充气围油栏气压检测ZigBee传感器节点装置的制作方法

本实用新型涉及电子信息领域，尤其涉及一种充气围油栏气压检测ZigBee传感器节点装置。

背景技术：

溢油污染已经成为全球海洋、湖泊污染中倍受关注的焦点之一。因此，对于加强水面溢油事故的预防和溢油后处理工作方面的研究就显得尤为重要。而水面溢油处理最常用最普通的就是围油栏，围油栏可以有效控制油体扩散、侵入、配合回收溢油的有力器材，对于一旦发生水面溢油事故后，对减小溢油对环境和生态造成的影响起到了至关重要的作用，因此研制高性能围油栏对遏制水面污染起着至关重要的作用。围油栏工作环境恶劣，终日浸泡于水中易被腐蚀，并受日光直射易老化，以及易遭受船体、水中杂物碰撞等，易发生气室内填充的空气泄露而使围油栏浮力变小，使围油栏受风、浪、水流和波浪的共同作用而发生变形，溢油将会从围油栏上部飞溅或者底部逃逸，发生拦油失效。

国家知识产权局2015-12-23公开了一项实用新型专利（申请号：2015204812376，名称：充气式围油栏自动监控系统）公开了包括围油栏和巡弋船，所述围油栏由若干个围油栏单体串接而成，围油栏单体设有处于上部的气室、处于下部裙带下沿的配重，在气室上设有充气阀门 ；在各所述围油栏单体上设有信息发送器节点；在所述巡弋船上设有气源、监控主机和协调器节点 ；所述协调器节点连接监控主机；基于ZigBee 通信的多传感器自动检测装置，可以实时采集气室内气压值和液位传感器的数据，并将采集到的数据参数最终发送监控主机，进而由巡弋船快速到达漏气点进行补气，无需人工将围油栏拖至陆地再行补气。但是在实际使用过程中基于ZigBee （一种短距离数据传输通信）通信的多传感器自动检测装置需要实时工作，功耗大不够节能。

技术实现要素：

本实用新型针对以上问题，提供了一种低功耗、节能效果好的充气围油栏气压检测ZigBee传感器节点装置。

本实用新型的技术方案是：包括ZigBee模块、电源模块、MOS开关Q3、传感器模块和调理电路模块，所述传感器模块固定在充气围油栏上，所述传感器模块通过调理电路模块与所述ZigBee模块连接，所述电源模块连接分别ZigBee模块、调理电路模块和传感器模块供电，所述电源模块和ZigBee模块之间、电源和调理电路之间以及电源和传感器模块之间设有电压转换电路；所述MOS开关电路模块设于所述电源模块和电压转换电路之间；

所述MOS开关Q3上设有延时电路，所述延时电路与所述节能电路连接；所述节能电路包括跳线帽，所述跳线帽包括引脚一、引脚二和引脚三，所述引脚一连接电源模块；

所述引脚二连接三极管Q4的基极，所述引脚二和三极管Q4的基极之间设有电阻R12，所述三极管Q4的发射极接地所述三极管Q4的集电极连接电阻R11后再连接MOS开关的栅极，所述MOS开关Q3的漏极连接电源模块，所述电源模块连接电阻R9后再连接电阻R11；

所述引脚三与所述延时电路连接。

所述延时电路包括延时芯片，包括接线端一~接线端八八个接线端，所述接线端一连接引脚三，所述接线端三接地，所述接线端六与所述接线端八连接后接地，所述接线端四连接电源模块，所述电源模块与所述接线端四之间设有电阻R8，所述接线端四与接地端之间设有电容C2，所述接线端五与电源模块连接，所述电源模块与接线端五之间设有电阻R10，所述电阻R10的两端并联电容C1，所述接线端七连接电源模块。

所述调理电路模块包括滤波电路和电压跟随器，所述滤波电路与所述电压跟随器连接；

所述滤波电路包括电阻R20、电阻R21、电阻R24、电阻R26、电阻R31、电容C15电容C17和运算放大器一，所述电阻R20和电阻R21串联后接运算放大器一的正极输入端，所述电阻R20和电阻R24串联后接地，所述电阻R20和电容C15串联后接地，所述电阻R20一端接传感器模块；

所述运算放大器一的负极输入端串接R26后再接1.5V电源，所述运算放大器一的电源端接5V电源，所述运算放大器一的接地端接地，所述运算放大器一的输出端与所述运算放大器一的负极输入端之间并联电阻R31，所述电阻R31的两端并联电容C17，所述运算放大器一的输出端接ZigBee模块；

所述电压跟随器包括电阻R22、电阻R25、电阻R30、电阻R32、电容C16,和运算放大器二，所述电阻R22、电阻R25、电阻R30和电阻R32依次串接，所述电阻R22接电源模块，所述电阻R32接地；

所述运算放大器二的正极输入端与电容C16串联后接地，所述电阻R25的一端接电阻R22，所述电阻R25的另一端和运算放大器二的正极输入端连接，所述运算放大器二的负极输入端连接运算放大器二的输出端，所述运算放大器一的输出端接ZigBee模块；

所述运算放大器二的电源端接5V电源，所述运算放大器二的接地端接地。

所述1.5V电源包括稳压源、运算放大器三、运算放大器四、电阻R19、电阻R23、电阻R27~R29，所述电阻R19一端连接5V电源，所述电阻R19的另一端连接稳压源的引脚一，所述稳压源的引脚二与稳压源的引脚一连接后连接运算放大器三的正极输入端，所述稳压源的引脚三接地；

所述运算放大器三的负极输入端与输出端连接，所述运算放大器三的接地端接地，所述运算放大器三的电源端接5V电源，所述运算放大器三的输出端顺次连接电阻R23和电阻R27后接地；

所述运算放大器四的正极输入端连接在电阻R23和电阻R27之间，所述运算放大器四的负极输入端和运算放大器四的输出端之间并联电阻R29，电阻R28的一端与运算放大器四的负极输入端连接，电阻R28的另一端接地，所述运算放大器四的输出端与电阻R26连接。

本实用新型在ZigBee模块上设置复位电路，在ZigBee模块上电、掉电和节电以及运行过程中出现“程序跑飞”、“死机”等情况下ZigBee模块发出复位信号，确保电路稳定可靠工作。MOS开关Q3上设有延时电路，所述延时电路与所述节能电路连接；正常工作时，跳线帽引脚二和引脚三连接。当BDT078芯片上电后，输出端OUT输出高电平，三极管Q4导通，PMOS管Q3栅极电平拉低，Q3开启，漏极输出电源电压，整个电路唤醒，完成一次数据采集、调理、融合、发送。此时JN5148（接收）发出复位信号，BDT078再次输出高电平后进入休眠状态，输出端OUT输出低电平，三极管Q4关闭，MOS开关Q3关闭，整个电路进入休眠状态。避免了现有技术中仅仅依靠JN5148-001-M03无线收发芯片的休眠来节能，功耗高的缺陷。节能电路使整个电路进入休眠状态，功耗低，发热小，使用寿命长。总之，本实用新型具有低功耗、节能效果好的优点。

附图说明

图1是本实用新型结构框图，

图2是本实用新型延时电路电气原理图，

图3是本实用新型节能电路电气原理图，

图4是本实用新型滤波电路电气原理图，

图5是本实用新型电压跟随器电气原理图，

图6是本实用新型1.5V电元电气原理图；

图中1是延时芯片，2是跳线帽，3是运算放大器一，4是运算放大器二，5是运算放大器三，6是稳压源，7是运算放大器四。

具体实施方式

本实用新型如图1-6所示，充气围油栏气压检测ZigBee传感器节点装置，包括ZigBee模块，电源模块，MOS开关，传感器模块和调理电路模块，所述传感器模块固定在充气围油栏上，所述传感器模块通过调理电路模块与所述ZigBee模块连接，所述电源模块连接分别ZigBee模块、调理电路模块和传感器模块供电，所述电源模块和ZigBee模块之间、电源和调理电路之间以及电源和传感器模块之间设有电压转换电路；所述MOS开关电路模块设于所述电源模块和电压转换电路之间；电源模块采用3.7V锂电池，通过电压转换模块将3.7V电压转换为需要的电压等级，驱动ZigBee模块、调理电路模块和传感器模块。ZigBee模块使用JN5148-001-M03无线收发芯片，定时采集围油栏气室内大气压力值和传感器节点的电压值。ZigBee模块上设有复位电路，复位电路采用MAX809复位电路芯片，在JN5148-001-M03无线收发芯片上电、掉电和节电以及JN5148-001-M03无线收发芯片在运行过程中出现“程序跑飞”、“死机”等情况下向JN5148-001-M03无线收发芯片发出复位信号，确保电路稳定可靠工作。

传感器模块采用MEMS大气压力传感器采集围油栏气室内气压值和电池电压值；调理电路模块作用是把传感器采集的数据调理成JN5148-001-M03无线收发芯片能够识别的标准信号。

所述MOS开关Q3上设有延时电路，所述延时电路与所述节能电路连接；所述节能电路包括跳线帽，所述跳线帽包括引脚一、引脚二和引脚三，所述引脚一连接电源模块；

所述引脚二连接三极管Q4的基极，所述引脚二和三极管Q4的基极之间设有电阻R12，所述三极管Q4的发射极接地所述三极管Q4的集电极连接电阻R11后再连接MOS开关的栅极，所述MOS开关Q3的漏极连接电源模块，所述电源模块连接电阻R9后再连接电阻R11；

所述引脚三与所述延时电路连接。所述延时电路包括延时芯片，延时芯片选用的是静态功耗小，工作范围宽的延时芯片BDT078芯片，其内置独立振荡器，便于用户外接阻容以改变频率。包括接线端一~接线端八八个接线端，所述接线端一连接引脚三，所述接线端三接地，所述接线端六与所述接线端八连接后接地，所述接线端四连接电源模块，所述电源模块与所述接线端四之间设有电阻R8，所述接线端四与接地端之间设有电容C2，所述接线端五与电源模块连接，所述电源模块与接线端五之间设有电阻R10，所述电阻R10的两端并联电容C1，所述接线端七连接电源模块。正常工作时，跳线帽引脚二和引脚三连接。当BDT078芯片上电后，输出端OUT输出高电平，三极管Q4导通，PMOS管Q3栅极电平拉低，Q3开启，漏极输出电源电压，整个电路唤醒，完成一次数据采集、调理、融合、发送。此时JN5148（接收）发出复位信号，BDT078再次输出高电平后进入休眠状态，输出端OUT输出低电平，三极管Q4关闭，MOS开关Q3关闭，整个电路进入休眠状态。避免了现有技术中仅仅依靠JN5148-001-M03无线收发芯片的休眠来节能，功耗高的缺陷。节能电路使整个电路进入休眠状态，功耗低，发热小，使用寿命长。

所述调理电路模块包括滤波电路和电压跟随器，所述滤波电路与所述电压跟随器连接；

所述滤波电路包括电阻R20、电阻R21、电阻R24、电阻R26、电阻R31、电容C15电容C17和运算放大器一，所述电阻R20和电阻R21串联后接运算放大器一的正极输入端，所述电阻R20和电阻R24串联后接地，所述电阻R20和电容C15串联后接地，所述电阻R20一端接传感器模块；

所述运算放大器一的负极输入端串接R26后再接1.5V电源，所述运算放大器一的电源端接5V电源，所述运算放大器一的接地端接地，所述运算放大器一的输出端与所述运算放大器一的负极输入端之间并联电阻R31，所述电阻R31的两端并联电容C17，所述运算放大器一的输出端接ZigBee模块；

调理电路中电阻R21和电容C15构成一阶低通滤波器，电阻C17降低高频增益。信号经过平滑滤波再经过运算放大器放大，把输入0.25~4.75V电信号转换成0~2.4V电信号，输出端ANAOUT1和JN5148-001-M03无线收发芯片的ADC1连接。

所述电压跟随器包括电阻R22、电阻R25、电阻R30、电阻R32、电容C16,和运算放大器二，所述电阻R22、电阻R25、电阻R30和电阻R32依次串接，所述电阻R22接电源模块，所述电阻R32接地；所述运算放大器二的正极输入端与电容C16串联后接地，所述电阻R25的一端接电阻R22，所述电阻R25的另一端和运算放大器二的正极输入端连接，所述运算放大器二的负极输入端连接运算放大器二的输出端，所述运算放大器一的输出端接ZigBee模块；所述运算放大器二的电源端接5V电源，所述运算放大器二的接地端接地。

电压跟随器实时检测锂电池电量，BATIN和电池正极连接，ANAOUT2和JN5148-001-M03无线收发芯片的ADC2连接，输出0~2.4V。

所述1.5V电源包括稳压源、运算放大器三、运算放大器四、电阻R19、电阻R23、电阻R27~R29，稳压源采用TL431稳压源，提供2.5V电压。所述电阻R19一端连接5V电源，所述电阻R19的另一端连接稳压源的引脚一，所述稳压源的引脚二与稳压源的引脚一连接后连接运算放大器三的正极输入端，所述稳压源的引脚三接地；

所述运算放大器三的负极输入端与输出端连接，所述运算放大器三的接地端接地，所述运算放大器三的电源端接5V电源，所述运算放大器三的输出端顺次连接电阻R23和电阻R27后接地；所述运算放大器四的正极输入端连接在电阻R23和电阻R27之间，所述运算放大器四的负极输入端和运算放大器四的输出端之间并联电阻R29，电阻R28的一端与运算放大器四的负极输入端连接，电阻R28的另一端接地，所述运算放大器四的输出端与电阻R26连接。TL431提供2.5V基准电压，经过分压、升压得到精准电压1.5V。