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

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。