CN102387609A - 无线传感器网关装置 - Google Patents

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王宜怀
吴瑾
张文哲
伏玉琛
郭芸
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Abstract

本发明实施例公开了一种无线传感器网关装置和系统，所述装置中的Zigbee无线通信模块负责采集无线传感器节点的传感信息，并将所述传感信息通过所述主控芯片发送至所述3G模块中，由所述3G模块将所述传感信息上传至远程监控中心，并且，所述远程监控中心根据所述传感信息作出相应的控制及配置指令，通过所述主控芯片由所述Zigbee无线通信模块接收。该实施方式将近距离无线通信的Zigbee无线通信模块与远距离无线传输的3G模块连接并实现数据交互，且3G模块的应用克服了现有的无线传感网关系统通信模块单一，传输速度及传输数据类型受到局限的缺点，达到了高效率、多种数据类型传输的技术效果。

Description

无线传感器网关装置
技术领域
本发明涉及网关技术领域，更具体地说，涉及一种无线传感器网关装置和系统。
背景技术
无线传感器网关系统是无线传感器网络的重要组成部分.
现有的网关的硬件部分主要由中央处理单元、传感器模块，以及通过串口方式连接的的GPRS通信模块组成。
然而，现有的无线传感器网关系统多为2.5G通信方式，其通过串口通信与GPS通信模块连接，在通信速度上存在局限，且不能满足现在多种数据传输形式的通信要求，成为无线传感器网关系统发展的瓶颈。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种无线传感器网关装置和系统，以实现近距离无线通信的Zigbee无线通信模块与远距离无线传输的3G模块数据交互，达到传输高效率及传输多种数据类型的目的。
一种无线传感器网关装置，包括：主控芯片、Zigbee无线通信模块和3G模块，其中：
所述Zigbee无线通信模块采集传感信息，并与所述主控芯片的通用异步接收/发送装置UART接口连接；
所述3G模块将所述传感信息发送至远程监控中心，并将接收所述监控中心根据所述传感信息发出的反馈信息通过所述主控芯片下发至Zigbee无线通信模块，并与所述主控芯片的通用串行总线USB接口连接。
上述实施方式Zigbee无线通信模块负责采集无线传感器节点的传感信息，并将所述传感信息通过所述主控芯片发送至所述3G模块中，由所述3G模块将所述传感信息上传至监控中心，并且，所述监控中心根据所述传感信息作出相应的控制及配置指令，通过所述主控芯片由所述Zigbee无线通信模块接收。该实施方式将近距离无线通信的Zigbee无线通信模块与远距离无线传输的3G模块连接并实现数据交互，且3G模块的应用克服了现有的无线传感网关系统通信模块单一，传输速度及传输数据类型受到局限的缺点，达到了高效率、多种数据类型传输的技术效果。
优选地，所述3G模块具体为WCDMA3G模块。
优选地，所述WCDMA3G模块具体为EW770W。
作为优选，由华为公司生产的EW770W兼容性强、速率高、稳定性好，更为重要的是，该模块集成了高速USB接口，且内置TCP/IP协议栈，是高速数据传输的保障。
优选地，所述主控芯片具体为MCF52223。
作为优选，所述MCF52223是Freescale公司集成USB OTG和32位微处理器的主控芯片，其优点在于：低成本，低功耗以及应用灵活，
优选地，所述装置还包括外围电路，所述外围电路包括复位电路、电源模块、串口通信接口、晶振电路、锁相环PLL电路和写入调试接口。
所述外围电路是主控芯片内部程序正常运行所须的电路构成。
一种无线传感器网关系统，包括：多个无线传感器网关装置，各无线传感器网关装置包括：主控芯片、Zigbee无线通信模块和3G模块，其中：
所述Zigbee无线通信模块采集传感信息，并与所述主控芯片的通用异步接收/发送装置UART接口连接；
所述3G模块与所述主控芯片的通用串行总线USB接口连接，将所述传感信息发送至远程监控中心，并将接收的由所述远程监控中心根据所述传感信息发出的反馈信息通过所述主控芯片下发至Zigbee无线通信模块。
优选地，所述主控芯片具体为MCF52223。
优选地，所述系统还包括外围电路，所述外围电路包括复位电路、电源模块、串口通信接口、晶振电路、锁相环PLL电路和写入调试接口。
从上述的技术方案可以看出，本发明实施例采用Zigbee无线通信模块采集无线传感器节点的传感信息，所述Zigbee无线通信模块不仅根据所述传感器的传感信息控制节点的工作状态，在本发明中，还将所述传感信息通过所述主控芯片发送至所述3G模块中，由所述3G模块将所述传感信息上传至远程监控中心，由所述远程监控中心针对所述传感信息下发反馈信息，通过所述主控芯片由所述Zigbee无线通信模块接收。本发明将实现无线传感器节点之间通信及近距离无线通信的Zigbee无线通信模块与远距离无线传输的3G模块整合并实现高速的数据交互，3G模块的应用克服了现有的无线传感网关系统通信模式单一，传输速度及传输数据类型受到局限的缺点，达到了高效率、多种数据类型传输的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种无线传感器网关装置结构示意图；
图2a为本发明实施例公开的一种无线传感器网关装置结构示意图；
图2b为本发明实施例公开的一种无线传感器网关装置电源结构示意图；
图3为本发明实施例公开的一种无线传感器网关系统结构示意图。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结如下：
WCDMA：Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址，是一种第三代无线通讯技术；
3G：3rd-generation，第三代移动通信技术；
UART：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收/发送装置；
USB：Universal Serial BUS，通用串行总线；
Zigbee：IEEE 802.15.4协议；
Freescale：飞思卡尔公司；
PLL：Phase Locked Loop，锁相回路或锁相环；
TCP/IP：Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网互联协议。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种无线传感器网关装置和系统，以实现近距离无线通信的Zigbee无线通信模块与远距离无线传输的3G模块数据交互，达到传输高效率及传输多种数据类型的目的。
图1示出了一种无线传感器网关装置结构，包括：主控芯片101、Zigbee无线通信模块102和3G模块103，其中：
所述Zigbee无线通信模块102采集传感信息，并与所述主控芯片的通用异步接收/发送装置UART接口连接；
所述3G模块103与所述主控芯片101的通用串行总线USB接口连接，将所述传感信息发送至远程监控中心，并将接收的由所述远程监控中心根据所述传感信息发出的反馈信息通过所述主控芯片101下发至Zigbee无线通信模块102。
需要说明的是，所述Zigbee无线通信模块可根据远程监控中心的反馈信息对无线传感器节点进行状态控制。
作为优选，所述3G模块具体为EW770W，所述主控芯片具体为MCF52223：
所述EW770W华为公司生产的WCDMA M2M模块，支持UMTS2100/1900/900/850和GPRS/GSM1900/1800/900/850频段，上行速率5.76Mbps，下行速率7.2Mps，具有兼容性强、速率高、稳定性好的特点，集成了高速USB接口，与GPRS模块的串口接口相比速度更快。且EM770W内置TCP/IP协议栈，支持WCDMA协议规定的标准AT指令集和华为扩展AT指令集，通过USB接口发送AT命令，可实现丰富的语音和数据业务的功能。
所述MCF52223是Freescale公司采用V2 ColdFire内核构建而成的主控芯片，是集成了USB OTG和闪存的业界首个32位微控制器。其整合了USB主机和OTG控制器且包含丰富的外设功能模块，32K字节的SRAM和256K字节的Flash，具有低成本、低功耗、应用灵活的特点。
上述实施方式Zigbee无线通信模块负责采集无线传感器节点的传感信息，并将所述传感信息通过所述主控芯片发送至所述3G模块中，由所述3G模块将所述传感信息上传至远程监控中心，并且，所述远程监控中心根据所述传感信息作出相应的控制及配置指令，通过所述主控芯片由所述Zigbee无线通信模块接收。该实施方式将近距离无线通信的Zigbee无线通信模块与远距离无线传输的3G模块连接并实现数据交互，达到传输高效率及传输多种数据类型的目的。
图2a示出了一种无线传感器网关装置结构，包括：主控芯片201、Zigbee无线通信模块202、3G模块203、复位电路204、205、串口通信接口206、晶振电路207、锁相环PLL电路208和写入调试接口209，其中：
所述Zigbee无线通信模块202采集传感信息，并与所述主控芯片的通用异步接收/发送装置UART接口连接；
所述3G模块203与所述主控芯片201的通用串行总线USB接口连接将所述传感信息发送至远程监控中心，并将接收的由所述远程监控中心根据所述传感信息发出的反馈信息通过所述主控芯片201下发至Zigbee无线通信模块202。
所述复位电路204、电源模块205、串口通信接口206、晶振电路207、锁相环PLL电路208和写入调试接口209构成保证主控芯片内部程序正常运行的外围电路。
图2b示出了一种无线传感器网关装置电源结构：
电源电路的好坏直接影响到系统的稳定性和可靠性。
本装置模块的供电电压为：MCF52223的芯片工作电压为+3.3V；提供给ZigBee模块的+4V～+5V；继电器+12V。根据不同的电压需求且尽可能减少开关电源的数量，使用外部供电电压为+12V，如图，设计两路电源转换电路，其中一路得到+3.3V；另一路则产生+4V。
两组电源使用相同的电源转换芯片LM2576-ADJ，最大电流3A，输入电压+4V～+40V，输出电压+1.23V～35V，可以通过调节电阻的大小来改变输出电压的值。如图所示，通过调节电源模块中涉及的两个电阻R1和R2的阻值，可以调节输出电压的大小，输出电压计算公式为：V＝1.23*(1+R1/R2)。通常使用R2＝2K电阻，使用计算公式可得，当电压是4V时，需要的R1是4.5K。当电压是+3.3V时，R1是2.8K。
图3示出了一种无线传感器网关系统，包括：多个无线传感器网关装置，图中还示出了远程监控中心302，以及与所述无线传感器网关装置对应的多个无线传感器节点303。
需要说明的是，在图中只标识出多个无线传感器网关装置中的一个的具体结构，其它的结构及功能类似，不再一一图示及赘述，所述无线传感器网关装置包括：
主控芯片3011、Zigbee无线通信模块3012和3G模块3013，其中：
所述Zigbee无线通信模块3012采集传感信息，并与所述主控芯片的通用异步接收/发送装置UART接口连接；
所述3G模块3013与所述主控芯片3011的通用串行总线USB接口连接将所述传感信息发送至远程监控中心，并将接收的由所述远程监控中心根据所述传感信息发出的反馈信息通过所述主控芯片3011下发至Zigbee无线通信模块3012。
另外，所述装置还包括：还包括外围电路，所述外围电路包括复位电路、电源模块、串口通信接口、晶振电路、锁相环PLL电路和写入调试接口。
作为优选，所述3G模块具体为EW770W，所述主控芯片具体为MCF52223。
所述系统实现了无线传感器节点-WCDMA无线网关系统-远程监控中心之间的通信，所述WCDMA无线网关系统是实现无线传感器节点和远程监控中心的通信的中间桥梁。
综上所述：
本发明的实施例采用Zigbee无线通信模块采集无线传感器节点的传感信息，所述Zigbee无线通信模块不仅根据所述传感器的传感信息控制节点的工作状态，在本发明中，还将所述传感信息通过所述主控芯片发送至所述3G模块中，由所述3G模块将所述传感信息上传至远程监控中心，由所述远程监控中心针对所述传感信息下发反馈信息，通过所述主控芯片由所述Zigbee无线通信模块接收。本发明将实现无线传感器节点之间通信及近距离无线通信的Zigbee无线通信模块与远距离无线传输的3G模块整合并实现高速的数据交互，3G模块的应用克服了现有的无线传感网关系统通信模式单一，传输速度及传输数据类型受到局限的缺点，达到了高效率、多种数据类型传输的技术效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种无线传感器网关装置，其特征在于，包括：主控芯片、Zigbee无线通信模块和3G模块，其中：
所述Zigbee无线通信模块采集传感信息，并与所述主控芯片的通用异步接收/发送装置UART接口连接；
所述3G模块与所述主控芯片的通用串行总线USB接口连接，将所述传感信息发送至远程监控中心，并将接收的由所述远程监控中心根据所述传感信息发出的反馈信息通过所述主控芯片下发至Zigbee无线通信模块。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述3G模块具体为WCDMA3G模块。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述WCDMA3G模块具体为EW770W。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主控芯片具体为MCF52223。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括外围电路，所述外围电路包括复位电路、电源模块、串口通信接口、晶振电路、锁相环PLL电路和写入调试接口。
6.一种无线传感器网关系统，其特征在于，包括：多个无线传感器网关装置，各无线传感器网关装置包括：主控芯片、Zigbee无线通信模块和3G模块，其中：
所述Zigbee无线通信模块采集传感信息，并与所述主控芯片的通用异步接收/发送装置UART接口连接；
所述3G模块与所述主控芯片的通用串行总线USB接口连接，将所述传感信息发送至远程监控中心，并将接收的由所述远程监控中心根据所述传感信息发出的反馈信息通过所述主控芯片下发至Zigbee无线通信模块。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述主控芯片具体为MCF52223。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括外围电路，所述外围电路包括复位电路、电源模块、串口通信接口、晶振电路、锁相环PLL电路和写入调试接口。
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