CN104936317B - 一种WiFi/双24L01网关 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种WiFi/双24L01网关，该网关包括两套以nRF24L01芯片为核心的射频收发系统、以ESP8266模块为核心的WiFi通信系统、以及外围电路，其中，所述nRF24L01芯片通过SPI接口与ESP8266模块相连接，以所述nRF24L01芯片为核心的射频收发系统构成ESP8266模块的外围设备，所述ESP8266模块中SPI接口片选信号端U0TXD、GPIO0分别与两片nRF24L01芯片的片选信号端连接，ESP8266模块中的GPIO5端分别与两片nRF24L01芯片的CE端连接，所述GPIO5端与片选信号端U0TXD、GPIO0组合，用于选择nRF24L01的工作模式。本发明实现传统基于nRF2401/L01应用到标准WiFi无线网络接入，并能更好满足多点通讯、分组、跳频等应用需求。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种WiFi/双24L01网关。
背景技术
无线传感器网络以其易于部署、扩展方便、维护成本低等优势，已经广泛应用，一些典型的产品和方案也逐步形成了自己的特色和市场。其中，nRF24L01芯片产品以自己的特点获得了较好的应用，在低成本短距离无线通信领域逐步形成了自己的市场。
另一方面，nRF240L01功能有限，长期用于中低端市场，大多为定制化应用，没有标准协议等，进一步地大规模应用和组网时存在不足和局限。如何沿袭原有的应用和市场，又克服技术的局限和不足，对于已有客户和新应用拓展，显得迫切而有意义。
本发明设计一种基于nRF240L01和通用WiFi芯片网关，具有两个方面意义：一方面，实现传统基于nRF240L01应用到标准WiFi无线网络接入，从而使传统的nRF2401应用系统与标准系统互联互通，为此类应用拓展市场和技术空间；另一方面，现有WiFi系统中信道数量有限（我国为13个），在大规模无线传感器网络应用中需要相对复杂的码分多址、时分多址等技术。基于nRF24L01有125个信道，可以更好满足多点通讯、分组、跳频等应用需求。通过网关将基于nRF24L01的网络整合进WiFi网络，可以拓展WiFi网络应用到中低端市场。
发明内容
本发明克服现有技术存在的缺陷，提供一种基于nRF2401/L01和通用WiFi芯片的多信道无线传感网络网关，实现传统基于nRF2L01应用到标准WiFi无线网络接入，以及拓展WiFi网络应用到无线传感器网络中低端市场。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种WiFi/双24L01网关，该网关包括两套以nRF24L01芯片为核心的射频收发系统、以ESP8266模块为核心的WiFi通信系统、以及外围电路，其中，所述nRF24L01芯片通过SPI接口与ESP8266模块相连接，以所述nRF24L01芯片为核心的射频收发系统构成ESP8266模块的外围设备，所述ESP8266模块中SPI接口片选信号端U0TXD、GPIO0分别与两片nRF24L01芯片的片选信号端连接，ESP8266模块中的GPIO5端分别与两片nRF24L01芯片的CE端连接，所述GPIO5端与片选信号端U0TXD、GPIO0组合，用于选择nRF24L01的工作模式，所述ESP8266模块中的SPI同步时钟及数据输入输出端SDIO_CLK、SDIO_DATA0、SDIO_DATA1分别对应连接nRF24L01芯片的CSK、MOSI、MISO引脚端。
进一步的，该网关还包括模式选择开关，所述模式选择开关与ESP8266模块的GPIO4引脚端相连，所述模式选择开关的选通模式包括流量优先模式和可靠性优先模式，在所述流量优先模式下，两套以nRF24L01芯片为核心的射频收发系统分别设置在不同的通信信道中，在所述可靠性优先模式下，其中一套以nRF24L01芯片为核心的射频收发系统设置在当前通信信道，另一套设置于备用信道，外围设备不能接入当前通信信道时，自动切换至备用信道接入。
进一步的，该网关还包括一种WiFi/双24L01网关通讯方法：
步骤1）ESP8266模块对nRF24L01芯片进行初始化；
步骤2）ESP8266模块将其无线接收到的数据去掉WiFi数据报帧头帧尾，通过SPI接口写入nRF24L01芯片；
步骤3）nRF24L01芯片接收到无线数据时通过中断触发ESP8266模块，ESP8266模块通过SPI接口读取该数据，添加WiFi数据报帧头帧尾后，以标准WiFi数据帧方式转发到WiFi网络。
进一步的，所述ESP8266模块中包括4个任务：WiFi数据报接收、SPI数据发送、SPI数据接收和WiFi数据报发送，所述ESP8266模块中设置有两个环形数组，两个环形数组分别为WiFi数据报接收& SPI数据发送、SPI数据接收& WiFi数据报发送缓冲队列，用于保持WiFi芯片收发数据速率和nRF24L01芯片相一致。
进一步的，所述WiFi数据报发送缓冲队列中数据采用先进先出FIFO原则。
进一步的，所述外围电路包括电源电路、晶振电路、Flash和天线电路，其外围电路分别接入两片nRF24L01芯片和ESP8266模块中。
本发明的有益效果是:
1、实现传统基于nRF2401/L01应用到标准WiFi无线网络接入，从而使传统的nRF2401/L01应用系统与标准系统互联互通，为此类应用拓展市场和技术空间；
2、现有WiFi系统中信道数量有限（我国为13个），在大规模无线传感器网络应用中需要相对复杂的码分多址、时分多址等技术。基于nRF2401/L01有125个信道，可以更好满足多点通讯、分组、跳频等应用需求。通过网关将基于nRF2401/L01的网络整合进WiFi网络，可以拓展WiFi网络应用到中低端市场。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
参照图1所示，一种WiFi/双24L01网关，该网关包括两套以nRF24L01芯片为核心的射频收发系统、以ESP8266模块为核心的WiFi通信系统、以及外围电路，其中，所述nRF24L01芯片通过SPI接口与ESP8266模块相连接，以所述nRF24L01芯片为核心的射频收发系统构成ESP8266模块的外围设备，所述ESP8266模块中SPI接口片选信号端U0TXD、GPIO0分别与两片nRF24L01芯片的片选信号端连接，ESP8266模块中的GPIO5端分别与两片nRF24L01芯片的CE端连接，所述GPIO5端与片选信号端U0TXD、GPIO0组合，用于选择nRF24L01的工作模式，所述ESP8266模块中的SPI同步时钟及数据输入输出端SDIO_CLK、SDIO_DATA0、SDIO_DATA1分别对应连接nRF24L01芯片的CSK、MOSI、MISO引脚端。
ESP8266模块是一款高度集成的Wi-Fi 网络芯片，片内集成了32位CPU、Wi-Fi 主要电路和802.11 b/g/n固件，扩展基本的外围电路，形成Wi-Fi 网络方案，系统中，以ESP8266模块为核心，具有两个方面的功能，一方面是实现标准WiFi网络接入和通信，另一方面，它也是nRF24L01系统的SPI主控制器。
该网关还包括模式选择开关，所述模式选择开关与ESP8266模块的GPIO4引脚端相连，所述模式选择开关的选通模式包括流量优先模式和可靠性优先模式，在所述流量优先模式下，两套以nRF24L01芯片为核心的射频收发系统分别设置在不同的通信信道中，使更多信道能同时接入，在所述可靠性优先模式下，其中一套以nRF24L01芯片为核心的射频收发系统设置在当前通信信道，另一套设置于备用信道，外围设备不能接入当前通信信道时，会检测到通信失败，此时自动切换至备用信道接入。
该网关还包括一种WiFi/双24L01网关通讯方法：
步骤1）ESP8266模块对nRF24L01芯片进行初始化；
步骤2）ESP8266模块将其无线接收到的数据去掉WiFi数据报帧头帧尾，通过SPI接口写入nRF24L01芯片；
步骤3）nRF24L01芯片接收到无线数据时通过中断触发ESP8266模块，ESP8266模块通过SPI接口读取该数据，添加WiFi数据报帧头帧尾后，以标准WiFi数据帧方式转发到WiFi网络。
所述ESP8266模块中包括4个任务：WiFi数据报接收、SPI数据发送、SPI数据接收和WiFi数据报发送，所述ESP8266模块中设置有两个环形数组，两个环形数组分别为WiFi数据报接收& SPI数据发送、SPI数据接收& WiFi数据报发送缓冲队列，用于保持WiFi芯片收发数据速率和nRF24L01芯片相一致。
所述WiFi数据报发送缓冲队列中数据采用先进先出FIFO原则。
所述外围电路包括电源电路、晶振电路、Flash和天线电路，其外围电路分别接入两片nRF24L01芯片和ESP8266模块中。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (4)
1.一种WiFi/双24L01网关，其特征在于，该网关包括两套以nRF24L01芯片为核心的射频收发系统、以ESP8266模块为核心的WiFi通信系统、以及外围电路，其中，所述nRF24L01芯片通过SPI接口与ESP8266模块相连接，以所述nRF24L01芯片为核心的射频收发系统构成ESP8266模块的外围设备，所述ESP8266模块中SPI接口片选信号端U0TXD、GPIO0分别与两片nRF24L01芯片的片选信号端连接，ESP8266模块中的GPIO5端分别与两片nRF24L01芯片的CE端连接，所述GPIO5端与片选信号端U0TXD、GPIO0组合，用于选择nRF24L01的工作模式，所述ESP8266模块中的SPI同步时钟及数据输入输出端SDIO_CLK、SDIO_DATA0、SDIO_DATA1分别对应连接nRF24L01芯片的CSK、MOSI、MISO引脚端；
该网关还包括模式选择开关，所述模式选择开关与ESP8266模块的GPIO4引脚端相连，所述模式选择开关的选通模式包括流量优先模式和可靠性优先模式，在所述流量优先模式下，两套以nRF24L01芯片为核心的射频收发系统分别设置在不同的通信信道中，在所述可靠性优先模式下，其中一套以nRF24L01芯片为核心的射频收发系统设置在当前通信信道，另一套设置于备用信道，外围设备不能接入当前通信信道时，自动切换至备用信道接入；
该网关的通讯过程如下：
步骤1）ESP8266模块对nRF24L01芯片进行初始化；
步骤2）ESP8266模块将其无线接收到的数据去掉WiFi数据报帧头帧尾，通过SPI接口写入nRF24L01芯片；
步骤3）nRF24L01芯片接收到无线数据时通过中断触发ESP8266模块，ESP8266模块通过SPI接口读取该数据，添加WiFi数据报帧头帧尾后，以标准WiFi数据帧方式转发到WiFi网络。
2.根据权利要求1所述的WiFi/双24L01网关，其特征在于，所述ESP8266模块中包括4个任务：WiFi数据报接收、SPI数据发送、SPI数据接收和WiFi数据报发送，所述ESP8266模块中设置有两个环形数组，两个环形数组分别为WiFi数据报接收& SPI数据发送、SPI数据接收&WiFi数据报发送缓冲队列，用于保持WiFi芯片收发数据速率和nRF24L01芯片相一致。
3.根据权利要求2所述的WiFi/双24L01网关，其特征在于，所述WiFi数据报发送缓冲队列中数据采用先进先出FIFO原则。
4.根据权利要求1所述的WiFi/双24L01网关，其特征在于，所述外围电路包括电源电路、晶振电路、Flash和天线电路，其外围电路分别接入两片nRF24L01芯片和ESP8266模块中。
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