CN103826333B - 可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置及方法，所述装置包括用于进行数据处理和通信的微控制器模块，与所述微控制器模块连接，用于进行无线网络通信的无线网络模块，以及分别与所述控制器模块及所述无线网络模块连接，包括至少一种可与接入设备连接的接口的接入设备模块，并且，根据所述微控制器模块及所述无线网络模块的工作状态，所述可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置采用不同的工作模式工作。本发明通过有线网络与Wi‑Fi模块设计技术进行结合，使得有线接入设备的传统电子系统在不改变原有产品架构，不升级原有产品系统的条件下，便能很方便的升级为网络化智能产品。

Description

可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置及方法

技术领域

本发明属于电子电路设计领域，具体涉及到一种包含多类型有线接入设备和无线局域网络模块的装置及其通信方法，其支持有线接入设备和无线网络Wi-Fi(WirelessFidelity)模块间进行数据通信。

背景技术

随着集成电路技术发展及电路复杂度不断增加，使得设计人员可以把各种功能模块添加到嵌入式系统并集成包括串行、并行、网络等接口的有线接入设备，该传统系统在数据采集、智能楼宇、智能家居、交通管理、医疗设备、安防等物联网领域得到广泛应用。

但是，现有技术中的有线接入设备的系统易受到串扰、长连线和电缆的限制影响，其安放位置受网络位置的限制且很难进行较远距离的通信，存在灵活性、移动性且不易于扩展等诸多缺陷。此外，该类型系统在运行过程中很难进行内部软件升级，无法便捷地升级为智慧网络系统产品。

Wi-Fi作为一种无线局域网络技术，基于其协议开发的无线设备提供了一个世界范围内可以使用的，费用低廉且数据带宽高的无线空中接口，近年来Wi-Fi技术在物联网领域中得到了广泛应用。利用Wi-Fi无线通信技术将传统嵌入式系统中多种接入设备连接起来，构成可以互相通信、实现资源共享的网络。

发明内容

为了解决传统有线接入设备的嵌入式系统存在的问题和功能缺陷，本发明利用Wi-Fi以其与手机及互联网无缝衔接等众多优势，并提出了一种可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置以及集成数据通信方法。

本发明提供一种可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置，所述可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置包括：微控制器模块，用于进行数据处理和通信；无线网络模块，与所述微控制器模块连接，用于进行无线网络通信；接入设备模块，分别与所述控制器模块及所述无线网络模块连接，包括至少一种可与接入设备连接的接口；以及根据所述微控制器模块及所述无线网络模块的工作状态，所述可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置采用不同的工作模式工作。

本发明还提供一种可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置，在所述无线网络模块不工作的情况下，所述微控制器在工作状态下与所述接入设备模块通信；在所述无线网络模块工作的情况下：当所述微控制器工作时，所述无线网络模块、所述微控制器模块及所述接入设备模块中任意两模块之间相互通信；当所述微控制器不工作时，所述无线网络模块自组网与所述接入设备模块通信。

本发明还提供一种可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置，在所述无线网络模块和所述微控制器均不工作的情况下，所述可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置执行初始化操作。

本发明还提供一种可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置，所述微控制器通过USB接口与主机连接并在工作状态下与所述主机进行通信。

本发明还提供一种可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置，在所述无线网络模块不工作的情况下，当所述接入设备模块不工作时，则所述微控制器在工作状态下仅与所述主机通信；在所述无线网络模块工作的情况下，当所述接入设备模块不工作时，则所述微控制器在工作状态下与所述主机及所述无线网络模块通信。

本发明还提供一种可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置，在所述无线网络模块及所述微控制器模块均工作的情况下，当所述接入设备不工作时，所述无线网络模块与所述微控制器模块通信；在所述无线网络模块工作且所述微控制器模块不工作的情况下，当所述接入设备不工作时，所述无线网络模块自组网与及无线网络设备通信。

本发明还提供一种可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置，所述主机作为供电源为所述可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置供电。

本发明还提供一种可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置，所述接入设备模块作为供电源为所述可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置供电。

本发明还提供一种可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置，所述接入设备模块还包括至少一个与所述接口连接的所述接入设备。

本发明还提供一种可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置，在所述微控制器不工作的情况下，所述接入设备与主机连接并在工作状态下与所述主机进行通信。

本发明进一步提供一种可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的方法，所述可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的方法是根据微控制器模块及无线网络模块的工作状态，采用不同的工作模式工作。

本发明通过有线网络与Wi-Fi模块设计技术进行结合，将复杂的无线通信协议栈内置于Wi-Fi模块内部高性能微处理器CPU中，使得上述有线接入设备的传统电子系统在不改变原有产品架构，不升级原有产品系统的条件下，便能很方便的升级为网络化智能产品，并在物联网领域中得到了广泛的应用，且开拓了物流、零售、制造业、服装业、医疗、身份识别、防伪、资产管理、交通食品、动物识别、图书馆、汽车、航空、军事等广大全新应用领域。

附图说明

图1是本发明的可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置的电路结构图；

图2是本发明微控制器电路结构图；

图3是本发明Wi-Fi模块电路结构图；

图4是本发明的可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的方法流程图；

图5是本发明Wi-Fi不工作时流程图；

图6是本发明微控制器与主机、外设连接示意图；

图7是本发明Wi-Fi工作时流程图；

图8是本发明Wi-Fi自组网结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明，白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明所提出的一种可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置。所述装置包括微控制器、Wi-Fi模块、接入设备。其中，本发明通过Wi-Fi模块与外部进行无线数据交换，也可以通过带USB接口的微控制器与主机进行通信，同时微控制器与Wi-Fi模块也可以直接进行通信，还支持与多类型有线接入设备进行数据交换。

其中，如图2所示，所述微控制器是32位微控制器，其是集成嵌入式处理器CPU、存储单元、控制单元、外围接口设备等。其中，外围接口可以包含USB、UART、SPI、GPIO、SDIO、I2C、JTAG等接口。其中，USB与主机相连，可用作所述装置的供电源，也可用作数据通信接口。SDIO、SPI、UART、I2C、GPIO等接口与Wi-Fi模块和接入设备相连接。需要说明的是，本发明所提及的接口仅为常用接口类型的举例，本发明亦可以包含任何其他类型的接口。

所述Wi-Fi模块如图3所示，其集成存储单元、控制单元、32位嵌入式处理器CPU、基带协议处理模块以及接口模块。其中，基带协议处理模块包括射频收发前端RF(RadioFrequency)模块、媒体访问控制MAC(Media Access Control)及基带处理BBP(basebandprocessor)，接口模块可以包含SDIO、SPI、UART、GPIO、I2C、JTAG等的接口。该Wi-Fi模块通过SDIO、SPI、UART、GPIO、I2C等接口与微控制器和接入设备相连接，支持无线局域网802.11协议。

所述接入设备可以为具有SDIO、SPI、UART、GPIO和I2C等接口的设备，也可以仅为包含SDIO、SPI、UART、GPIO和I2C等接口的模块，进而通过这些接口与外部亦具有对应接口的设备连接。该接入设备通过SDIO、SPI、UART、GPIO和I2C等接口与微控制器和Wi-Fi模块相连接。

本发明的SDIO接口可以插入用户设备的SD插槽中，使所述装置通过SDIO接口与用户的设备相连。也可以在所述装置上套接上一个SD插槽，可以将SD卡插入其中，此时SD卡就通过SDIO接口与所述装置相连。

UART、SPI、GPIO和I2C接口为用户接口。USB与主机相连，可用作所述装置的供电源，也可用作数据通信接口。JTAG接口用于对装置进行扫描测试和烧写程序。

其中，UART接口可以用来对Wi-Fi模块进行调试和通信的接口。此种情况下，Wi-Fi模块作为无线网络设备接入主机，通过UART端口和微控制器相连，微控制器通过USB接入主机上，此时USB既作为电源为系统供电，又作为数据通道，使Wi-Fi可以通过微控制器与主机相连进行数据通信。在这种工作模式下，主机为Wi-Fi模块供电，并通过Wi-Fi与另一个无线通信终端进行通信。

图4为本发明所提供的支持与多类型有线接入设备进行无线数据交换方法。具体为根据微控制器、Wi-Fi模块及接入设备的工作状态，对其进行多种工作模式的转换。具体为，在进行系统初始化后，首先对Wi-Fi模块的工作状态进行判断(S401)。当Wi-Fi模块不工作时(S402)，微控制器在工作状态可以实现与接入设备进行通信响应处理。当Wi-Fi模块工作时，若微控制器也工作(S403及S404)，则Wi-Fi模块与微控制器二者可以协同相互通信，也可以分别与接入设备进行通信；当Wi-Fi模块工作但微控制器不工作时(S403及S405)，Wi-Fi模块可以自组网与接入设备通信，也可以与外部有线和无线设备进行通信。整个系统可以采用接口设备自身电源进行供电，也可以外部专用电源为整个系统供电。

以下分别说明本发明在Wi-Fi模块不工作与Wi-Fi模块工作两种情况下的具体处理流程：

如图5所示，当Wi-Fi模块不工作时(S501)，本发明包括GPIO、UART、SDIO、SPI、I2C等接口的接入设备与微控制器相连接。此时，若微控制器工作，则接入设备与微控制器之间可以进行数据通信(S502至S506)。若微控制器进一步通过USB与主机连接，则主机也可参与通信(S503、S504、S506及S507)。其中，可进一步判断接入设备是否工作(S504)，如果其不工作，则仅主机与微控制器相互通信。需要说明的是，当用户SDIO设备以SD卡的形式接入到所述装置时，此时由主机通过微控制器对SD卡进行读写操作。

当USB也接入系统时，USB既作为供电电源为整个系统供电，又作为数据通信接口。微控制器与主机、接入设备连接示意图如图6所示，UART、SDIO、SPI、I2C等接口的接入设备也可以通过所述微控制器的USB接口转换连接到主机上，微控制器此时起到了接口转换的作用，实现主机与接入设备之间的通信。

当Wi-Fi模块不工作且微控制器也不工作时，本发明执行初始化操作。

如图7所示，当Wi-Fi模块工作时(S701)，进一步根据微控制器是否工作进行处理(S702)。当微控制器不工作时，如图8所示，Wi-Fi模块与接入设备相连。此时，当接入设备工作时，Wi-Fi可与接入设备通信(S703及S704)，亦可以自组网与任何外部无线网络设备通信；当接入设备不工作时，Wi-Fi自组网工作与任何外部无线网络设备通信(S705)。虽然图中未示出，本发明中的接入设备亦可以与主机相连，并与主机进行通信。

主机的配置管理工具通过外部设备接口，对Wi-Fi模块固件及其密钥、加密方式、用户ID等相关参数进行配置或升级，使Wi-Fi构建一个独立的无线系统网络运行，即Wi-Fi建立一个自组网，外部无线网络设备可以接入到这个Wi-Fi网络当中，从而外部无线网络设备与接入设备之间可以通过Wi-Fi进行通信。

当微控制器工作时，若本发明的USB接口直接接入主机(S706及S707)，则Wi-Fi模块通过微控制器与主机的USB接口相连，USB既作为数据通道又作为供电源为所述装置供电。此时，当接入设备工作时(S709)，主机、Wi-Fi、微控制器及接入设备之间可以相互进行通信；当接入设备不工作时(S708)，主机、Wi-Fi及微控制器之间可以相互进行通信。

当微控制器工作时，若本发明的USB接口不接入主机(S706及S710)，则当接入设备工作时(S711)，Wi-Fi、微控制器及接入设备之间可以相互进行通信；当接入设备不工作时(S712)，Wi-Fi及微控制器之间可以相互进行通信。

也就是说，所述装置中UART、SDIO、SPI、I2C等接口的接入设备或者Wi-Fi模块，可以分别独立与微控制器进行数据通信，Wi-Fi也可以直接与外设进行通信。UART、SDIO、SPI、I2C等接口的接入设备或者Wi-Fi模块的数据也可以通过所述微控制器的USB接口与主机连接通信，此时微控制器作为整个装置的接口转换实现模块间的通信功能。

此外，Wi-Fi模块本身支持与外部无线、有线接入设备相连；即，如前所述，Wi-Fi可建立一个自组网，其与外部无线网络设备通信。

需要说明的是，本文中所提及的“工作”意为承担与其他模块或设备的通信任务，所提及的“不工作”意为不承担与其他模块或设备的通信任务。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置，其特征在于，所述可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置包括：

微控制器模块，用于进行数据处理和通信；

无线网络模块，与所述微控制器模块连接，用于进行无线网络通信；

接入设备模块，分别与所述微控制器模块及所述无线网络模块连接，包括至少一种可与接入设备连接的接口；以及

根据所述微控制器模块及所述无线网络模块的工作状态，所述可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置采用不同的工作模式工作；

在所述无线网络模块不工作的情况下，所述微控制器模块在工作状态下与所述接入设备模块通信；

在所述无线网络模块工作的情况下：

当所述微控制器模块工作时，所述无线网络模块、所述微控制器模块及所述接入设备模块中任意两模块之间相互通信；

当所述微控制器模块不工作时，所述无线网络模块自组网与所述接入设备模块通信。

2.根据权利要求1所述的可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的装置，其特征在于，

在所述无线网络模块及所述微控制器模块均工作的情况下，当所述接入设备不工作时，所述无线网络模块与所述微控制器模块通信；

在所述无线网络模块工作且所述微控制器模块不工作的情况下，当所述接入设备模块不工作时，所述无线网络模块自组网与及无线网络设备通信。

3.一种可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的方法，其特征在于，

微控制器模块进行数据处理和通信；

无线网络模块进行无线网络通信；

根据所述微控制器模块及所述无线网络模块的工作状态，采用不同的工作模式工作；

在所述无线网络模块不工作的情况下，所述微控制器模块在工作状态下与接入设备模块通信；

在所述无线网络模块工作的情况下：

当所述微控制器模块工作时，所述无线网络模块、所述微控制器模块及所述接入设备模块中任意两模块之间相互通信；

当所述微控制器模块不工作时，所述无线网络模块自组网与所述接入设备模块通信。

4.根据权利要求3所述的可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的方法，其特征在于，

在所述无线网络模块不工作的情况下，所述微控制器模块在工作状态下与所述接入设备模块通信；

在所述无线网络模块工作的情况下：

当所述微控制器模块工作时，所述无线网络模块、所述微控制器模块及所述接入设备模块中任意两模块之间相互通信；

当所述微控制器模块不工作时，所述无线网络模块自组网与所述接入设备模块通信。

5.根据权利要求4所述的可与多类型有线接入设备进行无线数据通信的方法，其特征在于，

在所述无线网络模块及所述微控制器模块均工作的情况下，当所述接入设备不工作时，所述无线网络模块与所述微控制器模块通信；

在所述无线网络模块工作且所述微控制器模块不工作的情况下，当所述接入设备不工作时，所述无线网络模块自组网与及无线网络设备通信。