一種基于嵌入式的野外傳感信號實時增強(qiáng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種基于嵌入式的野外傳感信號實時增強(qiáng)裝置，屬于工業(yè)無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對野外生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測越來越智能化和小型化，由于生態(tài)環(huán)境的分散性和廣域性，采用有線或者人工的方式進(jìn)行監(jiān)控的花費(fèi)是巨大的，因此無線通信技術(shù)越來越受人們的關(guān)注。
[0003]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其低成本、低能耗等特性，在各個領(lǐng)域，特別是野外環(huán)境下的數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用中發(fā)揮了重要作用。在野外，比較重要的監(jiān)控指標(biāo)有溫度、濕度、空氣質(zhì)量等。只有及時的掌握這些環(huán)境中的變化，才能更好的了解生態(tài)環(huán)境，對人類的生存有著極大的現(xiàn)實意義。但是，由于野外比較空曠，有些地點地勢險要，無法建造基站或者基站建造的距離監(jiān)測地點較遠(yuǎn)等，使得傳感器傳輸?shù)男盘栙|(zhì)量較差，甚至根本無法接受到所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。因此，設(shè)計一種基于嵌入式信息物理融合系統(tǒng)的野外傳感器信號實時增強(qiáng)裝置十分的有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種基于嵌入式的野外傳感信號實時增強(qiáng)裝置，以用于解決在野外時，由于基站覆蓋范圍不全面而導(dǎo)致的傳感器傳輸信號微弱或者不穩(wěn)定的問題。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案是:一種基于嵌入式的野外傳感信號實時增強(qiáng)裝置，包括頭部模塊、尾部模塊、單片機(jī)控制模塊8、顯示模塊9、按鍵模塊10、充電蓄電池11、風(fēng)扇19、充電電路20、天線固定旋鈕I 21、天線固定旋鈕II 22、充電指示燈23、電源指示燈24、充電蓄電池槽25、電池固定扣26、天線固定旋鈕III 27、天線固定旋鈕IV 28、固定三腳架29、支桿30 ；
[0006]所述單片機(jī)控制模塊8分別與顯示模塊9和按鍵模塊10相連接，顯示模塊9與充電蓄電池11相連接，風(fēng)扇19與充電電路20相連接，充電電路20與充電蓄電池11相連接；充電蓄電池11放入充電蓄電池槽25并通過電池固定扣26固定；
[0007]天線固定旋鈕I 21、天線固定旋鈕II 22位于支桿30的頂部兩端，分別與膠棒天線
I1、膠棒天線II 2相連接，天線固定旋鈕III 27、天線固定旋鈕IV 28位于支桿30的底部兩端，分別與膠棒天線III 12、膠棒天線IV 18相連接，風(fēng)扇19安裝在裝置支桿30的頭部，裝置支桿30的尾部連接固定三腳架29，充電電路20與充電指示燈23連接，電源指示燈24與電源連接；
[0008]所述頭部模塊包括:膠棒天線I 1、膠棒天線II 2、下行信號濾波器I 3、下行信號放大器I 4、雙工器I 5、上行信號濾波器I 6、上行信號放大器I 7，所述膠棒天線I 1與下行信號濾波器I 3相連接，下行信號濾波器I 3與下行信號放大器I 4相連接，下行信號放大器I 4與雙工器I 5相連接，雙工器I 5與上行信號濾波器I 6相連接，上行信號濾波器
I6與上行信號放大器I 7相連接，上行信號放大器I 7與膠棒天線II 2相連接，雙工器I5與單片機(jī)控制模塊8相連接；
[0009]所述尾部模塊包括:膠棒天線III12、下行信號放大器II 13、下行信號濾波器II 14、雙工器II 15、上行信號放大器II 16、上行信號濾波器II 17、膠棒天線IV 18 ;所述單片機(jī)控制模塊8與雙工器II 15相連接，雙工器II 15 —端接下行信號濾波器II 14，下行信號濾波器
II14與下行信號放大器II 13相連接，并與膠棒天線III12相連接，雙工器II 15另一端與上行信號放大器II 16相連接，上行信號放大器II 16與上行信號濾波器II 17相連接，并與膠棒天線IV 18相連接。
[0010]所述下行信號放大器I 4包括:電阻1?1、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、1?7、1?8，電容(:1、〇2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10，電感 Ll、L2、L3，三極管 Ql，Q2，Q3 ;所述上行信號放大器 I 7包括:電阻 R9、R1、Rll、R12、R13、R14、R15，電容 Cll、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22，電感 L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10，三極管 Q4、Q5、Q6 ；
[0011]其中，電阻R6、電阻R7串聯(lián)，電阻R6的另一端接地，電阻R7的另一端接電阻R8、電容C7，電阻R8、電容C7并聯(lián)，電阻R8的另一端接電容C6，并且電容C6接地，電容C7另一端接地，三極管Q2的基極與電容C5相連接，發(fā)射極接地，集電極接電感L2，電感L2與電容C4相連接接到三極管Q1的基極上，電阻R1也接到三極管Q1的基極上，并且電阻R1與電容C3連接接到三極管Q3的發(fā)射極，三極管Q1的發(fā)射極接地，集電極與電感L1、電容C1相連接，電容C1另一端與電感L9連接，電感L1與電阻R2相連接并與電容C9串聯(lián)連接并接地，三極管Q3的集電極與電容C2相連接并接地，基極接電阻R3、電阻R4、電容C8，且電阻R3、電阻R4、電容C8并聯(lián)，電阻R4、電容C8分別接地，電感L3與電容C10相連接，同時電感L3的一端接到電阻R2與電容C9之間，電容C10接地，電容C11、電容C15 —端接地，電容C11另一端接在電阻R5與電感L4之間，電容C15另一端接在電阻R12與電感L6之間，電感L2與電阻R5相連接并與電感L4、L5、L6串聯(lián)同時接入電阻R12，再與電感L7相連接接到三極管Q4的集電極上，三極管Q4的基極結(jié)電容C20，并與上行信號濾波器I 6相連接，電阻R10、電阻R11、電容C19串聯(lián)連接，電容C9另一端接地，電阻R9、電容C18串聯(lián)并與電容C19相連接，電容C18另一端接地，膠棒天線II 2與電容C22相連接，接到三極管Q5的集電極上，并與電感L8相連接，三極管Q5的基極與電容C21相連接，并與電阻R13、電容C16相連接，且電容C16—端接地，三極管Q6的集電極接到電容C16與電阻R13的中間，三極管Q6的基極與電阻R14相連接，并且電阻R14與電感L10相連接再與電容C14串聯(lián)接地，三極管Q6的發(fā)射極與電容C17相連接接地，電阻R15與電感L8相連接，電阻R15的另一端與電容C13相連接并接地，電容C12與12V電源相連接并接地。
[0012]所述下行信號放大器II 13包括:電阻R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22，電容C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30，電感 Lll、L12、L13、L14、L15，三極管 Q7、Q8、Q9 ;所述上行信號放大器 II 16 包括:電阻 R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30，電容 C31、C32、C33、C34、C35、C36、C37、C38、C39、C40、C41、C42、C43、C44，電感 L16、L17、L18、L19、L20，三極管Q10、Q11、Q12 ；
[0013]其中，膠棒天線III 12與電容C23相連接接到三極管Q8的集電極上，三極管Q8的集電極與電感L11相連接并接入電阻R19、電容C25，電容C25另一端接地，三極管Q8的基極與電容C26相連接，電容C26接在電感L12與電阻R22之間，并且電感L12接在三極管Q7的集電極上，三極管Q7的發(fā)射極接地，三極管Q9的發(fā)射極與電容C24連接并接地，三極管Q9的集電極接在電阻R21與電容C27之間，三極管Q9的基極與電阻R20連接，電感L15 —端與電容C32連接，電感L15另一端接在電阻R19與電容C25之間，下行信號濾波器II 14與電容C30相連接，接到三極管Q7的基極上，電阻R16與電阻R17、電容C33串聯(lián)，電阻R16的另一端接地，電容C33的另一端接地并與電阻R18、電容C34相連接，電容C34的一端與地連接，上行信號濾波器II 17與電容C38相連接并接到三極管Q10的基極上，電阻R24、電阻R25與電容C37串聯(lián)，并且電容C37的一端接地，電阻R23與電容C36相連接，電容C36的一端接地，三極管Q10的集電極與電感L16相連接，三極管Q10的發(fā)射極接地，電感L16與電阻R26相連接，并與電感L20、電感L14、電感L13、電阻R22串聯(lián)連接，電容C31、電容C32分別接在電阻R22與電感L13之間和電感L13與電感L14之間，電容C28接地并接在電感L14、L20之間，電容C29接在電感L20與電阻R26之間，三極管Q10的集電極與電容C39相連接，并接到三極管Q11的基極，電阻R28與電容C40串聯(lián)連接，接到三極管Q11的基極上，Q11的集電極分別接電容C43、電感L18，電容C43另一端接電感L19，電感L18另一端接電阻R30，電阻R30與電容C35串聯(lián)，電容C42與電感L17串聯(lián)并接在電容C35與電阻R30之間，電容C40的另一端接到三極管Q12的集電極上，三極管Q12的基極與電阻R29相連接，三極管Q12的發(fā)射極與電容C44連接并接地，電阻R27與電容C41并聯(lián)，接到三極管Q12的基極上，并且電阻R27與電容C41分別接地。
[0014]所述單片機(jī)控制模塊8包括:芯片4了89052、電阻1?31、1?32、1?33、1?34、1?35、1?36、1?37、R38、R39、R40，電容C45、C46、C47，晶振Y1，發(fā)光二極管D1 ;所述顯示模塊9為芯片LCD1602，所述按鍵模塊10為按鍵K1、K2、K3、K4 ;其中，芯片AT89C52的管腳Ρ0.0、Ρ0.1、Ρ0.2、Ρ0.3、Ρ0.4、Ρ0.5、Ρ0.6、Ρ0.7 分別與電阻 R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38 相連接，并與芯片LCD1602的管腳D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7相連接，芯片AT89C52的18,19引腳分別接電容C45、C46，并且電容C45、C46的一端串聯(lián)接地，另一端與晶振Y1相連接；芯片AT89C52的引腳29與按鍵K1相連接，電阻R39與電容C47串聯(lián)，芯片AT89C52的引腳9接在電容C47與電阻R39之間，芯片AT89C52的引腳24、25、26分別與按鍵K2、K3、K4相連接，引腳1與發(fā)光二極管D1相連接，并與電阻R40串聯(lián)接地。
[0015]所述充電電路20 包括:二極管 D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11，電阻 R41、R42、R43、R44、R45、R46，電容 C48、C49，三極管 Q13、Q14、Q15、Q16、Q17、Q18，熔斷開關(guān) FU1、FU2，三相電壓輸入引線L1、L2、L3 ;所述充電指示燈23為發(fā)光二極管D12 ;其中，二極管D2、D3串聯(lián)，二極管D4、D5串聯(lián)，二極管D6、D7串聯(lián)，并且兩兩并聯(lián)，三相電壓輸入引線Ll接在二極管D6、D7之間，三相電壓輸入引線L2接在二極管D4、D5之間，三相電壓輸入引線L3接在二極管D2、D3之間，熔斷開關(guān)FU1接在二極管D3的陰極與二極管D5的陰極之間，電容C49與二極管D6、D7并聯(lián)連接，二極管D8與電阻R42并聯(lián)之后與電阻R41串聯(lián)，電阻R43與二極管D9串聯(lián)并與發(fā)光二極管D10串聯(lián)，三極管Q13的發(fā)射極與三極管Q15的發(fā)射極連接，三極管Q15的集電極連接在三極管Q14的集電極與三極管Q16的基極之間，三極管Q14的發(fā)射極與電阻R44連接，三極管Q16的集電極與三極管Q17的集電極連接，三極管Q16的發(fā)射極與三極管Q17的基極相連接，三極管Q17的發(fā)射極與三極管Q18的基極相連接，電阻R45與電容C48并聯(lián)連接，三極管Q15的基極接到電阻R45的一端，二極管D11陽極接在三極管Q18的發(fā)射極，二極管D11陰極接恪斷開關(guān)FU2，發(fā)光二極管D12與電阻R46相連接。
[0016]本實用新型的工作原理是:
[0017]—種基于嵌入式的野外傳感信號實時增強(qiáng)裝置的天線是可以折疊的，以用來方便攜帶及轉(zhuǎn)移。首先，裝置的膠棒天線I 1、膠棒天線II 2、膠棒天線III 12、膠棒天線IV 18展開，形成一個工字形狀態(tài)，并通過固定三腳架29固定在傳感器附近，如圖2所示。然后，在充電電池槽25中裝入一塊充電蓄電池11，使用電池固定扣26將其固定。當(dāng)電源指示燈24亮起時，提示該裝置正常工作，并且在顯示模塊9上可以顯示當(dāng)前電量，信號強(qiáng)度等，通過按鍵模塊10可以對設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)功能的設(shè)定。設(shè)備的電量可以通過風(fēng)扇19利用風(fēng)力隨時進(jìn)行充電，以保證設(shè)備工作的持續(xù)性，并且環(huán)保耐用。
[0018]具體電路工作原理:當(dāng)傳感器工作時，一方面需要從傳感器將數(shù)據(jù)傳送到基站以用來進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，另一方面，工作人員有時為了判斷傳感器是否故障，也會傳送相應(yīng)的測試信息，所以在傳感器信號增強(qiáng)的裝置中傳輸通道需要兩條，一條是上行通道，另一條為下行通道。當(dāng)外界向傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)時，外界基站所發(fā)送的信息首先由野外傳感器信號增強(qiáng)裝置頭部模塊的膠棒天線I 1接收，信號流經(jīng)下行信號濾波器I 3進(jìn)行雜質(zhì)信號的濾波(此處的濾波技術(shù)屬于常規(guī)技術(shù))，進(jìn)行選頻濾波后的信號為有用信號。將有用的信號傳入下行信號放大器I 4進(jìn)行信號的放大，該信號流入電容C5，使得電容C5快速充電，從三極管Q2的基極流入，三極管Q2的集電極與電感L2相連接，三極管Q2的發(fā)射極接地，將通過下行信號放大器I 4放大后的信號輸入到雙工器I 5進(jìn)行信號的合路，輸入到野外傳感器信號增強(qiáng)裝置尾部模塊的雙工器II 15當(dāng)中，使得信號進(jìn)入下行信號濾波器II 14中進(jìn)行二次濾波(此處濾波技術(shù)輸入常規(guī)技術(shù))，經(jīng)過二次濾波的信號，輸入到下行信號放大器II 13中，二次濾波信號經(jīng)過電容C30輸入三極管Q7的基極，三極管Q7的集電極與電感L12相連接，Q7的發(fā)射極接地，通過下行信號放大器II 13進(jìn)行二次放大，將二次放大的信號通過膠棒天線III12發(fā)送到傳感器上，已進(jìn)行基站對傳感器的信號傳送。但傳感器要對外部基站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時，傳感器的信號首先被膠棒天線IV 18接收，將帶有雜質(zhì)信號的數(shù)據(jù)輸入到上行信號濾波器II 17中進(jìn)行信號的濾波(該濾波技術(shù)輸入常規(guī)技術(shù))，將經(jīng)過濾波后的信號輸入上行信號放大器II 16當(dāng)中，信號由電容C38輸入到三極管Q10的基極，Q10的集電極與電感L16相連接，Q10的發(fā)射極接地。經(jīng)過放大后的信號，由雙工器II 15進(jìn)行合路，輸入到雙工器I 5，將有用信號輸入到上行信號濾波器I 6進(jìn)行二次濾波(此處的濾波技術(shù)屬于常規(guī)技術(shù))，經(jīng)過二次濾波后的信號，輸入到上行信號放大器I 7中進(jìn)行二次放大，信號由電容C20流入三極管Q4的基極，三極管Q4的發(fā)射極接地，Q4的集電極與電感L7相連接。最后將經(jīng)過二次放大的信號，由膠棒天線II 2傳送到外界基站中，已達(dá)到傳感器信號的上傳。實現(xiàn)了傳感器與外界基站，和外界基站與傳感器的互聯(lián)互通，以及信息的傳遞。
[0019]在論文(李江華，李陽、惠軼等發(fā)表的《基于單片機(jī)的微弱信號測量及其數(shù)據(jù)傳輸》，微電子技術(shù)，2005.12.15中提到“利用單片機(jī)實現(xiàn)對微弱電壓量的檢測，并進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通信的方法”，因此用單片機(jī)處理電信號進(jìn)行傳輸?shù)氖潜容^通用的方法)。因此，在單片機(jī)控制模塊8中，信號輸入單片機(jī)芯片AT89C52中，經(jīng)過處理，將信號輸入到芯片IXD1602中，進(jìn)行相應(yīng)的信號的顯示，當(dāng)需要對設(shè)備進(jìn)行設(shè)定時，按下相應(yīng)按鍵K2、K3、K4，進(jìn)行設(shè)定。按鍵Κ1位初始化按鍵，主要是電容C47與電阻R39相連接，接到引腳9上，當(dāng)按鍵Κ1按下時，電容C47急速充放電，使得單片機(jī)內(nèi)部初始化。晶振Υ1與電容C45、C46相連接，接到引腳18、19上，使得單片機(jī)工作時同步。
[0020]風(fēng)扇19轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生三相交流電壓，該電壓經(jīng)過二極管D2、D3、D4、D5、D6、D7進(jìn)行整流、在經(jīng)過電容C47濾波后，產(chǎn)生一個隨風(fēng)速大小而變化的平滑直流電壓，這電壓一般在0到40V之間波動。直流電壓經(jīng)過自動穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓為+12.7V后，再經(jīng)Dl 1對蓄電池充電。當(dāng)蓄電池端電壓低于12V時，自動穩(wěn)壓電路便向蓄電池充電，直到蓄電池的端電壓達(dá)到標(biāo)稱值12V。在風(fēng)力比較強(qiáng)的時候，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓較高，使整流濾波后的直流電壓達(dá)到18到40V，自動穩(wěn)壓電路正常工作，并對裝置進(jìn)行供電；當(dāng)無風(fēng)或風(fēng)力較弱時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓偏低，整流濾波后的直流電壓低于18V時，則D11因自動穩(wěn)壓電路輸出電壓低于+12.7V而截止，改由蓄電池為負(fù)載提供+12V電壓。充電提示燈23在風(fēng)力發(fā)電輸出電壓正常時，發(fā)光二極管D10發(fā)光；在+12V輸出電壓正常時，發(fā)光二極管D12發(fā)光。
[0021]本實用新型的有益效果是:此裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝便捷，成本低廉，能夠明顯提高傳感器傳輸信號的強(qiáng)度，保證傳感器與基站之間的通信質(zhì)量，并且安全穩(wěn)定，對人體無額外輻射。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的電路連接框圖；
[0023]圖2為本實用新型的實物圖；
[0024]圖3為本實用新型的頭部模塊電路原理圖；
[0025]圖4為本實用新型的尾部模塊電路原理圖；
[0026]圖5為本實用新型的單片機(jī)控制模塊電路圖；
[0027]圖6為本實用新型的充電電路圖；
[0028]圖中各標(biāo)號:1-膠棒天線I，2_膠棒天線II，3-下行信號濾波器I，4_下行信號放大器I，5-雙工器I，6-上行信號濾波器I，7-上行信號放大器I，8-單片機(jī)控制模士夬，9-顯示模塊，10-按鍵模塊，11-充電蓄電池，12-膠棒天線III，13-下行信號放大器II，14-下行信號濾波器II，15-雙工器II，16-上行信號放大器II，17-上行信號濾波器II，18-膠棒天線IV，19-風(fēng)扇，20-充電電路，21-天線固定旋鈕I，22-天線固定旋鈕II，23-充電提示燈，24-電源指示燈，25-充電蓄電池槽，26-電池固定扣、27-天線固定旋鈕III，28-天線固定旋鈕IV，29-固定三腳架，30-支桿。
【具體實施方式】
[0029]實施例1:如圖1-6所示，一種基于嵌入式的野外傳感信號實時增強(qiáng)裝置，包括頭部模塊、尾部模塊、單片機(jī)控制模塊8、顯示模塊9、按鍵模塊10、充電蓄電池11、風(fēng)扇19、充電電路20、天線固定旋鈕I 21、天線固定旋鈕II 22、充電指示燈23、電源指示燈24、充電蓄電池槽25、電池固定扣26、天線固定旋鈕III 27、天線固定旋鈕IV 28、固定三腳架29、支桿30 ；
[0030]所述單片機(jī)控制模塊8分別與顯示模塊9和按鍵模塊10相連接，顯示模塊9與充電蓄電池11相連接，風(fēng)扇19與充電電路20相連接，充電電路20與充電蓄電池11相連接；充電蓄電池11放入充電蓄電池槽25并通過電池固定扣26固定；
[0031]天線固定旋鈕I 21、天線固定旋鈕II 22位于支桿30的頂部兩端，分別與膠棒天線I 1、膠棒天線II 2相連接，天線固定旋鈕III 27、天線固定旋鈕IV 28位于支桿30的底部兩端，分別與膠棒天線III 12、膠棒天線IV 18相連接，風(fēng)扇19安裝在裝置支桿30的頭部，裝置支桿30的尾部連接固定三腳架29，充電電路20與充電指示燈23連接，電源指示燈24與電源連接；
[0032]所述頭部模塊包括:膠棒天線I 1、膠棒天線II 2、下行信號濾波器I 3、下行信號放大器I 4、雙工器I 5、上行信號濾波器I 6、上行信號放大器I 7，所述膠棒天線I 1與下行信號濾波器I 3相連接，下行信號濾波器I 3與下行信號放大器I 4相連接，下行信號放大器I 4與雙工器I 5相連接，雙工器I 5與上行信號濾波器I 6相連接，上行信號濾波器
I6與上行信號放大器I 7相連接，上行信號放大器I 7與膠棒天線II 2相連接，雙工器I5與單片機(jī)控制模塊8相連接；
[0033]所述尾部模塊包括:膠棒天線III12、下行信號放大器II 13、下行信號濾波器II 14、雙工器II 15、上行信號放大器II 16、上行信號濾波器II 17、膠棒天線IV 18 ;所述單片機(jī)控制模塊8與雙工器II 15相連接，雙工器II 15 —端接下行信號濾波器II 14，下行信號濾波器
II14與下行信號放大器II 13相連接，并與膠棒天線III12相連接，雙工器II 15另一端與上行信號放大器II 16相連接，上行信號放大器II 16與上行信號濾波器II 17相連接，并與膠棒天線IV 18相連接。
[0034]所述下行信號放大器I 4包括:電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，電容Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10，電感 Ll、L2、L3，三極管 Ql，Q2，Q3 ;所述上行信號放大器 I 7包括:電阻 R9、R1、Rll、R12、R13、R14、R15，電容 Cll、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22，電感 L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10，三極管 Q4、Q5、Q