CN101986766A - 一种带有gps的无线传感器网络网关设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有GPS的无线传感器网络网关设备，由GPS数据采集单元、无线射频收发单元、ARM11嵌入式处理器控制单元、以太网接口控制单元、触摸屏器接口控制单元、按键接口控制单元、USB接口和SD卡接口控制单元组成。GPS数据采集单元采用LEA_4A芯片，无线射频收发单元采用CC2530芯片，ARM11嵌入式处理器控制单元采用S3C6410芯片，以太网接口控制单元采用DM9000AE芯片，触摸屏器接口控制单元采用AT043TN24 V.1芯片。本发明的带有GPS的无线传感器网络网关设备可实时地提供网关设备自身的地理位置信息和UTC时间，特别适合于需要进行精确时间同步的无线传感器网络和进行网络延伸的远程监控场合。

Description

一种带有GPS的无线传感器网络网关设备

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，具体涉及一种带有GPS的无线传感器网络网关设备。

背景技术

无线传感器网络是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信等技术的进步，推动了现代无线传感器网络的产生和发展，无线传感器网络扩展了人们的信息获取能力，将客观世界的物理信息同传输网络连接在一起，在下一代网络中将为人们提供最直接、最有效、最真实的信息。无线传感器网络能够获取客观物理信息，具有十分广阔的应用前景，能应用于军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢险救灾、危险区域远程控制等领域，已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。

建立在IEEE 802.15.4(LR_WPAN，低速率无线个人区域网)上的ZigBee协议是无线传感器网络首选的组网技术之一，大量传感器节点之间通过ZigBee协议进行自组网，而无线传感器网络网关设备则对网络进行各种管理和维护工作，并对监测数据进行相关处理，或通过嵌入式Internet技术实现ZigBee网络与互联网的连接，从而使接入到互联网的ZigBee网络具有监测数据的透明转发、网络远程监控、诊断和管理的功能。传统无线传感器网络网关设备一般采用单片机处理器设计，往往需要扩展较多的硬件接口电路，因此存在功耗高、体积大、抗干扰能力弱，软件开发周期长的问题。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种带有GPS的无线传感器网络网关设备，其不仅可对大量传感器节点之间通过ZigBee协议进行自组网的无线传感器网络进行各种管理和维护，接收并显示网络拓扑结构、网络健康状态、监测数据等工作，还由于网关设备带有GPS功能，因此可实时提供设备自身的地理位置信息和UTC时间，可为ZigBee网络中传感器节点之间进行高精度时间同步提供基准时钟源；并可实现ZigBee网络与互联网互连，从而使接入到互联网的ZigBee网络具有监测数据的透明转发、网络远程监控、诊断和管理的功能。

本发明为达到上述目的，采用如下技术方案：提供一种带有GPS的无线传感器网络网关设备，由GPS数据采集单元、无线射频收发单元、ARM11嵌入式处理器控制单元、以太网接口控制单元、触摸屏器接口控制单元、按键接口控制单元、USB接口和SD卡接口控制单元组成。所述按键接口控制单元与所述ARM11嵌入式处理器控制单元单向电连接。所述GPS数据采集单元采用LEA_4A芯片，所述无线射频收发单元采用CC2530芯片，所述ARM11嵌入式处理器控制单元采用S3C6410芯片，所述以太网接口控制单元采用DM9000AE芯片，所述触摸屏器接口控制单元采用AT043TN24 V.1芯片。所述GPS数据采集单元、所述无线射频收发单元、所述以太网接口控制单元、所述触摸屏器接口控制单元及所述USB接口和SD卡接口控制单元分别与所述ARM11嵌入式处理器控制单元双向电连接。

本发明的处理控制单元采用ARM11处理器，而传统技术多采用ARM7、ARM9处理器。ARM11处理器比传统ARM处理器具有优越性，其在提供高性能的同时，还保证了低功耗及面积的有限性。ARM11处理器的流水线与以前的ARM内核不同，其由8级流水线组成，比以前的ARM内核提高了至少40％的吞吐量，8级流水线可使8条指令同时被执行。ARM11处理器通过forwarding来避免流水线中的数据冲突，且通过实现跳转预测技术来保持最佳流水线效率。ARM11处理器通过这些特殊技术的使用来使其处理优化到更高的流水线吞吐量的同时，还能保持和8级流水线(ARM9处理器)一样的有效性。

本发明的GPS数据采集单元实时采集设备自身的地理位置信息和UTC时间，并将测量数据通过串口传输到ARM11嵌入式处理器控制单元进行处理。无线射频收发单元接收ZigBee网络协调器发送的网络拓扑结构、网络健康状态、监测数据等相关信息，通过串口传输到ARM11嵌入式处理器控制单元进行处理后，由触摸屏器接口控制单元进行显示和接收用户键入的网络管理等命令，或通过以太网接口控制单元与互联网互连。

所述GPS数据采集单元与所述ARM11嵌入式处理器控制单元双向电连接。S3C6410的A15引脚GPH6、G11引脚GPH7、C16引脚GPH8、H9引脚GPH9、D19引脚X_uRXD2、A21引脚X_uTXD2分别与LEA_4A的第22引脚GPSMDDE2、第21引脚GPSMDDE5、第9引脚GPSMDDE6、第23引脚GPSMDDE7、第3引脚TxD1、第4引脚RxD1相连，LEA_4A的第5引脚VDD_IO、第6引脚VCC接3.3V电源，LEA_4A的第16引脚RF_IN接天线F1，LEA_4A的第19引脚V_ANT、第18引脚VCC_RF接地，LEA_4A的第17引脚GND通过电阻R1接地。

所述无线射频收发单元与所述ARM11嵌入式处理器控制单元双向电连接。S3C6410的B21引脚X_uTXD3与CC2530的第17引脚RX相连，S3C6410的J14引脚X_uRXD3与CC2530的第16引脚相连，CC2530的第10引脚DVDD、第39引脚AVDD_DREG、第21引脚AVDD5/AVDD_SOC、第31引脚AVDD_GUARD接3.3V电源，并分别通过电容C1、C4、C2、C3接地，CC2530的第1引脚DGND_USB、第2引脚USB_M、第3引脚USB_P、第4引脚DVDD_USB均接地，CC2530的第20引脚RESET_N接电阻R1和电容C5，电阻R1接3.3V电源，电容C5接地，CC2530的第41引脚GND Exposed接地，CC2530的第30引脚RBIAS通过电阻R2接地，CC2530的第25引脚RF_P通过C7接电感L1、电感L2、电容C11，电感L1接地，CC2530的第26引脚RF_N通过电容C8接电感L2、电感L3、电容C12，电容C12接地，电感L3接电容C9、C10、C11，电容C9接地，电容C10接天线和电容C17，电容C17接地，CC2530的第32引脚P2.4/XOSC32_Q2、第33引脚P2.3/XOSC32_Q1分别通过电容C16、电容C15接地，CC2530的第32引脚P2.4/XOSC32_Q2、第33引脚P2.3/XOSC32_Q1通过晶振Y2相连，CC2530的第22引脚XOSC_Q1、第23引脚XOSC_Q2分别通过电容C14、电容C13接地，CC2530的第22引脚XOSC_Q1、第23引脚XOSC_Q2通过晶振Y1相连，CC2530的第40引脚通过电容C6接地。

所述以太网接口控制单元与所述ARM11嵌入式处理器控制单元双向电连接。S3C6410的AC19引脚X_EINT7接DM9000AE的第34引脚INT，S3C6410的D1引脚Xm0_ADDR2接DM9000AE的第32引脚CMD，S3C6410的L4引脚Xm0_OEn接DM9000AE的35引脚IOR#，S3C6410的J2引脚Xm0_WEn接DM9000AE的第36引脚IOW#，S3C6410的R3引脚Xm0_CSn1接DM9000AE的37引脚CS#，S3C6410的AD16引脚X_nRSTOUT接DM9000AE的40引脚PWRST#，S3C6410的N2引脚Xm0_DATA0、N1引脚Xm0_DATA1、M7引脚Xm0_DATA2、N3引脚Xm0_DATA3、M8引脚Xm0_DATA4、P2引脚Xm0_DATA5、N4引脚Xm0_DATA6、P3引脚Xm0_DATA7、M2引脚Xm0_DATA8、M4引脚Xm0_DATA9、L7引脚Xm0_DATA10、M3引脚Xm0_DATA11、L8引脚Xm0_DATA12、L2引脚Xm0_DATA13、K4引脚Xm0_DATA14、K1引脚Xm0_DATA15分别与DM9000AE的第18引脚SD0、第17引脚SD1、第16引脚SD2、第14引脚SD3、第13引脚SD4、第12引脚SD5、第11引脚SD6、第10引脚SD7、第31引脚SD8、第29引脚SD9、第28引脚SD10、第27引脚SD11、第26引脚SD12、第25引脚SD13、第24引脚SD14、第22引脚SD15相连，DM9000AE的第43引脚X2、第41引脚X1分别通过电容C1、C2接地，DM9000AE的第43引脚X2、第41引脚X1通过晶振Y1相连，DM9000AE的第8引脚TX-与电阻R1和NET(U3元件)的第2引脚TD-相连，DM9000AE的第7引脚TX+与电阻R2和NET的第1引脚TD+相连，DM9000AE的第4引脚RX-与电阻R3和NET的第6引脚RX-相连，DM9000AE的第3引脚RX+与电阻R4和NET的第3引脚RX+相连，电阻R1及电阻R2与电容C3相连，电阻R3及电阻R4与电容C4相连，电容C3、C4接地，DM9000AE的第38引脚LED2与NET的第10引脚LEDG-相连，DM9000AE的第39引脚LED1与NET的第11引脚LEDY-相连，NET的第9引脚LEDG+、第12引脚LEDY+接3.3V电源，NET的第8引脚CHS_GND接地。

本发明提供的带有GPS的无线传感器网络网关设备具有以下优点：

1.本发明以低功耗、资源丰富的ARM11嵌入式处理器为核心，通过网络芯片DM9000AE和符合协议IEEE802.15.4的芯片CC2530，分别接入以太网和ZigBee网络，其具有测量精度高、抗干扰能力强、功耗低、成本低廉和体积小巧的特点，可实时提供网关设备自身的地理位置信息和UTC时间，特别适合于需要进行精确时间同步的无线传感器网络和进行网络延伸的远程监控场合，具有广阔的市场前景。

2.本发明的网关设备以一片ARM11嵌入式处理器S3C6410芯片和少量外围电路即可构成完整的控制系统，由于充分利用了嵌入式处理器内部资源，使系统硬、软件设计达到了最小化。

附图说明

图1是本发明的带有GPS的无线传感器网络网关设备硬件系统构成图。

图2是本发明的ARM11嵌入式处理器控制单元与GPS数据采集单元连接电路图。

图3是本发明的ARM11嵌入式处理器控制单元与无线射频收发单元连接电路图。

图4是本发明的ARM11嵌入式处理器控制单元与以太网接口控制单元的连接电路图。

图5是本发明的ARM11嵌入式处理器控制单元与触摸屏器接口控制单元的连接电路图。

图6是本发明的ARM11嵌入式处理器控制单元与按键接口控制单元的连接电路图。

图7是本发明的ARM11嵌入式处理器控制单元外扩的USB接口和SD卡接口控制单元。

具体实施方式

下面以具体实施例结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的带有GPS的无线传感器网络网关设备硬件系统构成图。所述带有GPS的无线传感器网络网关设备由GPS数据采集单元10、无线射频收发单元11、ARM11嵌入式处理器控制单元12、以太网接口控制单元13、触摸屏器接口控制单元14、按键接口控制单元15、USB接口和SD卡接口控制单元16组成。所述GPS数据采集单元采用LEA_4A芯片，所述无线射频收发单元采用CC2530芯片，所述ARM11嵌入式处理器控制单元采用S3C6410芯片，所述以太网接口控制单元采用DM9000AE芯片，所述触摸屏器接口控制单元采用AT043TN24 V.1芯片。所述ARM11嵌入式处理器控制单元分别与所述GPS数据采集单元、所述无线射频收发单元、所述以太网接口控制单元、所述触摸屏器接口控制单元、所述按键接口控制单元、所述USB接口和SD卡接口控制单元电连接。

在工作中，GPS数据采集单元实时采集设备自身的地理位置信息和UTC时间，并将测量数据通过串口传输到ARM11嵌入式处理器控制单元进行处理。无线射频收发单元用于接收ZigBee网络中协调器发送的网络拓扑结构、网络健康状态、监测数据等相关信息，通过串口发送到ARM11嵌入式处理器控制单元进行数据包解析、存储、显示等相关处理后，并通过以太网接口控制单元发送给远方的用户终端；或用于接收用户通过触摸屏器接口控制单元、按键接口控制单元、以太网接口控制单元发送给ZigBee网络的各种命令，ARM11嵌入式处理器控制单元将接收上述各种命令存储、压缩和打包，并形成完整的帧格式数据包，然后通过串口传输给无线射频收发单元。无线射频收发单元主要负责数据包的发送与接收，当ARM11嵌入式处理器控制单元需要发送数据包时，无线射频收发单元就打开无线发送信道发送数据包；在无线射频收发单元接收到数据包之后，打开接收信道并把数据包通过串口传输给ARM11嵌入式处理器控制单元以供进一步处理。

图2显示本发明的GPS数据采集单元及其与ARM11嵌入式处理器控制单元的连接电路图，GPS单元利用串口与ARM11嵌入式处理器控制单元双向电连接。所述GPS数据采集单元采用LEA_4A芯片，通过控制LEA_4A的第22、21、9、23引脚来设置GPS的不同工作模式。将S3C6410的A15引脚设置为低电平，GPS精度工作在正常模式，将S3C6410的A15引脚设置为高电平，GPS精度工作在高精度模式。设置S3C6410的G11、C16引脚不同的高低电平，串口有4种工作方式：(1)将S3C6410的第G11、C16引脚同时设置为低电平时，GPS串口以高精度方式1工作，波特率19.2Kb，NMEA协议；(2)低精度方式2，波特率4.8Kb，NMEA协议；(3)中等精度方式3，波特率9.6Kb，NMEA协议；(4)精度可扩展方式4，波特率1152Kb，UBX协议。可通过设置S3C6410的H9引脚状态来控制LEA_4A的USB的供电模式，当将S3C6410的H9引脚设置为低电平时，LEA_4A的USB接口为总线供电模式；当将S3C6410的H9引脚设置为高电平时，LEA_4A的USB接口为自供电模式。因此可根据不同的应用场景来选择合适的工作方式，本发明设置S3C6410的第G11、C16引脚同时为低电平，GPS串口工作在第1种方式。无源天线F1耦合GPS卫星的发送信号，F1把所接收的GPS信号经过LEA_4A的第16引脚输入，LEA_4A对所接收的GPS信号进行解调，将解调的节点设备自身地理位置信息和UTC时间等数据存储在LEA_4A的寄存器中，通过串口将上述信息传输到S3C6410中，S3C6410就可以从串口接收到的数据包中提取出时间、经度、纬度等信息。

图3显示本发明的无线射频收发单元及其与ARM11嵌入式处理器控制单元的连接电路图，无线射频收发单元与ARM11嵌入式处理器控制单元双向电连接。无线收发控制单元的核心部件是CC2530，它是基于IEEE802.15.4协议和ZigBee协议应用的片上系统芯片，CC2530集成了业界领先的RF收发器和增强工业标准的8051MCU内核，能够以极低的成本完成功能强大的无线传感器网络节点设计。无线收发控制单元对节点采集的数据进行存储、压缩和打包，并形成完整的帧格式数据包以无线方式发送，或者接收ZigBee网络中协调器的数据包，通过串口传输给ARM11嵌入式处理器控制单元以供进一步处理。

图4显示本发明的以太网接口控制单元及其与ARM11嵌入式处理器控制单元的连接电路图，以太网接口控制单元与ARM11嵌入式处理器控制单元双向电连接，该图主要绘示数据信号引脚和控制信号引脚的连接关系。所述以太网接口控制单元采用DM9000AE芯片，其中data[0:15]为数据信号引脚，INT、CMD、IOR#、IOW#、CS#、PWRST#为控制信号引脚。INT为中断信号引脚，当DM9000AE从网络中接收到数据时，通过INT引脚产生一个中断信号，通知微处理器接收数据；CMD为地址、数据选择引脚，当CMD引脚为低电平时，data[0:15]传输的是地址信号，当CMD为高电平时，data[0:15]传输的是数据信号；IOR#引脚为读选择，当IOR#为低电平时对DM9000AE执行读取操作，当IOR#为高电平时无效；IOW#引脚为写选择，当IOW#为低电平时对DM9000AE执行写入操作，当IOW#为高电平时无效；CS#引脚为片选信号，低电平有效；PWRST#为上电复位引脚，当PWRST#产生20ms的低电平时，DM9000AE复位。

在图4中，以太网控制器单元的工作原理为：当DM9000AE接收到一个数据包通过CRC校验之后存入RX FIFO，在INT引脚上产生一个中断信号，在每一个接收到的数据包前面都有一个4字节的头，可用MRCMDX和MRCMD寄存器来读取接收到的数据包的信息，其中第一个字节是接收数据标志，通过读取这一位来判断是否有数据到达，如果这一位是0x01，表示有数据被接收且保存到RX SRAM中，这时候可以将数据读出并进行处理；如果这一位是0x00，表示没有接收到数据；如果既不是0x01又不是0x00则认为有异常发生，这时就要将DM9000AE芯片重启以使芯片恢复到正常状态。第二个字节是状态信息，这个字节是接收数据包的状态字，其中的内容与接收状态寄存器RSR中的内容相同。可以用来判断所接收的数据包是否正常，或发生了何种异常，这样就可以针对不同的异常进行不同的操作，实现对接收任务的控制。第3字节、第4字节存有接收到的数据包的长度，在读取数据包的时候要用这个长度来进行控制。这四个字节的包头是DM9000AE在接收数据的时候添加的信息，不属于数据包的内容。从第5个字节开始的数据才是真正的数据包的内容，其长度在第3、4字节中定义。当发送一包数据时，先检查DM9000AE的工作模式，然后把要发送的数据写入TX FIFO SRAM，然后把要发送数据长度的高字节写入MDRAH寄存器，把要发送数据长度的低字节写入MDRAL寄存器，最后设置传送标志，将TCR寄存器的第0位置设置为1，DM9000AE就会将存入发送数据缓冲区的数据发送出去。

图5显示本发明的触摸屏器接口控制单元及其与ARM11嵌入式处理器控制单元的连接电路图，触摸屏器接口控制单元与ARM11嵌入式处理器控制单元双向电连接。触摸屏器接口控制单元采用LCD芯片AT043TN24V.1，S3C6410的AD19引脚X_EINT11/GPN11、AA25引脚X_LCD_HSYNC/GPJ8、W22引脚X_LCD_VSYNC/GPJ9、AA24引脚X_LCD_VDEN/GPJ10、V19引脚X_LCD_VCLK/GPJ11、AE3引脚X_ADC_AIN4、AD4引脚X_ADC_AIN5、AE4引脚X_ADC_AIN6、AC3引脚X_ADC_AIN7分别与LCD的第31引脚DISP、第32引脚HSYNC、第33引脚VSYNC、第34引脚DE、第30引脚PCLK、第37引脚X1、第38引脚Y1、第39引脚X2、第40引脚Y2相连，S3C6410的AE21引脚X_VD0/GPI0、W14引脚X_VD1/GPI1、AE22引脚X_VD2/GPI2、V13引脚X_VD3/GPI3、AD21引脚X_VD4/GPI4、AB20引脚X_VD5/GPI5、W15引脚X_VD6/GPI6、AE23引脚X_VD7/GPI7、V14引脚X_VD8/GPI8、AC21引脚X_VD9/GPI9、AC22引脚X_VD10/GPI10、W16引脚X_VD11/GPI11、V15引脚X_VD12/GPI12、AD23引脚X_VD13/GPI13、W17引脚X_VD14/GPI14、AC24引脚X_VD15/GPI15、V16引脚X_VD16/GPJ0、AD24引脚X_VD17/GPJ1、Y22引脚X_VD18/GPJ2、AC25引脚X_VD19/GPJ3、AB25引脚X_VD20/GPJ4、AB24引脚X_VD21/GPJ5、W18引脚X_VD22/GPJ6、AB23引脚X_VD23/GPJ7分别与LCD的第5引脚R0、第6引脚R1、第7引脚R2、第8引脚R3、第9引脚R4、第10引脚R5、第11引脚R6、第12引脚R7、第13引脚G0、第14引脚G1、第15引脚G2、第16引脚G3、第17引脚G4、第18引脚G5、第19引脚G6、第20引脚G7、第21引脚B0、第22引脚B1、第23引脚B2、第24引脚B3、第25引脚B4、第26引脚B5、第27引脚B6、第28引脚B7相连，LCD的第36引脚GND、第3引脚GND、第29引脚GND接地，LCD的第35引脚NC悬空，LCD第1引脚VLED-通过电阻R1接地，第2引脚VLED+通过电容C1接地，芯片YB1518的第3引脚FB接LCD的第1引脚VLED-，YB1518的第1引脚SW接电感L1和肖特基二极管D1正端，肖特基二极管D1负端接LCD的第2引脚VLED+，YB5158的第5引脚VIN接电感L1、5V电源、电容C3、电容C2，电容C3和C2接地，YB5158第2引脚GND接地，YB5158第4引脚CTRL接电阻R2和R3，电阻R3接5V电源，电阻R2与S3C6410的D23引脚X_PwmTOUT1/GPF15相连。

其工作原理为：LCD将点阵像素分为红、绿、蓝3个子像素，每个子像素占8个位，分别对应LCD的R[0:7]、G[0:7]、B[0:7]引脚。显示一幅图像时，首先在LCD的VSYNC引脚上产生一个高电平，表示一帧扫描的开始，接着在LCD的HSYNC引脚上产生一个高电平，表示一行扫描的开始，这时如果LCD的DE引脚为高电平，则在LCD的时钟信号PCLK的每个上升沿，数据VD[0:23]就写入对应的像素点，以后每个点都这样逐行逐个的扫描下去。LCD的X1、Y1、X2、Y2引脚为触摸引脚，AT043TN24V.1带一个4线电阻的触摸屏，当有外表压力作用在触摸屏上某一点时，触摸屏的一个导电层接通X方向电源，在另一个导电层就可以检测到这个电压，对取得的电压信号进行A/D转换，将得到的电压值与所加电源电压的大小进行比较就可以得到触摸点的X方向的坐标，同理也可以算出Y方向的坐标。

图6显示本发明的ARM11嵌入式处理器控制单元与按键接口控制单元的连接电路图，按键接口控制单元与ARM11嵌入式处理器控制单元单向电连接。S3C6410的AE17引脚X_EINT0/KpROW0/GPN0接电阻R1和按键K1的第1、第2引脚，按键K1的第3、第4引脚接地，电阻R1接3.3V电源，S3C6410的V10引脚X_EINT1/KpROW1/GPN1接电阻R2和按键K2的第1、第2引脚，按键K2的第3、第4引脚接地，电阻R2接3.3V电源，S3C6410的AD17引脚X_EINT2/KpROW2/GPN2接电阻R3和按键K3的第1、第2引脚，按键K3的第3、第4引脚接地，电阻R3接3.3V电源，S3C6410的AB17引脚X_EINT3/KpROW3/GPN3接电阻R4和按键K4的第1、第2引脚，按键K4的第3、第4引脚接地，电阻R4接3.3V电源，S3C6410的AE18引脚X_EINT4/KpROW4/GPN4接电阻R5和按键K5的第1、第2引脚，按键K5的第3、第4引脚接地，电阻R5接3.3V电源，S3C6410的AC18引脚X_EINT5/KpROW5/GPN5接电阻R6和按键K6的第1、第2引脚，按键K6的第3、第4引脚接地，电阻R6接3.3V电源。

按键的工作原理为：每个按键都跟S3C6410的一个外部中断引脚连接，在按键未按下时引脚上信号为高电平，在按键按下时，引脚上产生一个低电平，S3C6410就会产生一个中断信号，通过中断方式调用对应的按键中断服务子程序，完成按键指定的功能。

图7显示本发明的ARM11嵌入式处理器控制单元外扩的USB接口和SD卡接口控制单元连接电路图，USB接口和SD卡接口控制单元与ARM11嵌入式处理器控制单元双向电连接。可外接带SD接口、USB接口的设备，如U盘、SD卡等。如通过SD卡可实现本网关设备的操作系统装载。

S3C6410的A17引脚X_MmcCDN0/MmcCDN1/GPG6与电阻R8、SD接口的第11引脚nCD相连，电阻R8接3.3V电源，S3C6410的N17引脚Xhi_DATA16/EINT21/GPL13与电阻R7、SD接口的第10引脚WP相连，电阻R7接3.3V电源，S3C6410的H13引脚X_MmcDATA0_1/GPG3与电阻R6、SD接口的第8引脚DAT1相连，电阻R6接3.3V电源，S3C6410的B18引脚X_MmcDATA0_0/ADDR_CF2/GPG2与电阻R5、SD接口的第7引脚DAT0相连，电阻R5接3.3V电源，S3C6410的A18引脚X_MmcCLK0/ADDR_CF0/GPG0与电阻R4、SD接口的第5引脚CLK相连，电阻R5接3.3V电源，S3C6410的G13引脚X_MmcCMD0/ADDR_CF1/GPG1与电阻R3、SD接口的第2引脚CMD相连，电阻R3接3.3V电源，S3C6410的G12引脚X_MmcDATA0_3/GPG5与电阻R2、SD接口的第1引脚CD/DAT3相连，电阻R2接3.3V电源，S3C6410的C18引脚X_MmcDATA0_2/GPG4与电阻R1、SD接口的第9引脚DAT2相连，电阻R1接3.3V电源，SD接口的第6引脚VSS2、第3引脚VSS1、第12引脚VSS3、第13引脚VSS4接地，SD接口的第4引脚VDD接3.3V电源和电容C2，电容C2接地。

S3C6410的P22引脚X_UsbDN接电阻R9和USB接口的第2引脚D-，电阻R9接地，S3C6410的N22引脚X_UsbDP与电阻R10和USB接口的第3引脚D+相连，电阻R10接地，USB接口的第4引脚、第5引脚NC、第6引脚NC、第7引脚NC、第8引脚NCGND接地，USB的第1引脚VBUS接电感L1，电感L1接5V电源和电容C1，电容C1接地。

在整个网关设备系统中，首先移植一个Linux操作系统以及网卡驱动，对串口接收到的数据进行适当的处理，通过TCP/IP协议发送给远方的用户终端，整个系统的硬、软件结构分为三层，最底层的是由GPS模块、ARM11处理器、以太网控制器、LCD、ZigBee无线通信模块、按键、SD卡和USB接口组成的硬件；中间层是由Linux操作系统和硬件驱动程序构成，硬件驱动程序包括GPS模块驱动、网卡驱动、串口驱动、LCD驱动、按键驱动、USB驱动、SD卡驱动等，通过Linux操作系统能很好地实现整个系统硬件资源和软件资源的管理，以及各个任务的调度；通过网卡、串口等硬件驱动，给上层应用程序提供操作底层各个硬件的接口，使上层应用程序做到硬件无关性；最上层的是应用层，包括对GPS测量数据解析、网络拓扑结构、网络健康状态、监测数据等相关信息处理，数据的显示，接收用户键入的命令，以及通过以太网接口控制单元与互联网的互连，利用TCP/IP协议对数据的转发程序等。

Claims (4)

1.一种带有GPS的无线传感器网络网关设备，其特征在于：由GPS数据采集单元(10)、无线射频收发单元(11)、ARM11嵌入式处理器控制单元(12)、以太网接口控制单元(13)、触摸屏器接口控制单元(14)、按键接口控制单元(15)、USB接口和SD卡接口控制单元(16)组成；

其中GPS数据采集单元采用LEA_4A芯片，无线射频收发单元采用CC2530芯片，ARM11嵌入式处理器控制单元采用S3C6410芯片，以太网接口控制单元采用DM9000AE芯片，触摸屏器接口控制单元采用AT043TN24 V.1芯片；且其中GPS数据采集单元、无线射频收发单元、以太网接口控制单元、触摸屏器接口控制单元及USB接口和SD卡接口控制单元分别与ARM11嵌入式处理器控制单元双向电连接，按键接口控制单元与ARM11嵌入式处理器控制单元单向电连接。

2.根据权利要求1所述的带有GPS的无线传感器网络网关设备，其特征在于：S3C6410的A15引脚GPH6、G11引脚GPH7、C16引脚GPH8、H9引脚GPH9、D19引脚X_uRXD2、A21引脚X_uTXD2分别与LEA_4A的第22引脚GPSMDDE2、第21引脚GPSMDDE5、第9引脚GPSMDDE6、第23引脚GPSMDDE7、第3引脚TxD1、第4引脚RxD1相连，LEA_4A的第5引脚VDD_IO、第6引脚VCC接3.3V电源，LEA_4A的第16引脚RF_IN接天线F1，LEA_4A的第19引脚V_ANT、第18引脚VCC_RF接地，LEA_4A的第17引脚GND通过电阻R1接地。

3.根据权利要求1所述的带有GPS的无线传感器网络网关设备，其特征在于：S3C6410的B21引脚X_uTXD3与CC2530的第17引脚RX相连，S3C6410的J14引脚X_uRXD3与CC2530的第16引脚相连，CC2530的第10引脚DVDD、第39引脚AVDD_DREG、第21引脚AVDD5/AVDD_SOC、第31引脚AVDD_GUARD接3.3V电源，并分别通过电容C1、C4、C2、C3接地，CC2530的第1引脚DGND_USB、第2引脚USB_M、第3引脚USB_P、第4引脚DVDD_USB均接地，CC2530的第20引脚RESET_N接电阻R1和电容C5，电阻R1接3.3V电源，电容C5接地，CC2530的第41引脚GND Exposed接地，CC2530的第30引脚RBIAS通过电阻R2接地，CC2530的第25引脚RF_P通过C7接电感L1、电感L2、电容C11，电感L1接地，CC2530的第26引脚RF_N通过电容C8接电感L2、电感L3、电容C12，电容C12接地，电感L3接电容C9、C10、C11，电容C9接地，电容C10接天线和电容C17，电容C17接地，CC2530的第32引脚P2.4/XOSC32_Q2、第33引脚P2.3/XOSC32_Q1分别通过电容C16、电容C15接地，CC2530的第32引脚P2.4/XOSC32_Q2、第33引脚P2.3/XOSC32_Q1通过晶振Y2相连，CC2530的第22引脚XOSC_Q1、第23引脚XOSC_Q2分别通过电容C14、电容C13接地，CC2530的第22引脚XOSC_Q1、第23引脚XOSC_Q2通过晶振Y1相连，CC2530的第40引脚通过电容C6接地。

4.根据权利要求1所述的带有GPS的无线传感器网络网关设备，其特征在于：S3C6410的AC19引脚X_EINT7接DM9000AE的第34引脚INT，S3C6410的D1引脚Xm0_ADDR2接DM9000AE的第32引脚CMD，S3C6410的L4引脚Xm0_0En接DM9000AE的35引脚IOR#，S3C6410的J2引脚Xm0_WEn接DM9000AE的第36引脚IOW#，S3C6410的R3引脚Xm0_CSn1接DM9000AE的37引脚CS#，S3C6410的AD16引脚X_nRSTOUT接DM9000AE的40引脚PWRST#，S3C6410的N2引脚Xm0_DATA0、N1引脚Xm0_DATA1、M7引脚Xm0_DATA2、N3引脚Xm0_DATA3、M8引脚Xm0_DATA4、P2引脚Xm0_DATA5、N4引脚Xm0_DATA6、P3引脚Xm0_DATA7、M2引脚Xm0_DATA8、M4引脚Xm0_DATA9、L7引脚Xm0_DATA10、M3引脚Xm0_DATA11、L8引脚Xm0_DATA12、L2引脚Xm0_DATA13、K4引脚Xm0_DATA14、K1引脚Xm0_DATA15分别与DM9000AE的第18引脚SD0、第17引脚SD1、第16引脚SD2、第14引脚SD3、第13引脚SD4、第12引脚SD5、第11引脚SD6、第10引脚SD7、第31引脚SD8、第29引脚SD9、第28引脚SD10、第27引脚SD11、第26引脚SD12、第25引脚SD13、第24引脚SD14、第22引脚SD15相连，DM9000AE的第43引脚X2、第41引脚X1分别通过电容C1、C2接地，DM9000AE的第43引脚X2、第41引脚X1通过晶振Y1相连，DM9000AE的第8引脚TX-与电阻R1和NET的第2引脚TD-相连，DM9000AE的第7引脚TX+与电阻R2和NET的第1引脚TD+相连，DM9000AE的第4引脚RX-与电阻R3和NET的第6引脚RX-相连，DM9000AE的第3引脚RX+与电阻R4和NET的第3引脚RX+相连，电阻R1及电阻R2与电容C3相连，电阻R3及电阻R4与电容C4相连，电容C3、C4接地，DM9000AE的第38引脚LED2与NET的第10引脚LEDG-相连，DM9000AE的第39引脚LED1与NET的第11引脚LEDY-相连，NET的第9引脚LEDG+、第12引脚LEDY+接3.3V电源，NET的第8引脚CHS_GND接地。

Images