CN104601480A - 一种Zigbee转3G的转发路由器 - Google Patents

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杨胜齐
崔乐强
马洋洋
杨东方
崔晓梦
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Abstract

本发明涉及一种Zigbee转3G的转发路由器。Zigbee无线传感网络协调器模块、3G模块、GPS模块、ARM控制系统模块、电源模块。本发明的方法:Zigbee无线传感网络协调器模块将数据传给ARM控制系统模块,ARM控制系统模块将数据送至3G模块,3G模块将数据转发给远程服务器。本发明将Zigbee无线传感网络中的数据通过3G模块,传到远程服务器的数据库中。由服务器对数据进行进一步的处理,从而实现对数据的远程监管。

Description

一种Zigbee转3G的转发路由器
技术领域
本发明属于无线通信和嵌入式系统技术领域,具体涉及一种Zigbee转3G的转发路由器。
背景技术
Zigbee是部署无线传感器网络的新技术。它是一种短距离,低速率无线网络技术,3G是第三代移动通信技术,是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息,速率一般在几百kbps以上。
Zigbee网络中分布的各个微型小节点协同地实时监测、感知和采集环境数据,通过ZigBee协议实现无线传感器网络节点之间的通信,并将数据汇聚到汇聚节点,最终将处理好的信息传送到需要的用户。Zigbee网络网关设备,主要有串行PC网关MIB510,USBPC网关MIB520、以太网PC网关MIB600,但都存在这严重的不足,必须基于PC机相连,但是室外环境没有PC机,因此不具备使用条件。
Zigbee技术存在通信距离短的缺点,其应用一般限制在100米以内,而厂商开发1km的Zigbee模块则完全违背了zigbee低功耗短距离的设计宗旨。
发明内容
为解决上述问题,本发明采用3G技术,从而实现远距离的无线通信。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:一种Zigbee转3G的转发路由器,包含Zigbee无线传感网络协调器模块、3G模块、GPS模块、ARM控制系统模块;该类路由器适用于数据需要远程传输的场景。
ARM控制系统模块启动后完成对3G模块的配置,并通过串口接收Zigbee无线传感网络协调器模块收到的zigbee网络中的数据,将数据通过3G模块将数据传至服务器,同时GPS模块将定位信息通过3G模块将定位信息传输至服务器,定位软件根据定位信息确定路由器布设位置。
所述Zigbee无线传感网络协调器模块,接收Zigbee无线传感网络中数据,并通过串口将数据写入ARM控制系统模块;
所述3G模块,完成对Zigbee无线传感网络协调器模块接收数据的转发,并负责与服务器通讯;
所述GPS模块,通过3G模块使GPS模块与上位机的定位软件通信,定位软件通过GPS定位信息定位路由器位置;
所述ARM控制系统模块,是Zigbee转3G的转发路由器的控制核心,通过执行at指令完成对3G模块的配置,同时通过指令改变GPS模块的工作模式;
所述Zigbee无线传感网络协调器模块包含CC2530模块以及外接天线,CC2530模块通过串口1与ARM控制系统模块连接,并通过串口1将CC2530模块收到的数据写入ARM控制系统模块;
所述3G模块包含3G核心板、3G外接天线和SIM卡,3G模块通过串口2与ARM控制系统模块连接,ARM控制系统模块通过串口2将3G模块的配置指令写入3G模块,完成对3G模块的配置;
GPS模块包含GPS核心板和GPS外接天线,GPS模块通过串口3与ARM控制系统模块连接,ARM控制系统模块通过串口3将配置指令写入GPS模块,改变GPS模块的工作模式,同时ARM控制系统模块通过串口3接收GPS模块的定位信息;
ARM控制系统模块包含ARM核心板、串口1、串口2、串口3、外部存储模块和外围电路,ARM控制系统模块作为Zigbee转3G的转发路由器的控制核心,通过串口协调Zigbee无线传感网络协调器模块、3G模块、GPS模块之间的工作。
电源模块包电池、太阳能电池板、电源管理模块,电池通过电源管理模块与太阳能电池板连接,电池通过DC-DC模块为Zigbee无线传感网络协调器模块、3G模块、GPS模块、ARM控制系统模块供电。
本发明相对于现有技术,具有以下有益效果:
1.为解决Zigbee转3G转发路由器的功耗问题,电源模块采用太阳能电池板,利用室外的太阳能优势结合可充电电池,在太阳能重组充足的情况下,利用太阳能电池板为Zigbee转3G转发路由器供电,并为电池充电,在无太阳时则使用电池为Zigbee转3G转发路由器供电。
2.为快速排除Zigbee转3G转发路由器的故障,通过GPS模块以及定位软件,可迅速确定工作异常的Zigbee转3G转发路由器的位置,减小了故障排除的难度。
3.由于3G模块在发送数据时的功耗远高于未发送数据时的功耗,而且每次发送的数据量并不多,因此采用缓存机制临时存储接收来自Zigbee无线传感网络协调器模块的数据,存储一定数量后建立链接,将存储的数据统一发送至服务器,这样减少了不必要的功耗开销。
4.突破Zigbee传输距离短的缺陷,使得Zigbee网络的监测范围得到极大的提高,从而可实施长期的、可靠地、远程的野外监测。
附图说明
图1本发明结构示意图。
图2电源模块供电图。
图3Zigbee转3G转发路由器的数据传输示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
为了能够大范围区域监测,同时解决Zigbee网络监测范围小的缺点,提出了Zigbee转3G转发路由器设计,同时采用电池和太阳能电池板以及电池的双供电模式,解决了能耗受限的问题,此外采用GPS模块实时监控Zigbee转3G转发路由器的工作情况。该方案既能满足长期的、可靠地、远程的野外监测,又可以实现节能、集成度高、便于维修的要求。
参见图1,本发明用于将zigbee模块收到的数据转发,包括:Zigbee无线传感网络协调器模块、3G模块、GPS模块、ARM控制系统模块、电源模块。其中所述Zigbee无线传感网络协调器模块、3G模块、GPS模块与ARM控制系统模块连接,电源模块与所有模块连接并为其供电。
Zigbee无线传感网络协调器模块,用与收集Zigbee网络中的数据。Zigbee无线传感网络协调器模块由符合2.4-GHz IEEE 802.15.4协议的CC2530模块以及2.4GHz天线组成。Zigbee无线传感网络协调器模块最高通信速率为250kbps,采用2.0-3.6V的低电压供电,待机时电流消耗仅为0.2uA,灵敏度高达-97dBm,Zigbee无线传感网络协调器模块通过串口1与ARM控制系统模块相连。
ARM控制系统模块,是Zigbee转3G转发路由器的控制核心,执行at指令对3G模块进行配置,并配置GPS模块的工作模式,同时接受来自Zigbee无线传感网络协调器模块的数据以及来自GPS模块的定位信息,并将数据发给3G模块。ARM控制系统模块由ST公司的ARM7处理器STM32F103RBT6、串口1、串口2、串口3、外部存储模块和外围电路组成,其中串口1、串口2、串口3、外部存储模块通过外围电路与ARM7处理器相连,外部存储模块由Kingston的MicroSDHC卡和MicroSDHC卡的接口组成,满足接收数据的临时存储。
GPS模块,用于产生定位信息根据定位信息的确定路由器的布设位置,GPS模块由GPS核心板和GPS外接天线组成。GPS核心板采用NMEA0183协议,其定位灵敏度高达-161dbm,定位精度为十米左右,符合定位需求。GPS模块通过串口3与ARM控制系统模块相连。
3G模块,用于将接受数据转发至服务器中。3G模块由3G核心板、3G外接天线和SIM卡组成,其中3G核心板与3G外接天线分别连接SIM卡,3G模块通过串口2与ARM控制系统模块相连,其软件使用AT指令编程实现。
电源模块:用于为系统其余各个模块提供电源。电源模块由电池、太阳能电池板,DC-DC模块和电源管理模块组成,所述电源管理模块具有过压保护、防电流回流、稳压的功能。所述太阳能电池板通过电源管理模块与电池连接,电池通过DC-DC模块分别连接3G模块和Zigbee无线传感网络协调器模块,ARM控制系统模块通过电源管理模块与电池连接;参见图2,电源模块采用太阳能板和电池双供电模式,在阳光充裕时太阳能电池板给Zigbee转3G路由器各个模块供电,同时将剩余电能通过电源管理模块分配给电池;阳光不足时,电源管理模块利用防电流回流控制阻止电流回流至太阳能电池板,同时,使电池分别供电给核心ARM模块、Zigbee无线传感网络协调器模块和3G模块。
参见图3,本发明的用于Zigbee转3G路由器数据传输方法,具体包括如下步骤:
步骤1:ARM控制系统模块启动,并通过串口2将AT指令写入3G模块,完成3G模块的配置。
步骤2:Zigbee无线传感网络协调器模块接收来自Zigbee网络的数据,并将数据通过串口1写入ARM控制系统模块,3G模块产生的定位信息通过串口3写入ARM控制系统模块。
步骤3:ARM控制系统模块实时接受来自串口的信息,作出相应的处理后将数据存储至存储模块,满足条件后3G模块建立与服务器的链接,同时将数据发送至3G模块,3G模块将数据传至服务器。

Claims (2)

1.一种Zigbee转3G的转发路由器,其特征在于:包含Zigbee无线传感网络协调器模块、3G模块、GPS模块、ARM控制系统模块;
ARM控制系统模块启动后完成对3G模块的配置,并通过串口接收Zigbee无线传感网络协调器模块收到的zigbee网络中的数据,将数据通过3G模块将数据传至服务器,同时GPS模块将定位信息通过3G模块将定位信息传输至服务器,定位软件根据定位信息确定路由器布设位置;
所述Zigbee无线传感网络协调器模块,接收Zigbee无线传感网络中数据,并通过串口将数据写入ARM控制系统模块;
所述3G模块,完成对Zigbee无线传感网络协调器模块接收数据的转发,并负责与服务器通讯;
所述GPS模块,通过3G模块使GPS模块与上位机的定位软件通信,定位软件通过GPS定位信息定位路由器位置;
所述ARM控制系统模块,是Zigbee转3G的转发路由器的控制核心,通过执行at指令完成对3G模块的配置,同时通过指令改变GPS模块的工作模式;
所述Zigbee无线传感网络协调器模块包含CC2530模块以及外接天线,CC2530模块通过串口1与ARM控制系统模块连接,并通过串口1将CC2530模块收到的数据写入ARM控制系统模块;
所述3G模块包含3G核心板、3G外接天线和SIM卡,3G模块通过串口2与ARM控制系统模块连接,ARM控制系统模块通过串口2将3G模块的配置指令写入3G模块,完成对3G模块的配置;
GPS模块包含GPS核心板和GPS外接天线,GPS模块通过串口3与ARM控制系统模块连接,ARM控制系统模块通过串口3将配置指令写入GPS模块,改变GPS模块的工作模式,同时ARM控制系统模块通过串口3接收GPS模块的定位信息;
ARM控制系统模块包含ARM核心板、串口1、串口2、串口3、外部存储模块和外围电路,ARM控制系统模块作为Zigbee转3G的转发路由器的控制核心,通过串口协调Zigbee无线传感网络协调器模块、3G模块、GPS模块之间的工作;
电源模块包电池、太阳能电池板、电源管理模块,电池通过电源管理模块与太阳能电池板连接,电池通过DC-DC模块为Zigbee无线传感网络协调器模块、3G模块、GPS模块、ARM控制系统模块供电。
2.用于Zigbee转3G路由器数据传输方法,其特征在于:具体包括如下步骤,
步骤1:ARM控制系统模块启动,并通过串口2将AT指令写入3G模块,完成3G模块的配置;
步骤2:Zigbee无线传感网络协调器模块接收来自Zigbee网络的数据,并将数据通过串口1写入ARM控制系统模块,3G模块产生的定位信息通过串口3写入ARM控制系统模块;
步骤3:ARM控制系统模块实时接受来自串口的信息,作出相应的处理后将数据存储至存储模块,满足条件后3G模块建立与服务器的链接,同时将数据发送至3G模块,3G模块将数据传至服务器。
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