[发明专利]水环境实时监测设备

摘要

本发明公开了一种水环境实时监测设备，现有技术监测过程复杂，需要专业人员才能完成检测且实时性差，成本高，难以做到同步监测，本发明由控制器模块，电源管理模块，信号采集模块，存储器模块以及通讯模块组成，该监测设备主要是通过传感器以及其他监测节点采集水环境参数，经过控制器模块处理，最后由GPRS模块将信息发送到上位机监测中心。同时监测设备通过GPRS模块接受来自上位机的命令，实时控制基站和其他监测节点。基站和其他监测节点通过ZigBee模块通讯。本发明设备成本低、功耗小、精度高、可靠性强、部署简单，能实现实时在线监测水环境参数，同时对水环境影响小。

主权项

水环境实时监测设备由控制器模块，电源管理模块，信号采集模块，存储器模块以及通讯模块组成，控制器模块以U1 STM32F103C8T6为主控芯片；电源管理模块以LM2596S和LM1117‑3.3为核心，以LM2596S为核心的电压转换电路为设备其他模块提供5V电压，以LM1117‑3.3V为核心的电压转换电路为设备其他模块提供3.3V电压；信号采集模块以MAX3232为核心的信号转换电路和多参数水质传感器M45453构成；存储器模块以SST25VF032为核心的电路构成；通讯模块由JTAG接口电路，ZigBee模块接口电路和GPRS模块接口电路组成；以LM1117‑3.3V为核心的电压转换电路为控制器模块、信号采集模块、存储器模块以及通讯模块中的JTAG接口电路和ZigBee接口提供3.3V电压；以LM2596S为核心的电压转换电路为通讯模块中的GPRS接口提供5V电压；信号采集模块根据控制器命令采集水环境参数，并将信息发送到控制器模块；通讯模块接受上位机监测中心和其他监测节点的信息，并将信息发送到控制器模块，控制器模块根据命令，将采集的信息通过通讯模块发送到上位机监测中心和其他监测节点；存储器模块根据控制器命令读写或存储数据；控制器模块包括微处理器U1 STM32F103C8T6、第八滤波电容C1、 第九滤波电容C2、 第十滤波电容C3、第一电阻R1、第二电阻R2、第一晶振Y1；U1 STM32F103C8T6的5引脚、第八滤波电容C1一端和第一晶振Y1一端相连；第八滤波电容C1另一端与第九滤波电容C2相连并接地；U1 STM32F103C8T6的6引脚、第九滤波电容C2一端和第一晶振Y1另一端相连；U1 STM32F103C8T6的44引脚与第一电阻R1的一端相连；第一电阻R1的另一端接地；U1 STM32F103C8T6的7引脚与第十滤波电容C3一端相连；第十滤波电容C3的另一端接地；U1 STM32F103C8T6的1引脚、24引脚、36引脚、48引脚、9引脚与VDD3.3相连；U1 STM32F103C8T6的20引脚与第二电阻R2的一端相连；第二电阻R2的另一端接地；U1 STM32F103C8T6的23引脚、35引脚、47引脚、8引脚相连并接地；5V电压转换电路包括电源管理芯片U3LM2596S、第一极性电容C5、第二极性电容C11、第一电感L1和稳压二极管D1、第一极性电容C5的正极与电源管理芯片U3 LM2596S的1引脚和VDD12连接；第一极性电容C5的负极、电源管理芯片U3LM2596S的3引脚、电源管理芯片U3LM2596S的5引脚、稳压二极管D1的阳极和第二极性电容C11的负极相连并接地；电源管理芯片U3LM2596S的4引脚、第一电感L1的一端、第二极性电容C11的正极与电压输出端VDD5.0连接；电源管理芯片U3LM2596S的2引脚、第一电感L1的另一端和稳压二极管D1的阴极相连；3.3V电压转换电路包括第一滤波电容C4、第三极性电容C6、电源管理芯片LM1117、第四极性电容C9、第二滤波电容C10和发光二极管DS1；第一滤波电容C4的一端、VDD5.0、第三极性电容C6的正极和电源管理芯片LM1117的3引脚连接；第一滤波电容C4的另一端、第三极性电容C6的负极、电源管理芯片LM1117的1引脚、第四极性电容C9的负极、第二滤波电容C10的一端和发光二极管DS1的阴极连接并接地；电源管理芯片LM1117的2引脚、第四极性电容C9的正极、第二滤波电容C10的另一端、发光二极管DS1的阳极与VDD3.3相连；信号采集模块包括第三滤波电容C7，第四滤波电容C8，第五滤波电容C12，第六滤波电容C13、串口COM1和电平转换芯片U5 MAX3232；电平转换芯片U5MAX3232的16引脚与VDD3.3相连；U5 MAX3232的1引脚与第五滤波电容C12的一端相连；U5MAX3232的3引脚与第五滤波电容C12的另一端相连；U5 MAX3232的4引脚与第六滤波电容C13的一端相连；U5 MAX3232的5引脚与第六滤波电容C13的另一端相连；U5 MAX3232的11引脚与处理器U1 STM32F103C8T6的U1TX引脚相连；U5 MAX3232的12引脚与处理器U1 STM32F103C8T6的U1RX引脚相连； U5 MAX3232的2引脚与第三滤波电容C7的一端相连；U5 MAX3232的6引脚与第四滤波电容C8的一端相连；U5 MAX3232的15引脚、第四滤波电容C8的另一端、第三滤波电容C7的另一端相连并接地；U5 MAX3232的14引脚与串口COM1的2引脚相连；U5 MAX3232的13引脚与串口COM1的3引脚相连；串口COM1的5引脚接地，串口COM1其余引脚均架空；存储器模块包括第三电阻R3、第八电阻R8、存储芯片U6 SST25VF032和第七滤波电容C14；存储芯片U6 SST25VF032的1引脚与处理器U1 STM32F103C8T6的SPI1_NSS引脚相连；存储芯片U6 SST25VF032的2引脚与处理器U1 STM32F103C8T6的SPI1_MISO引脚相连；存储芯片U6 SST25VF032的5引脚与处理器U1 STM32F103C8T6的SPI1_MISI引脚相连；存储芯片U6 SST25VF032的6引脚与处理器U1 STM32F103C8T6的SPI1_SCK引脚相连；存储芯片U6 SST25VF032的3引脚、处理器U1 STM32F103C8T6的PB13引脚和第三电阻R3的一端相连；存储芯片U6 SST25VF032的4引脚接地；存储芯片U6 SST25VF032的8引脚、第八电阻R8的一端和第七滤波电容C14的一端接VDD3.3，第七滤波电容C14的另一端接地；存储芯片U6 SST25VF032的7引脚与第八电阻R8另一端连接；通讯模块包括JTAG接口电路、ZigBee模块接口电路和GPRS模块接口电路；所述的JTAG接口电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第九电阻R9和JTAG接口JG；JTAG接口JG中的1引脚、2引脚、第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端与VDD3.3相连；JTAG接口JG中的4引脚与第九电阻R9的一端相连；JTAG接口JG中的3引脚、第七电阻R7的另一端、第九电阻R9的另一端与处理器U1 STM32F103C8T6的TRST引脚相连；JTAG接口JG中的5引脚、第六电阻R6的另一端与处理器U1 STM32F103C8T6的TDI引脚相连；JTAG接口JG中的7引脚、第五电阻R5的另一端与处理器U1 STM32F103C8T6的TMS引脚相连；JTAG接口JG中的9引脚、第四电阻R4的另一端与处理器U1 STM32F103C8T6的TCK引脚相连；JTAG接口JG中的6引脚与处理器U1 STM32F103C8T6的TDO引脚相连；JTAG接口JG中的8引脚与JTAG中的10引脚相连并接地；所述的ZigBee模块接口电路和GPRS模块接口电路包括GPRS接口CON2和ZigBee接口CON1，GPRS接口CON2的1引脚接地；GRPS接口CON2的2引脚与处理器U1 STM32F103C8T6的U2TX引脚相连；GPRS接口CON2的3引脚与处理器U1 STM32F103C8T6的U2RX引脚相连；GPRS接口CON2的4引脚与VDD5.0相连；ZigBee接口CON1的13引脚、15引脚、17引脚与VDD3.3相连；ZigBee接口CON1的21引脚、23引脚、25引脚、27引脚相连并接地；ZigBee接口CON1的18引脚与处理器U1 STM32F103C8T6的U3TX引脚相连；ZigBee接口CON1的20引脚与处理器U1 STM32F103C8T6的U3RX引脚相连，ZigBee接口CON1的其余引脚架空。