基于無線傳感器網絡的閘門自動控制系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于無線傳感器網絡的閘門自動控制系統，包括布置在閘門附近的多個無線傳感器節點，無線傳感器節點與啟閉機控制儀表之間無線通訊，啟閉機控制儀表的輸入輸出端與主控計算機的輸入輸出端相連。本實用新型結構簡單、安裝方便，由于設置多個無線傳感器節點，系統不僅能檢測閘門開度和荷重量的變化，還能同時監測閘門附近水位、流速和水溫的變化，使得控制系統能依據更多的水文信息對閘門進行調度控制，增強了控制的科學性和可靠性；而且無線傳輸方式與傳統有線方式相比，簡化了現場布線難度，避免數據通信由于信號線老化或損壞而中斷，日常維護更加方便。
【專利說明】基于無線傳感器網絡的閘門自動控制系統

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及水利閘門自動控制【技術領域】，尤其是一種基于無線傳感器網絡的 閘門自動控制系統。

【背景技術】
[0002] 目前，國內現有的閘門自動控制系統，在閘門的升降過程中只能檢測閘門的開度 值和荷重量這兩個參數，而且傳感器和閘門控制儀表之間都是通過有線電纜連接，因此，此 類閘門控制系統存在以下缺陷：第一，無法檢測水位、流速、水溫等重要水文信息，當汛期水 位和流速變化較大以及冬季水溫較低出現冰凌時，無法自動根據水文信息的變化對閘門的 運行狀態進行實時調整，存在安全隱患；第二，暴露的傳感器有線電纜在閘門運行過程中容 易損壞，并會受到動力電纜中大信號的干擾，導致控制儀表接收到錯誤信號而誤動作，影響 閘門的正常運行。 實用新型內容
[0003] 本實用新型的目的在于提供一種能夠通過無線傳感器節點來檢測閘門附近的重 要水文信息，增強了閘門調控過程的科學性、可靠性和穩定性的基于無線傳感器網絡的閘 門自動控制系統。
[0004] 為實現上述目的，本實用新型采用了以下技術方案：一種基于無線傳感器網絡的 閘門自動控制系統，包括布置在閘門附近的多個無線傳感器節點，無線傳感器節點與啟閉 機控制儀表之間無線通訊，啟閉機控制儀表的輸入輸出端與主控計算機的輸入輸出端相 連。
[0005] 所述無線傳感器節點的個數為8個；所述各無線傳感器節點與啟閉機控制儀表組 成星形無線網絡；所述啟閉機控制儀表通過串行總線與主控計算機相連。
[0006] 所述無線傳感器節點包括用于采集水文信息的傳感器，傳感器的輸出端與信號調 理模塊的輸入端相連，信號調理模塊的輸出端與AD轉換模塊的輸入端相連，AD轉換模塊的 輸出端與信號處理模塊的輸入端相連，信號處理模塊的輸出端分別與顯示模塊、無線通信 模塊的輸入端相連。
[0007] 所述啟閉機控制儀表通過RS232通信模塊與主控計算機相連。
[0008] 所述傳感器為水位傳感器、流速傳感器、溫度傳感器、荷重傳感器和開度傳感器中 的任意一種。
[0009] 所述信號處理模塊包括STC11F32XE單片機，所述AD轉換模塊采用CS5550芯片， 其15、16引腳與信號調理模塊的輸出端相連，其19、23、7、6、5引腳分別與STC11F32XE單片 機的P3. 3、P1. 7、P3. 2、P1. 5、P1. 6引腳相連，其1腳通過晶振Y1與其24腳相連，其13腳 接地，其11、12腳并聯后通過電容C53接地，其14引腳分別與電阻R48、電容C55的一端相 連，電阻R48的另一端接+5V直流電，電容C55的另一端接地。
[0010] 所述顯示模塊包括驅動電路及數碼管，所述驅動電路采用驅動芯片TM1620,其2、 3、4、5、6、7、8、9引腳分別與數碼管的A、B、C、D、E、F、G、DP引腳相連，其17、16、14、13引腳 分別與數碼管的位選引腳D1、D2、D3、D4相連，其20、19、18引腳分別與STC11F32XE單片機 的卩1.2、卩1.3、卩1.4引腳相連。
[0011] 所述無線通信模塊包括無線通信芯片IC1，無線通信芯片IC1采用RN630芯片，其 1腳接地，其1、2腳之間接陶瓷電容C3,其3、4腳分別與STC11F32XE單片機的P3. 0、P3. 1 弓丨腳相連，其6、7、9腳懸空。
[0012] 由上述技術方案可知，本實用新型結構簡單、安裝方便，由于設置多個無線傳感器 節點，系統不僅能檢測閘門開度和荷重量的變化，還能同時監測閘門附近水位、流速和水溫 的變化，使得控制系統能依據更多的水文信息對閘門進行調度控制，增強了控制的科學性 和可靠性；而且無線傳輸方式與傳統有線方式相比，簡化了現場布線難度，避免數據通信由 于信號線老化或損壞而中斷，日常維護更加方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是本實用新型的網絡拓撲圖。
[0014] 圖2是圖1中無線傳感器節點的電路框圖。
[0015] 圖3、4、5、6分別是圖2中AD轉換模塊、顯示模塊的數碼管、顯示模塊的驅動電路、 無線通信模塊的電路原理圖。
[0016] 圖7是本實用新型的監控界面圖。

【具體實施方式】
[0017] 一種基于無線傳感器網絡的閘門自動控制系統，包括布置在閘門附近的多個無線 傳感器節點1，無線傳感器節點1與啟閉機控制儀表2之間無線通訊，啟閉機控制儀表2的 輸入輸出端與主控計算機4的輸入輸出端相連。所述啟閉機控制儀表2的輸入輸出端通過 串行總線3與主控計算機4的輸入輸出端相連，如圖1所示。所述無線傳感器節點1的個 數為8個；所述各無線傳感器節點1與啟閉機控制儀表2組成星形無線網絡；所述啟閉機控 制儀表2通過串行總線3與主控計算機4相連。本系統在工作時構建的無線網絡為星形網 絡拓撲結構，啟閉機控制儀表2作為無線網絡的中心節點，其它無線傳感器節點1與啟閉機 控制儀表2通信并上傳采集的數據，啟閉機控制儀表2對數據進行初步分析和處理，然后將 一部分數據再傳輸給主控室中的主控計算機4。
[0018] 如圖2所示，所述無線傳感器節點1包括用于采集水文信息的傳感器，傳感器的輸 出端與信號調理模塊的輸入端相連，信號調理模塊的輸出端與AD轉換模塊5的輸入端相 連，AD轉換模塊5的輸出端與信號處理模塊6的輸入端相連，信號處理模塊6的輸出端分 別與顯示模塊7、無線通信模塊8的輸入端相連。所述傳感器為水位傳感器、流速傳感器、溫 度傳感器、荷重傳感器和開度傳感器中的任意一種。傳感器將檢測到的物理量轉換成電信 號，然后送入信號調理模塊進行濾波、放大，再經AD轉換模塊5進行AD轉換，轉換后的數字 信號經信號處理模塊6分析和處理，并打包成特定格式的數據幀，每隔一段時間將數據幀 發送至無線網絡中心節點處的啟閉機控制儀表2,發送數據的間隔時間可以設置，如果間隔 時間長，相應的電池使用壽命就長，反之電池使用壽命則短。
[0019] 如圖3所示，所述信號處理模塊6包括STC11F32XE單片機，所述AD轉換模塊5采 用CS5550芯片，其15、16引腳與信號調理模塊的輸出端相連，其19、23、7、6、5引腳分別與 STC11F32XE單片機的P3. 3、P1. 7、P3. 2、P1. 5、P1. 6引腳相連，其1腳通過晶振Y1與其24 腳相連，其13腳接地，其11、12腳并聯后通過電容C53接地，其14引腳分別與電阻R48、電 容C55的一端相連，電阻R48的另一端接+5V直流電，電容C55的另一端接地。為了保證檢 測精度，系統采用了 24位高精度AD轉換器CS5550芯片，AD轉換的參考電壓采用芯片內部 自帶的2. 5V基準電壓，因此將CS5550芯片的VFOUT引腳連接到VFIN引腳，并通過陶瓷電容 C53接地，減小噪聲信號對基準電壓的干擾。傳感器的輸出信號為mV級的差分電壓信號，從 CS5550芯片的AIN1+和AIN1-引腳輸入。CS5550芯片工作所需要的電源由系統中的5V模擬 電源和5V數字電源共同提供，其中5V模擬電源接VA+引腳，5V數字電源接VDD引腳。CS5550 芯片的片選引腳為

【權利要求】
1. 一種基于無線傳感器網絡的閘門自動控制系統，其特征在于：包括布置在閘門附近 的多個無線傳感器節點（1)，無線傳感器節點（1)與啟閉機控制儀表（2)之間無線通訊，啟 閉機控制儀表（2)的輸入輸出端與主控計算機（4)的輸入輸出端相連。
2. 根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的閘門自動控制系統，其特征在于：所 述無線傳感器節點（1)的個數為8個；所述各無線傳感器節點（1)與啟閉機控制儀表（2)組 成星形無線網絡；所述啟閉機控制儀表（2)通過串行總線（3)與主控計算機（4)相連。
3. 根據權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的閘門自動控制系統，其特征在于：所 述無線傳感器節點（1)包括用于采集水文信息的傳感器，傳感器的輸出端與信號調理模塊 的輸入端相連，信號調理模塊的輸出端與AD轉換模塊（5)的輸入端相連，AD轉換模塊（5) 的輸出端與信號處理模塊（6)的輸入端相連，信號處理模塊（6)的輸出端分別與顯不模塊 (7)、無線通信模塊（8)的輸入端相連。
4. 根據權利要求2所述的基于無線傳感器網絡的閘門自動控制系統，其特征在于：所 述啟閉機控制儀表（2)通過RS232通信模塊與主控計算機（4)相連。
5. 根據權利要求3所述的基于無線傳感器網絡的閘門自動控制系統，其特征在于：所 述傳感器為水位傳感器、流速傳感器、溫度傳感器、荷重傳感器和開度傳感器中的任意一 種。
6. 根據權利要求3所述的基于無線傳感器網絡的閘門自動控制系統，其特征在于：所 述信號處理模塊（6)包括STC11F32XE單片機，所述AD轉換模塊（5)采用CS5550芯片，其 15、16引腳與信號調理模塊的輸出端相連，其19、23、7、6、5引腳分別與STC11F32XE單片機 的P3. 3、P1. 7、P3. 2、P1. 5、P1. 6引腳相連，其1腳通過晶振Y1與其24腳相連，其13腳接 地，其11、12腳并聯后通過電容C53接地，其14引腳分別與電阻R48、電容C55的一端相連， 電阻R48的另一端接+5V直流電，電容C55的另一端接地。
7. 根據權利要求3所述的基于無線傳感器網絡的閘門自動控制系統，其特征在于：所 述顯示模塊（7)包括驅動電路及數碼管，所述驅動電路采用驅動芯片TM1620,其2、3、4、5、 6、7、8、9引腳分別與數碼管的A、B、C、D、E、F、G、DP引腳相連，其17、16、14、13引腳分別與數 碼管的位選引腳D1、D2、D3、D4相連，其20、19、18引腳分別與STC11F32XE單片機的P1.2、 PI. 3、P1. 4引腳相連。
8. 根據權利要求3所述的基于無線傳感器網絡的閘門自動控制系統，其特征在于：所 述無線通信模塊（8)包括無線通信芯片IC1，無線通信芯片IC1采用RN630芯片，其1腳接 地，其1、2腳之間接陶瓷電容C3,其3、4腳分別與STC11F32XE單片機的P3. 0、P3. 1引腳相 連，其6、7、9腳懸空。
【文檔編號】G05B19/418GK204065791SQ201420299014
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2014年6月6日
【發明者】羅少軒, 喬愛民, 李媛媛, 張新庭, 楊仁好 申請人:蚌埠學院