基于无线传感器网络的pH测量节点设计

来源 :云南民族大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangyan18277
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pH值是表征水质监测的重要参数,结合可快速部署、自组织网络、远程无线数据采集等优势的无线传感器网络,构建基于无线传感器网络的pH值监测节点及无线水质监测网络,近年来受到广泛关注。鉴于此,本文首先比较了国内外无线传感器网络的发展状况,然后提出本文的研究内容和方法:采用基于无线传感器网络(WSN)的对溶液pH值实时测量解决方案,将pH传感器技术和无线传感器网络技术有机地结合起来,即把pH信号采集和节点组成一个平台,以扩展传感器的功能。目的是设计基于无线传感器网络的水质参数pH值测量的节点硬件平台,并对节点的各个功能模块进行软件设计,实现无线传感器网络的基本功能即数据实时采集和无线收发。之后提出了本文的总体设计方案,根据系统的需求通过对芯片的选型设计出节点原理图,射频通信模块采用无线射频片上系统芯片CC2530,数据采集部分采用LMP91200可编程模拟前端,电源模块采用线性电源AMS1117-3.3,通过CC-DEBUGGER调试电路对节点进行编程和调试。软件开发环境采用IAR Embedded Workbench IDE,对Zstack-CC2530-2.5.1.a协议栈的架构进行了分析,介绍了协调器节点、路由器节点、传感器终端节点的工作流程,并开发出pH值监测节点的驱动程序,成功实现了数据采集和无线数据传输的基本功能。  本文的主要研究内容和成果如下:  1、介绍了离子选择性电极进行pH值测量原理,数据采集部分使用可配置模拟前端(AFE)LMP91200,为桥接微处理器与传感器提供了简单易用的模块化解决方案。CC2530通过SPI总线对LMP91200的工作方式进行配置,并对采集到的指示电极电压毫伏值进行A/D转换,进而通过能斯特方程计算出pH值。  2、利用CC2530芯片,可配置模拟前端(AFE)LMP91200,USB转串口模块、复位模块、调试模块、电源模块成功搭建了pH监测节点的硬件平台。  3、利用Zstack-CC2530-2.5.1.a协议栈,在应用层增添本设计的用户程序pH值数据采集部分,使之能够实现pH值实时数据采集。修改板级支持包(BSP),使之适用于自己的硬件平台。  4、通过对节点组网的连通性测试以及pH值数据采集功能测试,结果表明所设计的节点能够实现无线传感器网络的基本功能,即pH值实时采集及无线收发。
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