CN102710274B - 一种支持多通信方式的堆叠式智能通信模块 - Google Patents
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Abstract
一种支持多通信方式的堆叠式智能通信模块，采用分层结构，分为控制底板和无线通信模块（蓝牙通信模块、Wi-Fi通信模块、Zigbee通信模块、GSM通信模块和红外通信模块共五种模块）。该模块将无线通信方式以层次化和模块化的结构设计在每个无线通信模块上，无线通信模块以堆叠形式统一集成在控制底板上。并且该模块提供一种定义良好的模块接口，使得无线通信模块和控制底板之间以及通信模块和通信模块之间都是可组合、可拆分的，实现在控制底板上插接1到5种通信模块的堆叠扩展，并且每个模块都支持按需扩展和即插即用。
Description
技术领域
本发明的一种支持多通信方式的堆叠式智能通信模块，涉及红外技术、蓝牙技术、Zigbee技术、Wi-Fi技术、GSM技术、嵌入式技术等相关技术，同时还可以扩展其他无线通信技术。
背景技术
随着通信和信息技术的不断发展，短距离无线通信技术日益成熟。短距离无线通信技术是一种在较短距离内通信收发双方通过无线电波传输信息的通信技术。短距离无线技术的特点有：或基于传输速度、距离、能耗的特殊要求；或着眼于功能的扩充性；或符合某些单一应用的特殊要求等。下面为目前几种常用的短距离无线技术和GSM技术。
红外技术采用人眼看不到的红外光传输信息，通常有效距离2米，发射角一般不超过20度，速度可达16Mbit/s。红外技术采用具有方向性的点到点的连接方式，数据传输干扰少，速度快，保密性强，价格便宜。但是红外技术只限于两台设备通讯，无法灵活组网，传输数据时两个设备之间不能有阻挡物，有效距离小。
蓝牙技术采用无线电射频技术实现设备之间的无线互连，有穿透能力，信息能够全方位传送。蓝牙技术使用2.4GHz的ISM频段，最大传输率1MBit/s，采用跳频扩频技术，具有非常可靠的数据和语音传输能力。但是一个蓝牙网络同时连接的最大设备数为8个，蓝牙技术更强调设备之间的连接，而不是客户机与服务器之间的连接。
Zigbee技术使用2.4 GHz波段，采用跳频技术，基本传输速率是250KBit/s。当传输速率降低到28KBit/s时，传输距离可达到134m，并获得更高的可靠性。另外，Zigbee技术支持254个模块协同组网。与蓝牙相比，Zigbee传输速率慢，功率及费用低，更好地支持游戏、消费电子、仪器和家庭自动化应用。
Wi-Fi技术是一种支持多用户的无线通信技术，具有更大的覆盖范围和更高的传输速率。Wi-Fi的连接速度一般在几十到几百MBit/s，信号不受墙壁阻隔，但在建筑物内的有效传输距离小于户外传输距离。理论上用户位于一个接入点周边范围内就可以通过Wi-Fi联网。目前Wi-Fi技术主要应用于机场、酒店、商场等公共热点场所。
GSM技术也称为全球移动通信技术，使用850MHz、900MHz、1800MHz及 1900MHz等几个频段，采用数字通信技术、统一的网络标准，使通信质量得以保证，传输速度为9.6KBit/s，根据天线和传播条件有效传输距离从百米以下到数十公里。具有安全性高、网络容量大、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏等特点。GSM技术被广泛用于全球手机通信。
数字家庭、精准农业和智能交通等应用中通信方式繁多、模块数量大，因此需要网关和每种通信模块需要可扩展的支持多种通信方式。传统的网关和通信模块的接口设计复杂，且不具有扩展性。为了解决这些问题，一种支持多通信方式，采用层次化、模块化的思想将每种无线通信方式以堆叠的形式统一集成在一起的智能通信模块势在必行。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供一种支持多通信方式的堆叠式智能通信模块，该模块其采用分层结构，分为控制底板和无线通信模块(蓝牙通信模块、Wi-Fi通信模块、Zigbee通信模块、GSM通信模块和红外通信模块共五种模块)。该模块将无线通信方式以层次化和模块化的结构设计在每个无线通信模块上，无线通信模块以堆叠形式统一集成在控制底板上。并且该模块提供一种定义良好的模块接口，使得无线通信模块和控制底板之间以及通信模块和通信模块之间都是可组合、可拆分的，实现在控制底板上插接1到5种通信模块的堆叠扩展，并且每个模块都是即插即用的。其应用就是方便地实现数字家庭、精准农业和智能交通等应用中智能网关的多种通信方式的按需扩展和即插即用功能。
本发明的技术实施方案如下：
一种支持多通信方式的堆叠式智能通信模块，采用分层结构，分为控制底板和无线通信模块，无线通信模块包括蓝牙通信模块、Wi-Fi通信模块、Zigbee通信模块、GSM通信模块和红外通信模块共五种模块。
控制底板，包括电池插槽、微处理器、外围电路和模块接口。模块接口是控制底板与每个通信模块进行数据交互的接口，提供电源接口、各个模块的交互接口、扩展接口共三个部分的接口，由32个插孔组成，具体如下
1、2孔连接电源线，为上层通信模块提供电源连接；
3-7分别作为蓝牙、Wi-Fi、Zigbee、GSM和红外通信模块的片选管脚；
8-11孔用于蓝牙通信模块的连接控制；
12-17孔用于Wi-Fi通信模块的连接控制；
18-23孔用于Zigbee通信模块的连接控制；
24、25孔用于GSM通信模块的连接控制；
26、27孔用于红外通信模块的连接控制；
28-32孔用于扩展其他通信模块。
无线通信模块，包括蓝牙通信模块、Wi-Fi通信模块、Zigbee通信模块、GSM通信模块和红外通信模块共五种模块。
蓝牙通信模块，主要由蓝牙控制芯片、外围电路和模块接口组成；模块接口包括32个插孔和32个插针，32个插针按顺序直接插向下层通信模块或控制底板的32个插孔，32个插孔用于扩展其他通信模块；32个插针中，1、2、3针与下层通信模块或控制底板相连，为蓝牙通信模块提供电源信号和和片选使能信号；8-11针与下层通信模块或控制底板相连，进而控制蓝牙通信模块；剩余插针为插在其上的其他通信模块提供扩展。
Wi-Fi通信模块，主要由Wi-Fi控制芯片、外围电路和模块接口组成；模块接口包括32个插孔和32个插针；32个插针中，1、2、4针与下层通信模块或控制底板相连，为Wi-Fi通信模块提供电源信号和片选使能信号；12-17针与下层通信模块或控制底板相连，进而控制Wi-Fi通信模块；剩余插针为插在其上的其他通信模块提供扩展。
Zigbee通信模块，主要由Zigbee控制芯片、外围电路和模块接口组成；模块接口包括32个插孔和32个插针；32个插针中，1、2、5针与下层通信模块或控制底板相连为Zigbee通信模块提供电源信号和片选使能信号；18-23针与下层通信模块或控制底板相连，进而控制Zigbee通信模块；剩余插针为插在其上的其他通信模块提供扩展。
GSM通信模块，主要由GSM控制芯片、GSM卡以及卡槽、外围电路和模块接口组成；模块接口包括32个插孔和32个插针；32个插针中，1、2、6针与下层通信模块或控制底板相连为GSM通信模块提供电源信号和和片选使能信号；24、25针与下层通信模块或控制底板相连，进而控制GSM通信模块；剩余插针为插在其上的其他通信模块提供扩展。
红外通信模块，主要由红外收发器、外围电路和模块接口组成；模块接口包括32个插孔和32个插针；32个插针中，1、2、7针与下层通信模块或控制底板相连为红外通信模块提供电源信号和和片选使能信号；26、27针与下层通信模块或控制底板相连，进而控制红外通信模块；剩余插针为插在其上的其他通信模块提供扩展。
一种支持多通信方式的堆叠式智能通信模块中的模块接口为每个通信模块分配了一个片选管脚。当该模块工作时，控制底板上的控制器通过片选管脚来判断该模块上是否拥有相应的通信模块。当通信模块堆叠工作时，如果将某一个通信模块插到控制底板或者其他已经与控制底板相连的模块上，该通信模块的片选管脚就会被置0，从而该模块连通，通知控制底板的控制器该通信模块可以开始工作。
该模块将无线通信方式以层次化和模块化的结构设计在每个无线通信模块上，无线通信模块以堆叠形式统一集成在控制底板上。并且该模块提供一种定义良好的模块接口，使得无线通信模块和控制底板之间以及通信模块和通信模块之间都是可组合、可拆分的，实现在控制底板上插接1到5种通信模块的堆叠扩展，并且每个模块都支持按需扩展和即插即用。
附图说明
图1 是本发明的整体结构示意图。
图2是控制底板结构示意图。
图3a是蓝牙通信模块结构示意图。
图3b是Wi-Fi通信模块结构示意图。
图3c是Zigbee通信模块结构示意图。
图3d是GSM通信模块结构示意图。
图3e是红外通信模块结构示意图。
图中：1-A是控制底板，1-B是无线通信模块；2-A是控制地板电池插槽，2-B是微处理器，2-C是控制底板外围电路，2-D是控制底板模块接口；3-A是通信模块外围电路，3-B是通信模块接口插针，3-C是通信模块接口插孔。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施实例。
支持多通信方式的堆叠式智能通信模块分为控制底板、蓝牙通信模块、Wi-Fi通信模块、Zigbee通信模块、GSM通信模块和红外通信模块六部分。多通信方式扩展性和智能性体现在该模块将无线通信方式以层次化和模块化的结构设计在每个无线通信模块上，无线通信模块以堆叠形式统一集成在控制底板上。控制底板对不同的上层通信模块提供可组合、可拆分的即插即用功能，并且控制底板与上层通信模块之间通过定义良好的模块接口实现模块控制和数据交互。
支持多通信方式的堆叠式智能通信模块整体工作流程如下：
a)在控制底板的电池插槽中放入电池，打开控制底板的电源开关，控制器中的程序循环检测各片选引脚状态。
b)按引脚顺序在控制底板的32线插孔上插入一个无线通信模块，首先控制底板片选引脚判定哪个通信模块插到控制底板，然后执行相应程序控制相应无线通信模块工作。
c)控制器中的程序不断循环检测各片选引脚状态，如果有新的通信模块插入到模块中，则相应片选引脚置0，通信模块连通，控制器控制新插入通信模块工作。
d)如果插入的无线通信模块不是本发明中给出的5种，则可根据扩展引脚扩展相应通信模块应用。
硬件设备参数设置
硬件设备：
支持多通信方式的堆叠式智能通信模块分为控制底板、蓝牙通信模块、Wi-Fi通信模块、Zigbee通信模块、GSM通信模块和红外通信模块六部分。
参数配置：
a)控制底板
●Samsung S3C6410处理器，主频533MHz/667MHz；
●128M字节DDR内存；
●1G字节MLC NAND Flash；
●12MHz、48MHz、27MHz、32.768KHz时钟源；
●一个复位按键；
●一个开关；
●一个电池插槽。
b)蓝牙模块(HC-05)
●采用CSR BC4+8M FLASH方案；
●支持蓝牙技术规范2.0版本；
●支持USB2.0协议；
●频率2.4GHz。
c)Wi-Fi模块(HLK-WIFI-M03)
●无线标准IEEE802.11b/g；
●频率范围2.412~2.484GHz；
●支持硬件RTS/CTS流控；
●支持两种无线网络类型：基础网和自组网。
d)Zigbee模块(CC2430)
●高性能、低功耗的8051微控制器内核；
●适应2.4GHz IEEE 802.15.4的RF收发器；
●极高的接收灵敏度和抗干扰性能；
●32/64/128 KB闪存；
●8 KB/s RAM，具备在各种供电方式下的数据保持能力；
●强大的DMA功能。
e)GSM模块(TC351)
●支持GSM900MHz和EGSM1800MHz双频；
●支持数据、短消息多种数据传输；
●手机SIM卡；
●SIM卡槽。
f)红外模块
●红外发射管(L5IR5-45)；
●红外接收头(W0038HL-26)。
Claims (1)
1.一种支持多通信方式的堆叠式智能通信模块，采用分层结构，分为控制底板和无线通信模块，其特征在于，
（1）控制底板，包括电池插槽、微处理器、外围电路和模块接口；模块接口是控制底板与每个无线通信模块进行数据交互的接口，提供电源接口、各个模块的交互接口、扩展接口共三个部分的接口，由32个插孔组成；具体如下：
1、2孔连接电源线，为上层通信模块提供电源连接；
3孔作为蓝牙的片选管脚、4孔作为Wi-Fi的片选管脚、5孔作为Zigbee的片选管脚、6孔作为GSM的片选管脚和7孔作为红外通信模块的片选管脚；
8-11孔用于蓝牙通信模块的连接控制；
12-17孔用于Wi-Fi通信模块的连接控制；
18-23孔用于Zigbee通信模块的连接控制；
24、25孔用于GSM通信模块的连接控制；
26、27孔用于红外通信模块的连接控制；
28-32孔用于扩展其他通信模块；
（2）无线通信模块，包括蓝牙通信模块、Wi-Fi通信模块、Zigbee通信模块、GSM通信模块和红外通信模块共五种模块；
蓝牙通信模块，主要由蓝牙控制芯片、外围电路和模块接口组成；模块接口包括32个插孔和32个插针，32个插针按顺序直接插向下层通信模块或控制底板的32个插孔，32个插孔用于扩展其他通信模块；32个插针中，1、2、3针与下层通信模块或控制底板相连，为蓝牙通信模块提供电源信号和片选使能信号；8-11针与下层通信模块或控制底板相连，进而控制蓝牙通信模块；剩余插针为插在其上的其他通信模块提供扩展；
Wi-Fi通信模块，主要由Wi-Fi控制芯片、外围电路和模块接口组成；模块接口包括32个插孔和32个插针；32个插针中，1、2、4针与下层通信模块或控制底板相连，为Wi-Fi通信模块提供电源信号和片选使能信号；12-17针与下层通信模块或控制底板相连，进而控制Wi-Fi通信模块；剩余插针为插在其上的其他通信模块提供扩展；
Zigbee通信模块，主要由Zigbee控制芯片、外围电路和模块接口组成；模块接口包括32个插孔和32个插针；32个插针中，1、2、5针与下层通信模块或控制底板相连为Zigbee通信模块提供电源信号和片选使能信号；18-23针与下层通信模块或控制底板相连，进而控制Zigbee通信模块；剩余插针为插在其上的其他通信模块提供扩展；
GSM通信模块，主要由GSM控制芯片、GSM卡以及卡槽、外围电路和模块接口组成；模块接口包括32个插孔和32个插针；32个插针中，1、2、6针与下层通信模块或控制底板相连为GSM通信模块提供电源信号和片选使能信号；24、25针与下层通信模块或控制底板相连，进而控制GSM通信模块；剩余插针为插在其上的其他通信模块提供扩展；
红外通信模块，主要由红外收发器、外围电路和模块接口组成；模块接口包括32个插孔和32个插针；32个插针中，1、2、7针与下层通信模块或控制底板相连为红外通信模块提供电源信号和片选使能信号；26、27针与下层通信模块或控制底板相连，进而控制红外通信模块；剩余插针为插在其上的其他通信模块提供扩展。
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