CN103685005A - 一种智能网关及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能网关及方法，所述智能网关包括ARM11处理器、zigbee无线收发模块、接口模块、存储模块和电源模块，所述ARM11处理器依次与zigbee无线收发模块、接口模块、存储模块和电源模块连接。相对现有技术，本发明具有以下优点，低功耗、低成本、通信质量可靠。
Description
技术领域
本发明涉及通讯设备技术领域，具体涉及一种基于嵌入式及ZigBee技术的智能网关及方法。
背景技术
随着信息技术和网络技术的高速发展以及人们居住理念的变化与提升，家居智能化和家电网络化逐渐成为热门话题，智能家居是指将各种信息设备和住宅设备通过网络连接起来，从而构筑舒适、安全、方便的信息化居住空间，满足人们在家中生活、工作、娱乐和交流的需要，提供安防、社区管理和人们外出时了解家居状况的手段。
经过多年的需求累积，目前通常把智能家居定义为利用计算机、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理平台将与家居生活有关的各种子系统有机地组合成一个系统，具体来说，就是首先在一个家居中建立一个通讯网络，为家庭信息提供必要的通路，在家庭网络操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络上的家电和设备的控制和监测；其次，它们都要通过一定的网络平台，构成与外界的通讯通道，以实现与家庭以外的世界沟通信息，满足远程控制、监测和交换信息的需求，最终达到满足人们对安全、舒适、方便和绿色环保的需求。
智能家居是一个多功能的综合技术系统，它以家庭住宅为平台，利用先进的计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术、信息技术，将家庭中的各种电器设备通过某种形式的网络有机地连接在一起，进行网络化的综合管理与调控，为人们提供一个舒适、安全、方便、环保和高效率的生活环境。
虽然智能家居的概念很早就出现，市场需求也一直存在，但长期以来智能家居的发展由于受制于相关技术和成本的限制，一直没有得到大规模的应用普及。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种低功耗、低成本、通信质量可靠的智能网关及方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种智能网关的运作方法，包括如下步骤：
步骤1：智能网关通电，智能网关初始化；
步骤2：ARM11处理器初始化，ARM11处理器初始化完成后进入步骤3，zigbee无线收发模块初始化，zigbee无线收发模块初始化完成后进入步骤4；
步骤3：ARM11处理器开始网络数据监听，进入步骤6；
步骤4：zigbee无线收发模块如果收到节点设备发送的节点设备信息数据时，zigbee无线收发模块按通信协议进行zigbee协议数据处理；
步骤5：zigbee无线收发模块将节点设备信息数据处理完成后，通过串口将数据送至ARM11处理器处理；
步骤6：如果有节点设备数据或是控制信号数据的中断事件发生，ARM11处理器进行数据来源判断，如果是zigbee无线收发模块发送过来的节点设备信息数据，进入步骤7，如果是智能终端发送过来的控制信号数据，进入步骤8；
步骤7：ARM11处理器将节点设备信息的zigbee协议数据打包成以太网协议数据，进行以太网协议数据处理,并将以太网协议数据处理后的节点设备数据通过接口模块进行传输至智能终端,结束；
步骤8：ARM11处理器接收到接口模块传送过来的智能终端的控制信号数据，ARM11处理器进行控制信号数据处理，ARM11处理器转发中断事件,同时做出响应，将接收的控制信号的以太网数据打包成zigbee协议数据包；
步骤9：ARM11处理器通过串口将中断事件发送至zigbee无线收发模块进行zigbee协议数据处理,处理完成后，通过zigbee无线收发模块将控制信号的数据发送到节点设备，结束。
所述步骤2：zigbee无线收发模块初始化完成包括如下步骤：
步骤2.1：无线射频处理器启动网络；
步骤2.2：无线射频处理器进行系统组网，所有开启的节点设备接入无线射频处理器；
步骤2.3：当无线射频处理器接收到节点设备的数据时，分配网络地址并绑定节点设备；
步骤2.4：智能网关与节点设备组网成功,可以进行数据通信。
所述步骤2：ARM11处理器初始化完成包括如下步骤：
步骤2.4：启动Linux操作系统；
步骤2.5：Linux操作系统进行应用程序初始化；
步骤2.6：接口模块初始化；
步骤2.7：Linux操作系统初始化完毕后，Linux操作系统正常运行。
一种智能网关，包括ARM11处理器、zigbee无线收发模块、接口模块、存储模块和电源模块，所述ARM11处理器依次与zigbee无线收发模块、接口模块、存储模块和电源模块连接；
所述ARM11处理器启动Linux系统，对网络数据进行监听，对节点设备或智能终端发送来的数据进行数据来源判断，将节点设备的数据进行以太网协议数据处理和打包，智能终端的数据进行zigbee协议数据打包，将数据转发到节点设备或是智能终端；
所述zigbee无线收发模块对节点设备发送的数据和ARM11处理器转发的智能终端数据进行zigbee协议数据处理，将处理后的节点设备数据发送给ARM11处理器，以及将处理后的智能终端数据发送给节点设备；
所述接口模块对ARM11处理器和外部智能设备发送来的数据包进行数据转发和传输；
所述存储模块存放系统文件、应用程序、各类数据；
所述电源模块给ARM11处理器、zigbee无线收发模块、接口模块和存储模块供电。
所述zigbee无线收发模块包括无线射频处理器和无线收发模块；
所述无线射频处理器和无线收发模块连接，所述无线射频处理器与ARM11处理器连接，所述无线射频处理器包括ZigBee芯片和射频收发器，无线射频处理器进行系统组网，分配网络地址并绑定节点设备；
所述无线收发模块包括IEEE802.15.4兼容无线收发器和外围阻抗匹配，所述外围阻抗匹配设置有巴伦电路，所述无线收发模块接收节点设备的数据，以及向节点设备发送智能终端的控制信号数据，所述无线收发模块将节点设备的数据转发给无线射频处理器进行zigbee协议数据处理。
所述接口模块包括以太网接口、UART接口和USB接口；
所述以太网接口包括以太网接口芯片、传输变压器和RJ45接口，所述以太网接口芯片与ARM11处理器连接，所述以太网接口芯片与传输变压器连接，所述传输变压器与RJ45接口连接，所述以太网接口对ARM11处理器发送来的以太网协议数据包传输给智能终端，以及将智能终端发送来的以太网协议数据包传输给ARM11处理器；
所述UART接口包括RS232接口芯片和UART插口，所述RS232接口芯片与UART插口连接，所述RS232接口芯片与ARM11处理器连接，所述UART接口对ARM11处理器发送来的数据传输给PC端，以及将PC端发送来的数据传输给ARM11处理器；
所述USB接口包括USB接口芯片和USB插口，所述USB接口芯片与USB插口连接，所述USB接口芯片与ARM11处理器连接，所述USB接口主要用于调试PC与ARM11处理器的数据传输。
所述存储模块包括Nand Flash和DDR存储器、SDRAM存储器和SD卡；
所述Nand Flash与ARM11处理器连接，所述Nand Flash用于存放操作系统的bootloader、内核代码、文件系统以及应用程序；
所述DDR存储器与ARM11处理器连接，所述DDR存储器用于智能网关运行时提供临时存储；
所述SDRAM存储器与ARM11处理器连接，所述SDRAM存储器用于ARM11处理器运行时提供临时存储；
所述SD卡与ARM11处理器连接，所述SD卡可以将其他存储器内的数据导出到SD卡中。
所述电源模块设置有电感和电容组合滤波电路，所述电感和电容组合滤波电路有效地降低了噪声，避免了外部电源干扰智能网关，所述电源模块设置有LDO芯片，所述LDO芯片输出电压精度高，稳定性高，还具有电流限制和热保护功能，所述电源模块将外部电源的DC5V和电流不小于30mA转变为DC3.3V。
所述电源模块设置有纽扣电池，在系统掉电时为RTC供电，保证系统数据不丢失。
所述UART接口采用标准的弯针DB9母座，通过UART接口可直接与PC相连，进行系统调试信息的查看。
本发明的有益效果是：1、采用了无线射频处理器，能够以非常低的总的材料成本建立网络节点；2、采用了ARM11处理器，处理速度快，稳定性高；3、产品结构设计合理、低功耗、低成本、通信质量可靠。
附图说明
图1为本发明一种智能网关的方法流程图；
图2为本发明一种智能网关的结构框图；
图3为zigbee无线收发模块的结构框图；
图4为接口模块的结构框图；
图5为存储模块的结构框图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
201、ARM11处理器，202、Zigbee无线收发模块，203、接口模块，204、存储模块，205、电源模块，2021、无线射频处理器，2022、无线收发模块，2031、以太网接口，2032、UART接口，2033、USB接口，2041、Nand Flash，2042、DDR存储器，2043、SDRAM存储器，2044、SD卡。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种智能网关的运作方法，包括如下步骤：
步骤1：智能网关通电，智能网关初始化；
步骤2：ARM11处理器201初始化，ARM11处理器201初始化完成后进入步骤3，zigbee无线收发模块202初始化，zigbee无线收发模块202初始化完成后进入步骤4；
步骤3：ARM11处理器201开始网络数据监听,进入步骤6；
步骤4：zigbee无线收发模块202如果收到节点设备发送的节点设备信息数据时，zigbee无线收发模块202按通信协议进行zigbee协议数据处理；
步骤5：zigbee无线收发模块202将节点设备信息数据处理完成后，通过串口将数据送至ARM11处理器201处理；
步骤6：如果有节点设备数据或是控制信号数据的中断事件发生，ARM11处理器201进行数据来源判断，如果是zigbee无线收发模块202发送过来的节点设备信息数据，进入步骤7，如果是智能终端发送过来的控制信号数据，进入步骤8；
步骤7：ARM11处理器201将节点设备信息的zigbee协议数据打包成以太网协议数据，进行以太网协议数据处理,并将以太网协议数据处理后的节点设备数据通过接口模块203进行传输至智能终端,结束；
步骤8：ARM11处理器201接收到接口模块203传送过来的智能终端的控制信号数据，ARM11处理器201进行控制信号数据处理，ARM11处理器201转发中断事件,同时做出响应，将接收的控制信号的以太网数据打包成zigbee协议数据包；
步骤9：ARM11处理器201通过串口将中断事件发送至zigbee无线收发模块202进行zigbee协议数据处理,处理完成后，通过zigbee无线收发模块202将控制信号的数据发送到节点设备，结束。
所述步骤2：zigbee无线收发模块初始化完成包括如下步骤：
步骤2.1：无线射频处理器2021启动网络；
步骤2.2：无线射频处理器2021进行系统组网，所有开启的节点设备接入无线射频处理器2021；
步骤2.3：当无线射频处理器2021接收到节点设备的数据时，分配网络地址并绑定节点设备；
步骤2.4：智能网关与节点设备组网成功,可以进行数据通信。
所述步骤2：ARM11处理器201初始化完成包括如下步骤：
步骤2.5：启动Linux操作系统；
步骤2.6：Linux操作系统进行应用程序初始化；
步骤2.7：接口模块203初始化；
步骤2.8：Linux操作系统初始化完毕后，Linux操作系统正常运行。
一种智能网关，包括ARM11处理器201、zigbee无线收发模块202、接口模块203、存储模块204和电源模块205，所述ARM11处理器201依次与zigbee无线收发模块202、接口模块203、存储模块204和电源模块205连接；
所述ARM11处理器201启动Linux系统，对网络数据进行监听，对节点设备或智能终端发送来的数据进行数据来源判断，将节点设备的数据进行以太网协议数据处理和打包，将智能终端的数据进行zigbee协议数据打包，将数据转发到节点设备或是智能终端；
所述zigbee无线收发模块202对节点设备发送的数据和ARM11处理器201转发的智能终端数据进行zigbee协议数据处理，将处理后的节点设备数据发送给ARM11处理器201，以及将处理后的智能终端数据发送给节点设备；
所述接口模块203对ARM11处理器201和外部智能设备发送来的数据包进行数据转发和传输；
所述存储模块204存放系统文件、应用程序、各类数据；
所述电源模块205给ARM11处理器201、zigbee无线收发模块202、接口模块203和存储模块204供电。
所述zigbee无线收发模块201包括无线射频处理器2021和无线收发模块2022；
所述无线射频处理器2021和无线收发模块2022连接，所述无线射频处理器2021与ARM11处理器201连接，所述无线射频处理器2021包括ZigBee芯片和射频收发器，无线射频处理器2021进行系统组网，分配网络地址并绑定节点设备；
所述无线收发模块2022包括IEEE802.15.4兼容无线收发器和外围阻抗匹配，所述外围阻抗匹配设置有巴伦电路，所述无线收发模块2022接收节点设备的数据，以及向节点设备发送智能终端的控制信号数据，所述无线收发模块2022将节点设备的数据转发给无线射频处理器2021进行zigbee协议数据处理。
所述接口模块203包括以太网接口2031、UART接口2032和USB接口2033；
所述以太网接口2031包括以太网接口芯片、传输变压器和RJ45接口，所述以太网接口芯片与ARM11处理器201连接，所述以太网接口芯片与传输变压器连接，所述传输变压器与RJ45接口连接，所述以太网接口2031对ARM11处理器201发送来的以太网协议数据包传输给智能终端，以及将智能终端发送来的以太网协议数据包传输给ARM11处理器201；
所述UART接口2032包括RS232接口芯片和UART插口，所述RS232接口芯片与UART插口连接，所述RS232接口芯片与ARM11处理器201连接，所述UART接口2032对ARM11处理器201发送来的数据传输给PC端，以及将PC端发送来的数据传输给ARM11处理器201；
所述USB接口2033包括USB接口芯片和USB插口，所述USB接口芯片与USB插口连接，所述USB接口芯片与ARM11处理器201连接，所述USB接口2033主要用于调试PC与ARM11处理器的数据传输。
所述存储模块204包括Nand Flash2041和DDR存储器2042、SDRAM存储器2043和SD卡2044；
所述Nand Flash2041与ARM11处理器201连接，所述Nand Flash用于存放操作系统的bootloader、内核代码、文件系统以及应用程序；
所述DDR存储器2042与ARM11处理器201连接，所述DDR存储器2042用于智能网关运行时提供临时存储；
所述SDRAM存储器2043与ARM11处理器201连接，所述SDRAM存储器2043用于ARM11处理器201运行时提供临时存储；
所述SD卡2044与ARM11处理器201连接，所述SD卡2044可以将其他存储器内的数据导出到SD卡2044中。
所述电源模块205设置有电感和电容组合滤波电路，所述电感和电容组合滤波电路有效地降低了噪声，避免了外部电源干扰智能网关，所述电源模块205设置有LDO芯片，所述LDO芯片输出电压精度高，稳定性高，还具有电流限制和热保护功能，所述电源模块205将外部电源的DC5V和电流不小于30mA转变为DC3.3V。
所述电源模块205设置有纽扣电池，在系统掉电时为RTC供电，保证系统数据不丢失。
所述UART接口2032采用标准的弯针DB9母座，通过UART接口2032可直接与PC相连，进行系统调试信息的查看。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种智能网关的运作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：智能网关通电，智能网关初始化；
步骤2：ARM11处理器初始化，ARM11处理器初始化完成后进入步骤3，zigbee无线收发模块初始化，zigbee无线收发模块初始化完成后进入步骤4；
步骤3：ARM11处理器开始网络数据监听,进入步骤6；
步骤4：zigbee无线收发模块如果收到节点设备发送的节点设备信息数据时，zigbee无线收发模块按通信协议进行zigbee协议数据处理；
步骤5：zigbee无线收发模块将节点设备信息数据处理完成后，通过串口将数据送至ARM11处理器处理；
步骤6：如果有节点设备数据或是控制信号数据的中断事件发生，ARM11处理器进行数据来源判断，如果是zigbee无线收发模块发送过来的节点设备信息数据，进入步骤7，如果是智能终端发送过来的控制信号数据，进入步骤8；
步骤7：ARM11处理器将节点设备信息的zigbee协议数据打包成以太网协议数据，进行以太网协议数据处理,并将以太网协议数据处理后的节点设备数据通过接口模块进行传输至智能终端,结束；
步骤8：ARM11处理器接收到接口模块传送过来的智能终端的控制信号数据，ARM11处理器进行控制信号数据处理，ARM11处理器转发中断事件,同时做出响应，将接收的控制信号的以太网数据打包成zigbee协议数据包；
步骤9：ARM11处理器通过串口将中断事件发送至zigbee无线收发模块进行zigbee协议数据处理,处理完成后，通过zigbee无线收发模块将控制信号的数据发送到节点设备，结束。
2.根据权利要求1所述一种智能网关的运作方法，其特征在于，所述步骤2：zigbee无线收发模块初始化完成包括如下步骤：
步骤2.1：无线射频处理器启动网络；
步骤2.2：无线射频处理器进行系统组网，所有开启的节点设备接入无线射频处理器；
步骤2.3：当无线射频处理器接收到节点设备的数据时，分配网络地址并绑定节点设备；
步骤2.4：智能网关与节点设备组网成功,可以进行数据通信。
3.根据权利要求1所述一种智能网关的运作方法，其特征在于，所述步骤2：ARM11处理器初始化完成包括如下步骤：
步骤2.4：启动Linux操作系统；
步骤2.5：Linux操作系统进行应用程序初始化；
步骤2.6：接口模块初始化；
步骤2.7：Linux操作系统初始化完毕后，Linux操作系统正常运行。
4.一种智能网关，包括ARM11处理器、zigbee无线收发模块、接口模块、存储模块和电源模块，其特征在于：所述ARM11处理器依次与zigbee无线收发模块、接口模块、存储模块和电源模块连接；
所述ARM11处理器启动Linux系统，对网络数据进行监听，对节点设备或智能终端发送来的数据进行数据来源判断，将节点设备的数据进行以太网协议数据处理和打包，智能终端的数据进行zigbee协议数据打包，将数据转发到节点设备或是智能终端；
所述zigbee无线收发模块对节点设备发送的数据和ARM11处理器转发的智能终端数据进行zigbee协议数据处理，将处理后的节点设备数据发送给ARM11处理器，以及将处理后的智能终端数据发送给节点设备；
所述接口模块对ARM11处理器和外部智能设备发送来的数据包进行数据转发和传输；
所述存储模块存放系统文件、应用程序、各类数据；
所述电源模块给ARM11处理器、zigbee无线收发模块、接口模块和存储模块供电。
5.根据权利要求1所述的一种智能网关，其特征在于：所述zigbee无线收发模块包括无线射频处理器和无线收发模块；
所述无线射频处理器和无线收发模块连接，所述无线射频处理器与ARM11处理器连接，所述无线射频处理器包括ZigBee芯片和射频收发器，无线射频处理器进行系统组网，分配网络地址并绑定节点设备；
所述无线收发模块包括IEEE802.15.4兼容无线收发器和外围阻抗匹配，所述外围阻抗匹配设置有巴伦电路，所述无线收发模块接收节点设备的数据，以及向节点设备发送智能终端的控制信号数据，所述无线收发模块将节点设备的数据转发给无线射频处理器进行zigbee协议数据处理。
6.根据权利要求1所述的一种智能网关，其特征在于：所述接口模块包括以太网接口、UART接口和USB接口；
所述以太网接口包括以太网接口芯片、传输变压器和RJ45接口，所述以太网接口芯片与ARM11处理器连接，所述以太网接口芯片与传输变压器连接，所述传输变压器与RJ45接口连接，所述以太网接口对ARM11处理器发送来的以太网协议数据包传输给智能终端，以及将智能终端发送来的以太网协议数据包传输给ARM11处理器；
所述UART接口包括RS232接口芯片和UART插口，所述RS232接口芯片与UART插口连接，所述RS232接口芯片与ARM11处理器连接，所述UART接口对ARM11处理器发送来的数据传输给PC端，以及将PC端发送来的数据传输给ARM11处理器；
所述USB接口包括USB接口芯片和USB插口，所述USB接口芯片与USB插口连接，所述USB接口芯片与ARM11处理器连接，所述USB接口主要用于调试PC与ARM11处理器的数据传输。
7.根据权利要求1所述的一种智能网关，其特征在于：所述存储模块包括Nand Flash和DDR存储器、SDRAM存储器和SD卡；
所述Nand Flash与ARM11处理器连接，所述Nand Flash用于存放操作系统的bootloader、内核代码、文件系统以及应用程序；
所述DDR存储器与ARM11处理器连接，所述DDR存储器用于智能网关运行时提供临时存储；
所述SDRAM存储器与ARM11处理器连接，所述SDRAM存储器用于ARM11处理器运行时提供临时存储；
所述SD卡与ARM11处理器连接，所述SD卡可以将其他存储器内的数据导出到SD卡中。
8.根据权利要求1所述的一种智能网关，其特征在于：所述电源模块设置有电感和电容组合滤波电路，所述电感和电容组合滤波电路有效地降低了噪声，避免了外部电源干扰智能网关，所述电源模块设置有LDO芯片，所述LDO芯片输出电压精度高，稳定性高，还具有电流限制和热保护功能，所述电源模块将外部电源的DC5V和电流不小于30mA转变为DC3.3V。
9.根据权利要求1所述的一种智能网关，其特征在于：所述电源模块设置有纽扣电池，在系统掉电时为RTC供电，保证系统数据不丢失。
10.根据权利要求6所述的一种智能网关，其特征在于：所述UART接口采用标准的弯针DB9母座，通过UART接口可直接与PC相连，进行系统调试信息的查看。
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