水質(zhì)監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

設(shè)計(jì)目錄1功能框圖設(shè)計(jì)2節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計(jì)3節(jié)點(diǎn)PCB設(shè)計(jì)4節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)框圖硬件系統(tǒng)主要由傳感器模塊、調(diào)理電路、CC2430模塊和電源模塊四部分組成。水質(zhì)監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是通過PH傳感器、溶解氧傳感器對水環(huán)境信息進(jìn)行采集，然后將采集的信號通過調(diào)理之后送入使用ZigBee協(xié)議的CC2430芯片來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)對被監(jiān)測區(qū)域水環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測。CC2430模塊CC2430是無線SOC設(shè)計(jì)，其內(nèi)部已集成了大量必要的電路，因此采用較少的外圍電路（少量的晶振、電容、電阻等元器件）即可以實(shí)現(xiàn)信號的收發(fā)功能，大大簡化了射頻電路的設(shè)計(jì)。

PH傳感器模塊在該檢測模塊中使用的電極是PH復(fù)合電極E-201-C，其中一只電極的電位隨溶液中被測離子濃度的變化而變化。另一支電極為參比電極，其電極的電位不受溶液中被測離子濃度的影響。但是通常在水質(zhì)監(jiān)測過程中，傳感器感知到的電壓信號很微弱，通常在mV級，要保證CC2430的進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理和傳輸，需要將感知到的電壓信號進(jìn)行信號調(diào)理。由于PH信號比較容易受到外界干擾，尤其是工頻干擾，因此在調(diào)理電路加入了50HZ陷波器來去除干擾。在該調(diào)理電路中用到了運(yùn)算放大器CA3140和普通運(yùn)放LM741。CA3140是高輸入阻抗運(yùn)算放大器，具有輸入阻抗高、偏置電流低、噪聲低、增益高等特點(diǎn)，主要用來完成阻抗匹配、降低測量噪聲、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等。LM741是一款普通的運(yùn)算放大器，電壓適應(yīng)范圍較寬，具有很高的輸入共模、差模電壓，內(nèi)含頻率補(bǔ)償和過載、短路保護(hù)電路，可通過外接電位器進(jìn)行調(diào)零。溶解氧傳感器模塊本節(jié)點(diǎn)采用的是RY952型號的溶解氧傳感器，該傳感器內(nèi)嵌熱敏電阻，使用覆膜酸性電解質(zhì)原電池來實(shí)現(xiàn)水體中溶解氧濃度的測量。傳感器有兩個(gè)金屬電極密封在充有電解質(zhì)的容器內(nèi)，容器一端使用具有選擇性滲透性薄膜與水體接觸，只有水體中的氧氣可滲透該薄膜，因原電池作用或在電極上外加電壓使得電極間產(chǎn)生電位差。電源模塊CC2430芯片使用2.0—3.6V電壓，本設(shè)計(jì)采用3V供電，信號調(diào)理電路中用到的運(yùn)算放大器芯片CA3140、LM741和LM324等采用6V電壓來供電，根據(jù)需求要提供不同的電壓值。本設(shè)計(jì)中6V電壓采用4節(jié)1.5V電池供電，經(jīng)過芯片XC6203E302轉(zhuǎn)換成3V電壓。數(shù)據(jù)測試為了便于進(jìn)行數(shù)據(jù)測試，在電路中加入了串口模塊。該模塊通過DB9連接串口終端，顯示通過串口0采集到的數(shù)據(jù)，便于實(shí)時(shí)了解程序傳遞的數(shù)據(jù)?？傮w電路設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)該節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)主要包含兩大部分，第一部分是傳感器數(shù)據(jù)的采集與處理，就是傳感器將感知到的信號通過調(diào)理電路后發(fā)送至CC2430芯片，芯片根據(jù)各個(gè)傳感器的特性進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理。第二部分是數(shù)據(jù)的通信，這里采用的是點(diǎn)對點(diǎn)通信，主要包括發(fā)送和接收，CC2430