取能量）原理示意图具体实施方式下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的描述。通信模块选用CC 2430射频收发器，CC2430芯片采用了CC 2420收发模块的架构，在单个芯片上整合了ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU（8051），具有32KB/64KB/128KB可编程内存和8KB的RAM，还包括模拟数字转换器（8个ADC），多个定时器（Timer），AES-128协同处理器，看门狗定时器（watchdog-timer），32KHZ晶振的休眠模式定时器，上电复位电路（Power-on-Reset），掉电检测电路（Brow-out-De

6、tection），以及21个可编程I/O引脚。CC2430芯片采用CMOS工艺生产，工作时电流损耗为27mA或25mA。CC2430的休眠模式和转到主动模式的超短时间特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的场合应用。外围电路参考图详见该芯片的数据手册。微处理器模块2，选用Atmel公司的一款内嵌32位ARM920T核的高速ARM处理器AT91RM9200作为中心处理器，具有高性能、低功耗、低成本特点，其指令处理速度可以高达200MI/s（兆指令/秒），能满足无线传感器网关节点的高速传输要求，它又是一款工业级微控制器，能够适应网关节点在工作环境恶劣的要求，保证网关节点工作的稳定性。同时AT91RM

7、9200上可以移植标准的Linux操作系统，减少了网关节点软件的开发难度并增强了它的可移植性，有利于软件的二次开发。远程数据获取模块3为了能够将网络中的数据及时可靠地传到监控中心，本设计采用GPRS（通用分组无线业务）实现与Internet网络联接。该方式具有永远在线、快速登陆、按流量计费等优势。实际中采用Simoom公司生产的GPRS通信芯片SIM100E，该芯片具有标准的AT命令接口，为GSM语言、短信息以及GPRS数据业务提供无线接口。其提供速率为300-115200bit/s。通过标准RS-232串口，使用AT命令完成对模块的操作，实现数据的无线拨号GPRS连接。电源模块3，能量获取管

8、理系统的工作原理：能量管理系统由开关切换电路、稳压电路、超级电容器放电升压电路、比较电路和单片机电路六部分组成 ， 如图 2 所示。其工作原理为当有太阳光时，太阳能光伏电池5通过稳压电路9为无线传感器网关节点8供电 ， 同时将多余的能量存储到锂电池7中。风能发电机6输出的能量向超级电容器14充电。随着超级电容器中电量的增多，其两端的电压不断升高，当电压达到高阈值电压时，开关切换电路13接通 ， 单片机电路11开始工作，然后单片机电路11控制开关切换电路13 接通，使超级电容器开始放电， 即通过超级电容器放电升压电路10为传感器网关节点8供电，同时快速地向锂离子电池充电。当超级电容器两端的电压达到低阈值电压时，开关切换电路 12断开，单片机电路停止工作，进而使开关切换电路 13 断开，超级电容器14停止放电，能量管理系统回到最初的工作状态。当太阳能光伏电池5输出的电压非常低时，且风能电机6也因风力不足而不能继续向超级电容器14充电，此时由锂电池7