CN101369992A - 基于xml的船舶用无线传感器网络网关 - Google Patents

Abstract

基于XML的船舶用无线传感器网络网关。涉及一种能将大量个体信号清楚分辩并及时传输的无线网络网关。它接收各无线传感器的数字信号，通过无线射频电路传输给微控制器，微控制器将该信号汇聚、并转换为可以Web数据发布的XML数据，再通过以太网控制器、以太网接口电路输出。本发明将基于无线传感器网络接收的数据转换为XML表示的数据，XML作为一种透明的元数据交换媒介，有利于实现船舶监控技术支持系统之间的兼容。本发明抗干扰能力强、超低功耗、工作稳定，能自动接收船舶机舱无线传感器网络中传感器节点采集的数据，并转换为自描述的XML数据，为基于Web的监控系统提供通用数据接口。

Description

基于XML的船舶用无线传感器网络网关

技术领域

本发明涉及船舶用无线传感器网络网关，尤其涉及一种能将大量个体信号清楚分辩并及时传输的无线网络网关。

背景技术

目前国内很多造船企业，设计生产的船舶根据用途和吨位的不同，机舱的测量点，从几十个到几千个各不相同。机舱是船舶的心脏，对机舱的温度、液位、管道的压力和流量等物理量的监测十分重要。由于船舶机舱里的环境非常恶劣，通常是高温、高湿度、高噪声、高震动等环境，采用船员在机舱值班的形式，对船员身体的影响很大，国外自动化程度较高的船舶已经开始使用美国克尔斯博科技公司的一种名为“尘埃”的无线传感器网络技术，大多数船舶都采用有线的方式监测机舱的机械设备，由于船舶机械结构复杂、被测的物理量较多，布线十分困难，采用国外进口自动化设备时，价格较高。

随着控制技术和计算机技术的不断进步，船舶综合自动化系统正向着数字化、智能化、网络化的方向发展。随着自动化水平的提高，系统智能设备也越趋复杂，系统主要包含了导航与航行规划系统、综合船舶信息显示与处理系统、数据接口子系统、机舱监控系统、重要的导航仪器和传感器等部分，上述部分的多样化和智能化，使得它们之间互连变得十分困难，数据处理、传输不易，给船舶综合自动化系统的实施带来了困难。

发明内容

本发明提供了一种能适应船舶机舱中机械设备大量运行数据的无线采集，并处理为较易识别、处理、传输的XML数据的基于XML的船舶用无线传感器网络网关。

本发明的技术方案是：它包括天线、无线射频电路、微控制器、以太网控制器、以太网接口电路、电源电路、复位电路，它还包括嵌入了HTTP协议的SRAM和FLASH存储器，所述的天线接收各无线传感器的数字信号，通过无线射频电路传输给微控制器，微控制器将该信号汇聚、并转换为可以Web数据发布的XML数据，再通过以太网控制器、以太网接口电路输出。

所述微控制器为LPC2210系列微控制器。

所述复位电路包括SP708S和三态缓冲门74HC125。

无线射频电路为CC2430。

以太网控制器电路由RTL8019AS和以太网接口芯片RJ45组成。

所述SRAM包括IS61LV25616AL芯片，FLASH包括SST39VF160芯片。

本发明将基于无线传感器网络接收的数据转换为XML表示的数据，XML作为一种透明的元数据交换媒介，有利于实现船舶监控技术支持系统之间的兼容。结合船舶机舱测量的实际需求，选定最佳的测量方案，设计开发了适应我国的市场要求的无线传感器网关装置，具有抗干扰能力强，价格适中的特点。

本发明在现有船舶机舱机械设备测量点通过电缆直接送至控制中心驾驶室的基础上，经过无线传感器节点，将信号分散测量，通过本发明的无线传感器网关收集信息并处理后传送到控制室，既减少电缆的数量，又维护方便。通过XML的一致的数据表示，为船舶综合自动化系统提供通用数据接口，有利于各自动化部件的数据融合。本发明抗干扰能力强、超低功耗、工作稳定，自动接收船舶机舱无线传感器网络中传感器节点采集的数据，并转换为自描述的XML数据，为基于Web的监控系统提供通用数据接口。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图中，1是接收天线，2是无线射频芯片电路，3是微控制器，4是以太网控制器模块，5是以太网接口，6是SRAM存储器，7是FLASH存储器，8是JTAG口电路，9是电源和复位电路。

图2为本发明中系统基本的构造原理图；

图3为本发明中系统扩展无线芯片和以太网芯片的构造原理图；

图4为本发明的数据流向示意图。

具体实施方式

结合附图进一步说明本发明，如图1、2、3，天线1接收来自传感器节点的信息，送入无线射频芯片电路2，无线射频芯片电路2采用CC2430芯片，经过无线射频芯片处理的信号，送给微控制器3，同时将信息存储到SRAM存储器6和FLASH存储器7中，SRAM存储器6为SRAM存储器，16Mbit FLASH存储器7为16Mbit FLASH存储器。经过微控制器3处理后的数据送入以太网控制器模块4，再通过以太网接口5连接以太网，太网接口5采用RJ45。

微控制器3采用集成电路U1(LPC2210)，接收无线射频芯片电路2的信号，并存储数据，通过以太网控制器4、太网接口5传输给上位机。

无线射频芯片电路2采用集成电路U7(CC2430)，接收天线1的信息，通过串行异步通信口和微控制器3串行异步通信口相连，将信息传送到微控制器3进行处理。

SRAM存储器6采用集成电路U9(IS61LV25616AL)，FLASH存储器7采用集成电路U10(SST39VF160)，由于LPC2210没有片内FLASH，所以只能使用外部的FLASH保存用户的最终程序。电路设计扩展了4MbitSRAM和16MbitFLASH。为了方便程序的调试及最终的代码的固化应用，使用了Bank0和Bank1的地址空间，可以通过JP901跳线将CS0和CS1分别分配给SRAM或FLASH。在程序调试时，分配SRAM为Bank0地址。当最终代码固化到FLASH时，分配FLASH为Bank0地址，SRAM为Bank1地址。存储器连接使用了16位总线方式，数据总线使用了D0～D15，地址总线使用了A1～A20，对于16位的SRAM，BLS0和BLS1信号用于控制低字节和高字节的写作。

微控制器3(U1)的复位电路9使用专用微处理器监控电源芯片SP708S。由于在进行JTAG调试时nRST和nTRST是可以由JTAG仿真器进行控制复位的，所以使用了三态缓冲门74HC125进行驱动，信号nRST连接到LPC2210芯片的复位脚RESET，信号nTRST连接到LPC2210芯片内部JTAG接口8电路的复位脚TRST。当复位按键RST按下时SP708S立即输出复位信号，其引脚RST输出低电平，导致74HC125A和74HC125B导通，信号nRST和n TRST将输出低电平使系统复位。平时SP708S的RST输出高电平，74HC125A和74HC125B截止，由上拉电阻R301和R302将nRST和n TRST输出高电平，系统可正常运行或进行J TA G仿真调试。

以太网控制器4(U8)采用RTL8019AS，RTL8019AS是一款高度集成的10Mbps嵌入式全双工以太网控制器，电路设计为16位总线方式对RTL8019AS进行访问，即数据总线D0～D15与RTL8019AS芯片的SD0～SD15连接，地址总线A1～A5与RTL8019AS芯片的SA0～SA4连接，总线上串接了470Ω的保护电阻。RTL8019AS芯片工作在跳线模式，其基地址为0x300，所以电路上SA6、SA7、SA10～SA19均接地，SA9接电源。SA8与地址总线的A22相连，SA5与L PC2210的外部存储器Bank3片选CS3相连，当SA8为1，SA5为0时，选中RTL8019AS芯片，即其操作地址为0x83400000～0x83400001F。

图4中，传感器节点采集的数据通过路由器节点转发，最后汇聚到网关节点，网关节点将收到的数据转换成XML数据，将XML数据存入实时数据库，准备以Web方式通过以太网接口发送。监控主机与该网关节点的交互过程如下：

①监控主机与Web服务器XML描述文件，获取信息定义信息。

②监控主机定时向嵌入式Web服务器发送XML数据流的请求。

③嵌入式Web服务器返回XML数据流。

④监控主机收到数据后，调用XML DOM对数据解析，存入实时数据库，供实时查询，同时存入历史数据库，供历史查询。

Claims (6)

1.一种基于XML的船舶用无线传感器网络网关，它包括天线、无线射频电路、微控制器、以太网控制器、以太网接口电路、电源电路、复位电路，其特征在于，它还包括嵌入了HTTP协议的SRAM和FLASH存储器，所述的天线接收各无线传感器的数字信号，通过无线射频电路传输给微控制器，微控制器将该信号汇聚、并转换为可以Web数据发布的XML数据，再通过以太网控制器、以太网接口电路输出。

2.根据权利要求1所述的基于XML的船舶用无线传感器网络网关，其特征在于，所述微控制器为LPC2210系列微控制器。

3.根据权利要求1所述的基于XML的船舶用无线传感器网络网关，其特征在于，所述复位电路包括SP708S和三态缓冲门74HC125。

4.根据权利要求1所述的基于XML的船舶用无线传感器网络网关，其特征在于，无线射频电路为CC2430。

5.根据权利要求1所述的基于XML的船舶用无线传感器网络网关，其特征在于，以太网控制器电路由RTL8019AS和以太网接口芯片RJ45组成。

6.根据权利要求1所述的基于XML的船舶用无线传感器网络网关，其特征在于，所述SRAM包括IS61LV25616AL芯片，FLASH包括SST39VF160芯片。

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