[发明专利]基于嵌入式技术的河湖水质信息远程监测主控制器

摘要

本发明公开一种基于嵌入式技术的河湖水质信息远程监测主控制器，包括CPU处理器、FLASH模块、铁电存储器、多电压供给模块、GPRS模块、GPS模块、LAN接口、继电器输出接口、RS232/RS485输入接口、GPIO接口和ADC接口。CPU指导其它模块完成相应操作；FLASH模块和铁电存储器用于存储数据及状态信息等；多电压供给模块可提供多路电压输出；GPRS模块用于实现短信推送和报警；GPS模块用于实现全球定位；继电器输出接口用于控制外接设备；RS232／RS485输入接口用于采集河湖水质和图像信息；GPIO接口用于触发摄像头拍照；ADC接口用于水箱液位和温度检测。

主权项

1.一种基于嵌入式技术的河湖水质信息远程监测主控制器，其特征在于，所述控制器是一种基于串口通讯技术、GPS全球定位技术、GPRS/3G远程数据通讯技术，采用ARM体系架构，开发包含输入输出接口、模拟量接口组成的在线水质信息远程监测主控制器；所述控制器包括CPU中心处理器、外部FLASH存储器、铁电存储器、多电压供给模块、GPRS模块、GPS模块、网络LAN接口、继电器输出接口、RS232/RS485输入接口、8路GPIO接口和ADC模拟量输入接口；其中：CPU中心处理器使用32位RISC指令集，通过UART接口实现现场数据、图像数据的采集和FLASH存储，通过NET接口实现程序的烧录，通过GPIO接口实现光电信号输入和继电器输出，通过SSI接口为SPI提供可编程串行操作，通过IIC总线实现数据的接收、发送以及主、从模式的操作，通过ISP接口实现上位数据下载；外部64K FLASH存储器与CPU连接，用于存储图像数据、水质信息传感器数据以及各状态信息；铁电存储器与CPU连接，用于存储MAC地址、远程服务器IP地址、端口号、手机号配置信息，掉电不丢失；多电压供给模块与CPU连接，分别提供3.3V、5V和12V电压输出，以满足不同设备对电源的要求；GPRS模块一端与CPU连接，实现短信推送、报警功能；GPS模块一端与CPU连接，用于实现全球定位功能；继电器输出接口与CPU连接，控制补光灯、水泵、电磁阀、3G路由器的通断；网络LAN接口与CPU连接，实现程序的烧录和数据的传输功能；RS232/RS485输入接口与CPU连接，用于采集河湖水质信息和图像信息；8路GPIO接口与CPU连接，作为光电检测开关量数字信号的输入接口；ADC模拟量输入接口用于外接液压传感器，检测水箱内的液位；同时ADC模拟量输入接口内置温敏电阻，检测主控制器的温度；引脚26PA0/U0RX与RS232输入的引脚9连接；引脚27PA1/U0TX与RS232输入的引脚10连接；引脚29PA3/SSI0FSS通过33Ω的电阻R90与GPRS模块引脚14CTS连接；引脚30PA4/SSI0RX通过33Ω的电阻R89与GPRS模块引脚13RTS连接；引脚35PA7/I2C1SDA与ATMEGA_8的引脚26PC3/ADC3连接；引脚77PC3/TDO/SWO与JTAG烧录和调试接口的引脚2LM3_TD0连接；引脚78PC2/TDI与JTAG烧录和调试接口的引脚3LM3_TDI连接；引脚79PC1/TMS/SWDIO与JTAG烧录和调试接口的引脚4LM3_TMS连接；引脚80PC0/TCK/SWCLK与JTAG烧录和调试接口的引脚5LM3_TCK连接；引脚25PC4/CCP5通过1K电阻R9与继电器1组的三极管Q3的基极B连接；引脚24PC5/C1+/C0O通过1K电阻R8与继电器3组的三极管Q2的基极B连接；引脚23PC6/CCP3通过1K电阻R7与继电器2组的三极管Q1的基极B连接；引脚22PC7/CCP4通过1K的电阻R64与蜂鸣器中三极管Q5的基极B连接，三极管Q5的发射集E接地，三极管Q5的集电极C与蜂鸣器的2端连接，蜂鸣器的1端与外部电压+5V连接，为其提供工作电压；引脚72PE0/SST1CLK与外部FLASH的引脚6SCK连接，为设备提供时钟并控制数据的读取与写入；引脚73PE1/SST1FSS与外部FLASH的引脚连接，脉冲下降沿触发时，设备处于工作状态，脉冲上升沿触发时，设备结束工作状态；引脚74PE2/SST1RX与外部FLASH的引脚2SO连接，在每个时钟周期的脉冲下降沿时刻，SO引脚从设备中读取数据；引脚75PE3/SST1TX与外部FLASH的引脚5SI连接，在每个时钟周期的脉冲下降沿时刻，SI引脚将外部数据写入设备中；引脚2PE6/C1O通过1K电阻R16与GPRS电源模块的引脚5EN连接；引脚19PG0/U2RX通过33Ω的电阻R88与GPRS模块的引脚16RXD连接；引脚18PG1/U2TX通过33Ω的电阻R87与GPRS模块的引脚15TXD连接；引脚与复位RESET模块的引脚2RES#连接，同时通过并联4.7K电阻R18与外部电压+3.3V连接；引脚17XTALNPHY通过18pF电容C39接地，作为滤波电容，同时与25MHz的晶振片Y3一端连接；引脚16XTALPPHY通过18pF电容C38接地，作为滤波电容，同时与25MHz的晶振片Y3另一端连接，共同构成晶振电路；引脚48OSC0通过18pF电容C23接地，作为滤波电容，同时与8MHz的晶振片Y1一端连接；引脚49OSC1通过18pF电容C21接地，作为滤波电容，同时与8MHz的晶振片Y1另一端连接，共同构成晶振电路；引脚引脚引脚65CMOD0、引脚76CMOD1、引脚9GND、引脚15GND、引脚21GND、引脚33GND、引脚39GND、引脚42GND、引脚45GND、引脚54GND、引脚57GND、引脚63GND、引脚69GND、引脚82GND、引脚85GNDPHY、引脚86GNDPHY、引脚87GND、引脚94GND、引脚4GNDA、引脚97GNDA并联后接地；引脚66PB0/CCP0通过1K的电阻R67与GPS状态的双色灯二极管连接，引脚67PB1/CCP2通过1K的电阻R68与GPS状态的双色灯二极管D30连接，两者并联后共地；CPU引脚70PB2/I2C0SCL与铁电存储器的引脚6串行时钟SCL连接，作为两线接口的时钟输入；CPU引脚71PB3/I2COSDA与铁电存储器的引脚5串行数据总线SDA连接，支持双向数据的流通；引脚91PB5/C0O与PRETECT按键连接，同时通过10K电阻R23与外部电压+3.3V连接，作为保护电路；引脚90PB6/C0+通过1K电阻R10与继电器4组的三极管Q4的基极B连接；引脚与JTAG烧录和调试接口的引脚连接，同时通过10K电阻R24与外部电压+3.3V连接；引脚10PD0通过1K的电阻R69与GPS状态指示灯中双色灯二极管连接，引脚11PD1通过1K的电阻R70与GPS状态指示灯中双色灯二极管D31连接，两者并联后共地；引脚12PD2/U1RX与RS232输入引脚12连接；引脚13PD3/U1TX与RS232输入引脚11连接；引脚95PD4与RS485接口U12的引脚连接，使能引脚引脚96PD5与RS485接口U11的引脚连接，使能引脚引脚47PF0通过10K电阻R85、三极管Q8与GPRS模块引脚22RESET_N连接；引脚60PF2/LED1通过470Ω电阻R51、发光二极管D17与外部电压+3.3V连接，引脚59PF3/LED0通过470Ω电阻R50、发光二极管D16与外部电压+3.3V连接，共同指示网络工作状态；引脚58MDIO通过10K电阻R19与外部电压+3.3V连接；引脚43TXOP与网口变压器H1102的引脚1连接，通过49.9Ω的电阻R29与外部电压+3.3V连接，同时并联10pF电容C42接地；引脚46TXON与网口变压器H1102的引脚3连接，通过49.9Ω的电阻R26与外部电压+3.3V连接，同时并联10pF电容C37接地；引脚40RXIP与网口变压器H1102的引脚6连接，通过49.9Ω的电阻R28与外部电压+3.3V连接，同时并联10pF电容C41接地；引脚37RXIN与网口变压器H1102的引脚8连接，通过49.9Ω的电阻R25与外部电压+3.3V连接，同时并联10pF电容C36和0.1μF电容C53接地；引脚3AVDD与引脚98AVDD并联后与外部电压+3.3V连接，同时并联0.1μF电容C43接地；引脚8VDD33、引脚20VDD33、引脚32VDD33、引脚36VDDPHY、引脚44VDD33、引脚56VDD33、引脚68VDD33、引脚81VDD33、引脚83VDDPHY、引脚84VDDPHY和引脚93VDD33并联后与外部电压+3.3V连接，同时并联0.01μF电容C31、C32，0.1μF电容C34、C30和22μF/10V电解电容C18接地，作为滤波电路；引脚7LDO、引脚14VDD25、引脚38VDD25、引脚62VDD25和引脚88VDD25并联，同时与0.01μF电容C24、0.1μF电容C19和22μF/10V电解电容C27并联接地；引脚41ERBIAS通过12.4K电阻R22接地。