CN103179689B - 基于wcdma与传感器网络的无线传输系统及传输方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统及传输方法，包括带有内核的嵌入式处理器芯片，该嵌入式处理器芯片同外部的同步动态随机存储器SDRAM、Nand‑Flash闪存以及时钟电路相连接而形成最小系统，所述的最小系统同USB接口电路、状态接口电路、带有天线的WCDMA的无线收发模块、系统电源管理器相连接。这样的结构结合其传输方法避免了TD‑SCDMA无论是在系统的单载波内的数据吞吐量来衡量、不依赖GPS的空中接口方式上、还是在技术的可用性和成熟性都要差许多的缺陷。实现了大数据量的远距离无线通信。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统及传输方法，具体涉及的是WCDMA传输设备的应用层、网络层、数据链路层和物理层模块化系统的设计及功能实现，完成WCDMA收发模块的控制。
背景技术
目前，基于ZIgBee、蓝牙、GPRS无线传感器网络的无线传输系统，无论是从传输距离，传输可靠性，还是可利用频谱资源上都非常有限，限制了其在实际应用中的使用范围. 也有人提出了基于感知共存TD-SCDMA与传感网络融合传输技术，但是相对于WCDMA在网络方面的优势，TD-SCDMA无论是在系统的单载波内的数据吞吐量来衡量，不依赖GPS的空中接口方式上，还是在技术的可用性和成熟性都要差许多。
发明内容
本发明的目的提供一种基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统及传输方法，包括带有内核的嵌入式处理器芯片，该嵌入式处理器芯片同外部的同步动态随机存储器SDRAM、Nand-Flash闪存以及时钟电路相连接而形成最小系统，所述的最小系统同USB接口电路、状态接口电路、带有天线的WCDMA的无线收发模块、系统电源管理器相连接。这样的结构结合其传输方法避免了TD-SCDMA无论是在系统的单载波内的数据吞吐量来衡量、不依赖GPS的空中接口方式上、还是在技术的可用性和成熟性都要差许多的缺陷。实现了大数据量的远距离无线通信。
为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统及传输方法的解决方案，具体如下：
一种基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统，包括带有内核的嵌入式处理器芯片9，该嵌入式处理器芯片9同外部的同步动态随机存储器SDRAM3、Nand-Flash闪存4以及时钟电路8相连接而形成最小系统5，所述的最小系统5同USB接口电路2、状态接口电路1、带有天线的WCDMA的无线收发模块7、系统电源管理器6相连接。
所述的嵌入式处理器芯片9为基于ARM9处理器的S3C2440芯片，S3C2440芯片的内核为带有内存管理单元MMU的ARM920T内核，S3C2440芯片上集成有分别与同步动态随机存储器SDRAM3和Nand-Flash闪存4相连接的同步动态随机存储器SDRAM3的控制器接口和Nand-Flash闪存4的控制器接口，在该S3C2440芯片内有通过烧制方式进入并能运行的Bootloader、Linux内核、文件系统、驱动程序和编制的程序，S3C2440芯片上还设置有USB控制器；所述的系统电源管理器6包括5V数字电源，5V数字电源的供电输出端口同LM1117-CT1.3型电源芯片的电源输入端和LM1117-CT3.3型电源芯片的电源输入端相连接，而S3C2440芯片通过内核用1.2V电源引脚和GPIO用3.3V电源引脚分别同LM1117-CT1.3型电源芯片的1.2V电源输出端和LM1117-CT3.3型电源芯片的3.3V电源输出端相连接，另外S3C2440芯片还通过复位管脚同S3C2440芯片上的复位电路相连接，所述的编制的程序能够通过设置内核、GPIO或者最小系统复位各自对应的寄存器的值能完成普通、慢速、空闲或者掉电模式的电源管理，S3C2440芯片通过带外部中断功能的GPIO同状态接口电路1相连接，这样就能通过状态接口电路1将前端数据采集设备的状态、请求及命令传给S3C2440芯片中的中断控制器，完成针对前端数据采集设备开启传输、等待传输、重新传输或关闭传输功能的控制操作，所述的USB接口电路2包括host主接口和device从接口，该host主接口和device从接口同S3C2440芯片上的USB控制器相适配，使用host主接口实现对带有天线的WCDMA的无线收发模块7的数据传输，使用device从接口实现对前端数据采集设备的数据传输，所述的带有天线的WCDMA的无线收发模块7包括WCDMA无线射频模块MF210，WCDMA无线射频模块MF210用于实现WCDMA的无线收发模块7与WCDMA网络空中接口的连接以及基带频带的处理工作，所述的最小系统5通过Mini PCI-E接口同带有天线的WCDMA的无线收发模块7相连接，WCDMA的无线收发模块7通过射频RF天线接口和差分RX天线接口与所述的天线连接。
所述的同步动态随机存储器SDRAM3和Nand-Flash闪存4分别为256M (16Mx16bit) Hynix SDRAM和2Gb NAND FLASH HY27UF(08/16)2G2B。
所述的基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统的传输方法为当系统电源管理器6给基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统上电后，基于S3C2440芯片的最小系统5通电完成Linux系统初始化和各项驱动加载操作，而前端数据采集设备通过状态接口电路1完成将传输请求传给S3C2440芯片中的中断控制器后，通过USB接口电路2的device从接口按USB2.0协议把采集好的频谱数据和附属信息传输至最小系统5中以待处理，而S3C2440芯片通过GPIO和USB接口电路2的Host主接口电路对包括WCDMA无线射频模块MF210的无线收发模块7的初始化、驱动和数据传输，当完成WCDMA网络的注册和建立对应的TCP或UDP连接后，WCDMA无线射频模块MF210就通过WCDMA网络空中接口将需要传输的待处理数据打包发送至WCDMA网络，并最终送达拥有固定IP地址的服务器或者终端。
应用本发明方案通过本无线通信系统可以实现拨号和上网，并将无线传感器网络感知节点所监测的数据实时可靠地通过公网传输到管理系统。本传输系统依托中国联通的公网，收费合理、传输带宽大、功耗低，容易推广和普及。随着技术的推广必将带来巨大的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明的原理结构图。
图2为本发明的实施例的原理结构图。
具体实施方式
下面结合附图对发明内容作进一步说明：
将WCDMA4网络技术同无线传感器网络目前使用的无线通信技术进行一下比较，如表1所示：
由上表可见WCDMA网络优势明显。而电磁频谱监测中，常常要求感知节点所监测频谱数据的实时连续上传，以实现频谱的动态显示，因此必须设计一种类似于流媒体服务的数据上传机制以保证数据信息的可靠传输和端到端实时传输。
由此，本发明提出了基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统及传输方法。
参照图1和图2 所示，基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统，包括带有内核的嵌入式处理器芯片9，该嵌入式处理器芯片9同外部的同步动态随机存储器SDRAM3、Nand-Flash闪存4以及时钟电路8相连接而形成最小系统5，所述的最小系统5同USB接口电路2、状态接口电路1、带有天线的WCDMA的无线收发模块7、系统电源管理器6相连接。所述的嵌入式处理器芯片9为基于ARM9处理器的S3C2440芯片，S3C2440芯片的内核为带有内存管理单元MMU的ARM920T内核，它有硬件特征和强大的指令系统，是目前应用较为广泛的CPU，S3C2440芯片的最大特点是其核心处理器CPU是一个由Advanced RISC Machines有限公司设计的16/32位ARM920T的RISC处理器。ARM920T实现了MMU，AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构，这一结构具有独立的16KB指令 Cache和16KB数据Cache。每个都是由具有8字长的行组成。通过提供一套完整的通用系统外设，S3C2440芯片减少了整体系统成本和无需配置额外的组件。
S3C2440芯片集成的片上功能如下所示：
（1）1.2V内核供电, 1.8V/2.5V/3.3V存储器供电，3.3V外部I/O供电，具备16KB的I-Cache和16KB DCache/MMU。
（2）外部存储控制器用于SDRAM 控制和片选逻辑。
（3）4通道DMA并有外部请求引脚。
（4）3通道UART(IrDA1.0, 64字节Tx FIFO，和64字节Rx FIFO)。
（5）2通道SPI。
（6）1通道IIC-BUS接口（多主支持）。
（7）2端口USB主机/1端口USB设备（1.1 版）。
（8）130个通用I/O口和24通道外部中断源。
（9）具有普通，慢速，空闲和掉电模式。
（10）具有PLL片上时钟发生器。
S3C2440芯片主要功能如下所示：
（1）控制和接受WCDMA收发模块的点火、搜索网络和各种信令信息；
（2）创建无线链路；
（3）控制设备与数字盒之间的通信；
（4）控制和接受USB数据信号；
（5）控制NandFlash执行读写操作。
S3C2440芯片上集成有分别与同步动态随机存储器SDRAM3和Nand-Flash闪存4相连接的同步动态随机存储器SDRAM3的控制器接口和Nand-Flash闪存4的控制器接口，在该S3C2440芯片内有通过烧制方式进入并能运行的Bootloader、Linux内核、文件系统、驱动程序和编制的程序，S3C2440芯片上还设置有USB控制器；所述的系统电源管理器6包括5V数字电源，5V数字电源的供电输出端口同LM1117-CT1.3型电源芯片的电源输入端和LM1117-CT3.3型电源芯片的电源输入端相连接，而S3C2440芯片通过内核用1.2V电源引脚和GPIO用3.3V电源引脚分别同LM1117-CT1.3型电源芯片的1.2V电源输出端和LM1117-CT3.3型电源芯片的3.3V电源输出端相连接，另外S3C2440芯片还通过复位管脚同S3C2440芯片上的复位电路相连接，所述的编制的程序能够通过设置内核、GPIO或者最小系统复位各自对应的寄存器的值能完成普通、慢速、空闲或者掉电模式的电源管理，S3C2440芯片通过带外部中断功能的GPIO同状态接口电路1相连接，这样就能通过状态接口电路1将前端数据采集设备的状态、请求及命令传给S3C2440芯片中的中断控制器，完成针对前端数据采集设备开启传输、等待传输、重新传输或关闭传输功能的控制操作，所述的USB接口电路2包括host主接口和device从接口，该host主接口和device从接口同S3C2440芯片上的USB控制器相适配，使用host主接口实现对带有天线的WCDMA的无线收发模块7的数据传输，使用device从接口实现对前端数据采集设备的数据传输，所述的带有天线的WCDMA的无线收发模块7包括WCDMA无线射频模块MF210，WCDMA无线射频模块MF210用于实现WCDMA的无线收发模块7与WCDMA网络空中接口的连接以及基带频带的处理工作，该无线模块稳定性好、市场占有率高，性价比理想并且还有如下主要功能：
（1）工作频段：LTE Band：UMTS850（900）/1900/2100、GSM/GPRS/EDGE
850/900/1800/1900多频段 HSUPA
（2）工作模式：WCDMA&GSM双模。
（3）SIM供电电源：3V。
(4)USB接口数据传输。
所述的最小系统5通过Mini PCI-E接口同带有天线的WCDMA的无线收发模块7相连接，WCDMA的无线收发模块7通过射频RF天线接口和差分RX天线接口与所述的天线连接。所述的同步动态随机存储器SDRAM3和Nand-Flash闪存4分别为256M (16Mx16bit) Hynix SDRAM和2Gb NAND FLASH HY27UF(08/16)2G2B，这两款芯片都拥有良好的稳定性，较大的市场占有率和较高的性价比。
所述的基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统的传输方法为当系统电源管理器6给基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统上电后，基于S3C2440芯片的最小系统5通电完成Linux系统初始化和各项驱动加载操作，而前端数据采集设备通过状态接口电路1完成将传输请求传给S3C2440芯片中的中断控制器后，通过USB接口电路2的device从接口按USB2.0协议把采集好的频谱数据和附属信息传输至最小系统5中以待处理，而S3C2440芯片通过GPIO和USB接口电路2的Host主接口电路对包括WCDMA无线射频模块MF210的无线收发模块7的初始化、驱动和数据传输，当完成WCDMA网络的注册和建立对应的TCP或UDP连接后，WCDMA无线射频模块MF210就通过WCDMA网络空中接口将需要传输的待处理数据打包发送至WCDMA网络，并最终送达拥有固定IP地址的服务器或者终端。
这样基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统以ARM9系列的S3C2440芯片作为处理器，采用嵌入式Linux操作系统，通过相关功能模块电路实现WCDMA网络应用层、网络层、数据链路层和物理层各层功能，完成对频谱数据的传输。
综上所述，本发明的基于WCDMA与传感器网络融合的无线传输系统，对于无线传感器的无线远距离传输，特别是视频等大数据量的实时传输具有优良的性能。本传输系统依托中国联通的公网，收费合理、传输带宽大、功耗低，容易推广和普及。随着技术的推广必将带来巨大的经济效益和社会效益。
Claims (4)
1.一种基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统，其特征在于包括带有内核的嵌入式处理器芯片(9)，该嵌入式处理器芯片(9)同外部的同步动态随机存储器SDRAM(3)、Nand-Flash闪存(4)以及时钟电路(8)相连接而形成最小系统(5)，所述的最小系统(5)同USB接口电路(2)、状态接口电路(1)、带有天线的WCDMA的无线收发模块(7)、系统电源管理器(6)相连接；所述的带有天线的WCDMA的无线收发模块(7)包括WCDMA无线射频模块MF210，WCDMA无线射频模块MF210用于实现WCDMA的无线收发模块(7)与WCDMA网络空中接口的连接以及基带频带的处理工作，所述的最小系统(5)通过Mini PCI-E接口同带有天线的WCDMA的无线收发模块(7)相连接，WCDMA的无线收发模块(7)通过射频RF天线接口和差分RX天线接口与所述的天线连接。
2.根据权利要求1所述的基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统，其特征在于所述的嵌入式处理器芯片(9)为基于ARM9处理器的S3C2440芯片，S3C2440芯片的内核为带有内存管理单元MMU的ARM920T内核，S3C2440芯片上集成有分别与同步动态随机存储器SDRAM3和Nand-Flash闪存(4)相连接的同步动态随机存储器SDRAM3的控制器接口和Nand-Flash闪存(4)的控制器接口，在该S3C2440芯片内有通过烧制方式进入并能运行的Bootloader、Linux内核、文件系统、驱动程序和编制的程序，S3C2440芯片上还设置有USB控制器；所述的系统电源管理器(6)包括5V数字电源，5V数字电源的供电输出端口同LM1117-CT1.3型电源芯片的电源输入端和LM1117-CT3.3型电源芯片的电源输入端相连接，而S3C2440芯片通过内核用1.2V电源引脚和GPIO用3.3V电源引脚分别同LM1117-CT1.3型电源芯片的1.2V电源输出端和LM1117-CT3.3型电源芯片的3.3V电源输出端相连接，另外S3C2440芯片还通过复位管脚同S3C2440芯片上的复位电路相连接，所述的编制的程序能够通过设置内核、GPIO或者最小系统复位各自对应的寄存器的值能完成普通、慢速、空闲或者掉电模式的电源管理，S3C2440芯片通过带外部中断功能的GPIO同状态接口电路1相连接，这样就能通过状态接口电路1将前端数据采集设备的状态、请求及命令传给S3C2440芯片中的中断控制器，完成针对前端数据采集设备开启传输、等待传输、重新传输或关闭传输功能的控制操作，所述的USB接口电路(2)包括host主接口和device从接口，该host主接口和device从接口同S3C2440芯片上的USB控制器相适配，使用host主接口实现对带有天线的WCDMA的无 线收发模块(7)的数据传输，使用device从接口实现对前端数据采集设备的数据传输。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统，其特征在于，所述的同步动态随机存储器SDRAM3和Nand-Flash闪存(4)分别为256M(16Mx16bit)Hynix SDRAM和2Gb NAND FLASH HY27UF(08/16)2G2B。
4.根据权利要求2所述的基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统的传输方法，其特征为当系统电源管理器(6)给基于WCDMA与传感器网络的无线传输系统上电后，基于S3C2440芯片的最小系统(5)通电完成Linux系统初始化和各项驱动加载操作，而前端数据采集设备通过状态接口电路(1)完成将传输请求传给S3C2440芯片中的中断控制器后，通过USB接口电路(2)的device从接口按USB2.0协议把采集好的频谱数据和附属信息传输至最小系统(5)中以待处理，而S3C2440芯片通过GPIO和USB接口电路(2)的Host主接口电路对包括WCDMA无线射频模块MF210的无线收发模块(7)的初始化、驱动和数据传输，当完成WCDMA网络的注册和建立对应的TCP或UDP连接后，WCDMA无线射频模块MF210就通过WCDMA网络空中接口将需要传输的待处理数据打包发送至WCDMA网络，并最终送达拥有固定IP地址的服务器或者终端。
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