CN108734936A - 一种无线数传平台的数传方法 - Google Patents
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Abstract
本分案申请涉及一种无线数传平台的数传方法，属于物联网领域，用于解决传感器及其所对应的一系列处理系统只处理这一种数据,并且，各传感器工作电压不同，工作条件不同导致数据不能统一的问题，要点是：包括发送端的发送方法和接收端的接收方法，所述发送端的发送方法包括如下步骤：S1、系统配置上电；S2、初始化并调试核心MCU电路；S3、换接口并接入数据端子；S4、数据采集、打包、存储；S5、数据发送。
Description
本申请为申请号2017102785490、申请日2017-04-25、发明名称“通用型多源传感器无线数传平台电路及数传方法”的分案申请。
技术领域
本发明属于物联网领域，涉及一种数传平台电路。
背景技术
现如今农业物联网是一个结合传感器、协同感知、协同信息处理、无线通信与网络、综合信息服务等多种技术的综合信息系统，涉及作物生长环境信息(土壤、光强、大气等)、生长信息等监测。由于农业信息获取特殊性，涉及传感器种类繁多、机理复杂，是典型多源、异构数据，传感器模块在产品设计时无统一标准可循，同时昂贵的价格严重制约了农业物联网技术应用和产业的迅速发展。当下的农业物联网产品，产品形式结构单一，而且现应用于农业中的电子监控及环境采集装置仅有自己的功能，例如空气温湿度采集及传输显示系统、土壤湿度采集及传输显示系统等只在其自己的功能上集成了所需系统，温湿度采集及分析系统，由温度和湿度传感器进行采集温、湿度数据，由传输系统将数据传入核心处理器，处理器将数据处理或者打包成传给上位机进行处理，分析处理后再给处理器发送信息，处理器根据分析处理数据后产生的相应信号对对应的模块进行控制，以达到信息采集、分析处理、采取相应措施的目的。这一类传感器及其所对应的一系列处理系统只处理这一种数据,并且，各传感器工作电压不同，工作条件不同导致数据不能统一。
在传统的农业物联网系统中，往往不具备多传感器传输集成平台的自适应性，只能单一数据单一处理或者某几个同类型传输数据同时处理，不具备通用性；数据单一传输不能很好和调和，不具备数据传输存储等的融合性；网络传输单一不稳定，一旦遭遇不适合的外界条件或者系统本身出现问题会导致网络瘫痪以至于整体系统的失效，不具备网络的健壮性及鲁棒性。
发明内容
为了实现以建立统一的标准化网络上传接口，对不同类型传感器分类设计不同的接口电路和前端电路，并对前端电路进行整合的目的，本发明提出如下方案：
一种通用型多源传感器无线数传平台电路，由电源输入电路、电源转换电路、核心MCU电路和外围电路组成；
所述电源转换电路包括主板24V转12V供电电路、主板12V转5V供电电路、主板5V转3.3V供电电路；
所述外围电路包括串口一分多电路、数据接入选择模块、串口RBS232电平转换电路、RS485数据输入输出电路、AD数据输入模块、时钟电路、Zigbee接口电路、USB数据输出模块、SD卡数据存储电路、LED调试显示电路；
所述电源输入电路连接于电源转换电路，电源转换电路连接核心MCU电路，且所述外围电路连接在核心MCU电路。
进一步的，所述电源输入电路，两脚输入端子作为DC3.3V电源输入线及地输入线的输入，DC3.3V电源输入线经过0欧姆磁珠过滤为所述平台电路提供电输入，地输入线经过两个并联的0欧姆磁珠过滤为DC提供地输入，电源输入线经过电阻连接发光二极管并接地输入线。
进一步的，所述主板24V转12V供电电路，其由芯片LM2596S-12及8个两脚输入端子构成，24V电压接入经两并联电容接地；芯片LM2596S-12的1脚接入24V电压，且通过680uF电容接地，芯片LM2596S-12的3、5、6脚接地，芯片LM2596S-12的4脚分两路，一路通过9.1K电阻接12V输出电压，另一路经1K电阻分为两支，一支接地，另一支与1N5825连接并接回2脚，且该支与1N5825的连接点接68uH电感的一端，电感的另一端分为两支，一支接12V电压，另一支经220uF电容接地；所述的8个两脚输入端子的2脚接地，其中1、2端子的1脚接24V电压；3-8端子的1脚接12V电压。
进一步的，主板12V转5V供电电路其由芯片LM2596S-ADJ及5个两脚输入端子构成，12V电压接入经两并联电容接地；芯片LM2596S-ADJ的1脚接入12V电压，且通过470uF电容接地，芯片LM2596S-ADJ的3、5、6脚接地，芯片LM2596S-ADJ的4脚分两路，一路通过3.1K电阻接12V输出电压，另一路经1K电阻分为两支，一支接地，另一支1N5822连接并接回2脚，且该支与1N5822的连接点接68uH电感的一端，电感的另一端分为两支，一支接5V电压，另一支经220uF电容接地；所述的5个两脚输入端子的1脚接5V电压，2脚接地。
进一步的，所述主板5V转3.3V供电电路，其由芯片LM2937-3.3及4个两脚输入端子构成，5V电压接入经两并联电容接地，5V接入电压经过0欧姆磁珠隔离到5V输入电压，芯片LM2937-3.3的1脚连接12V输入电压，且通过0.1uF电容接地；芯片LM2937-3.3的2、4脚接地；芯片LM2937-3.3的3脚分三路，一路通过470pF电容反馈至1脚，第二路经两并联电容接地，第三路分为两支，一支经3K电阻连接发光二极管并接地，第二支经10欧姆电阻接地；所述4个两脚输入端子的1脚接3.3V电压，2脚接地。
进一步的，所述核心MUC电路包括芯片MCU-AT32UCB0256，其1、23、49脚接地；3、4脚分别依次接电阻、发光二极管、电源；8脚通过三个并联的电容接地；9、10、11脚分别连接时钟电路的DS1302芯片的5、6、7脚；12、13脚分别连接串口一分多电路的VK3214芯片的10脚和8脚；15、16脚分别作为AD数据输入模块的两个输入端；17脚接地，18、19脚相接，两并联电容的一端均连接17脚，该并联电容的另一端均连接18、19脚的连接端，且18、19脚的连接端与两并联电容之间的连线上接3.3V电压；
五个并联的电容的一连接端为A端，另一连接端为B端，芯片MCU-AT32UCB0256的20脚经过0欧姆电阻接A端、23脚接A端，B端接地；21脚通过两个并联的电容接0欧姆电阻并接3.3V电源；32脚通过两个并联的电容接地；33脚引出两端，一端接10K电阻后接电源，另一端接0.1uF电容，该0.1uF电容与微触按键并联并接地；35、34、43-47脚分别接LED调试显示电路的LED1-LED6；36、37、41、42脚分别接SD卡数据存储电路的1、5、7、2脚；39、40脚间接入12MHz的晶体振荡器，晶体振荡器的两端分别接22pF电容并接地；61、62脚接串口一分多电路的3、5脚；57、58脚分别接RS485数据输入输出电路的1、4脚，59、47脚分别接数据接入选择模块的3、1脚，且59、47脚还分别接数据接入选择模块的7、5脚；48脚接在三个并联的电容的一连接端，该三个并联的电容的另一连接端经过0欧姆电阻接电源；50、51脚分别通过39欧姆电阻接USB数据输出模块的1、2脚，52脚接USB数据输出模块的3脚；55脚接RS485数据输入输出电路的3脚；56脚接四个并联的电容并接地；63脚引出两端，一端接10K电阻后接电源，另一端接电容，该电容与微触按键并联并接地；64脚经两个并联的电容接地；3.3V电源通过0.1uF电容接地。
进一步的，所述串口一分多电路包括芯片VK3214，其1、2、13脚接地；9、18脚接电源；3、5、8、10脚分别连接核心MCU电路的AT32UCB0256芯片上的61、62、13、12脚，且10脚还经5.1K电阻接电；6、7脚连接到一个三脚输入端子的两脚，12、11脚连接到一个三脚输入端子的两脚，17、16脚连接到一个三脚输入端子的两脚，每个三脚输入端子的第三脚接地；14、15脚分别通过1K电阻接到串口RBS232电平转换电路的MAX3232芯片上的10、9脚；19、20脚间接入7.3728MHz的晶体振荡器，晶体振荡器的两端分别接22pF电容并接地；
所述数据接入选择模块由4*2双排针与四脚输入端子构成，四脚输入端子1脚接电源；2脚接地；3、4脚分别连接4*2双排针的2、4脚；4*2双排针的相连的1、5脚连接端，相连的3、7脚的连接端分别连接到核心MUC电路的AT32UCB0256芯片上的47、59脚；6、8脚分别接Zigbee接口电路ZP1排座的7、9脚；
所述串口RBS232电平转换电路由MAX3232芯片及串口头DB9组成，MAX3232芯片的1、3脚，4、5脚之间分别接入0.1uF电容；2、6脚分别经0.1uF电容接地；7、8脚分别接DB9的3、2脚；9、10脚分别通过1K电阻接到串口一分多电路的VK3214芯片上的15、14脚；15脚及DB9的5脚接地；16脚接电源，且还经0.1uF电容接地；
所述RS485数据输入输出电路由MAX3485和三脚输入端子组成，MAX3485芯片的1、相连的2与3脚的连接端、4脚分别接核心MUC电路的AT32UCB0256芯片上的57、55、58脚，且1脚、相连的2与3脚的连接端、4脚分别经10K电阻接电源；5脚接地；8脚接电源；6、7脚分别接三脚输入端子的2、3脚，且6、7两脚之间经120欧姆电阻相连，6脚还经20K电阻接地，5脚还经20K电阻接电源；三脚输入端子的1脚接地；
所述时钟电路采用DS1302芯片，其1脚接电源，且还经0.1uF电容接地；2、3脚间接入一个32.368KHz的晶体振荡器和6pF电容并联电路，并联电路的两端分别接4pF电容并接地；4脚接地；5、6、7脚分别接核心MUC电路AT32UCB0256芯片上的9、10、11脚；8脚接备用电源正极，电源负极接地，并经0.1uF电容接地；
所述AD数据输入模块由两个三脚输入端子构成，两个端子的1脚接电，2脚分别接核心MCU电路的15、16脚，3脚接地；
所述Zigbee接口电路设置两个2*10双排座ZP1、ZP2以直接嵌入CC2430模块，电源线和地线分别经0欧姆磁珠过滤为Z电源、Z地；ZP1排座1、19脚接地；7、9脚分别接数据接入选择模块4*2双排针的6、8脚；6、13脚分别依次接发光二极管、470欧姆电阻、Z电源；ZP2排座7脚接Z电源，且经100pF电容接Z地；9脚接Z电源，15脚接微触按键并接Z地；
所述USB数据输出模块的1、2脚分别通过39欧姆电阻接核心MCU电路的50、51脚，52脚接核心MCU电路的3脚，4脚接地；
所述SD卡数据存储电路的1、5、7、2脚分别接核心MUC电路的36、37、41、42脚，且1、5、10、12脚经100K电阻接电源；3、6、11脚接地，4脚接电源；
所述LED调试显示电路的LED0-LED6分别接3K电阻，再接发光二极管并接电源。
本发明为了解决在传统的农业物联网系统中，往往不具备多传感器传输集成平台的自适应性，只能单一数据单一处理或者某几个同类型传输数据同时处理，不具备通用性的问题；及数据单一传输不能很好和调和，不具备数据传输存储等的融合性的问题；及网络传输单一不稳定，一旦遭遇不适合的外界条件或者系统本身出现问题会导致网络瘫痪以至于整体系统的失效，不具备网络的健壮性及鲁棒性的问题。
本发明还提出一个通用型多源传感器的无线数传方法，包括发送端的发送方法和接收端的接收方法：
所述发送端的发送方法包括如下步骤：
S1、系统配置上电：使用DC24V转换电路得到DC3.3V，将其接入电路电源输入电路给所述数传平台上电；
S2、初始化并调试核心MCU电路，上电后核心MCU电路开始工作，数据接入选择模块用跳线帽连接1、2脚，3、4脚，通过电脑连接调试端进行外部对整个核心MCU的调试，使得整个核心MCU正常工作；
S3、换接口并接入数据端子：跳线帽换至5、6脚，7、8脚连接，使Zigbee接口电路接入核心电路，按下核心MUC电路的复位按键，初始化全部模块及电路，时钟模块工作开始计时，Zigbee接口电路初始化后进行组建局域网，组网对象为接收端Zigbee接口电路或中继路由器，并接入数据采集端，数据采集端包括SPI、I2C、RS485、模拟信号接口；
S4、数据采集、打包、存储：将各通道所采集的信号进行按位打包，打包成为一帧数据，该数据由帧头+3论485数据+两路AD数据+三路串口232数据+帧尾组成，此时，向SD卡存储数据，该数据包括时间、数据帧、发送方式、发送目的地，将各个信号数据的打包成帧以及存储；
S5、数据发送：存储的同时，打包好的一帧数据由核心MCU发送给Zigbee接口电路，Zigbee向下一节点发送数据，数据发送成功并且下一节点已经接收到，在10分钟之内会收到一个ACK信号，Zigbee接口电路给核心MCU电路反馈，收到后继续执行数据传输发送至路由器或者中继电脑，在通过以太网发送给远方控制端，然后进行下一帧数据的发送，循环往复；如若10分钟以后还未收到ACK信号的反馈，则表示Zigbee网络传输失败，网络瘫痪，此时MCU再将此数据发送给RS485控制的GPRS模块，同时SD卡再次记录，利用GPRS-4G网直接发送至远方控制端，至此一帧数据发送完成，系统进行了一次整体工作；
接收端包括如下步骤：
S1、系统配置上电：使用DC24V转换电路得到DC3.3V，将其接入电路电源输入电路给所述数传平台上电；
S2、初始化并调试核心MCU电路，上电后核心MCU电路开始工作，数据接入选择模块用跳线帽连接1、2脚，3、4脚，通过电脑连接调试端进行外部对整个核心MCU的调试，使得整个核心MCU可以正常工作；
S3、换接口Zigbee组网：跳线帽换至5、6脚，7、8脚连接，使Zigbee接口电路接入核心电路，按下核心MUC电路的复位按键，初始化全部模块及电路，时钟模块工作开始计时，Zigbee接口电路初始化后进行组建局域网，组网对象为发送Zigbee接口电路；
S4、数据接收：组网成功后，进行数据的接收，当接收到一帧数据时，向SD卡存储数据，该数据包括时间、数据帧、接收方式、接受来源，同时将数据传送给核心MCU电路，并向上一个Zigbee节点发送ACK信号；
S5、数据发送：由核心MCU电路将数据帧通过USB数据输出模块发送至中继电脑，同时SD卡存储数据，该数据包括时间、数据帧、USB发送、发送目的地，如若未能接受到数据，Zigbee网络瘫痪，则接收端无响应，10分钟后上一节点电路直接将数据通过GPRS-4G发送至远方控制端。
有益效果：本发明中，电源转换电路提供多种供电电压，并且，方案中包含串口一分多电路、数据接入选择模块、串口RBS232电平转换电路、RS485数据输入输出电路、AD数据输入模块，建立了一个统一的标准化网络上传接口，不同类型传感器分类设计不同的接口电路(如SPI、I2C、RS485、模拟信号接口)，便于数据传输的统一。
附图说明
图1是电源输入电路的电路图；
图2是主板24V转12V供电电路的电路图；
图3是主板12V转5V供电电路的电路图；
图4是主板5V转3.3V供电电路的电路图；
图5是核心MUC电路的电路图；
图6是串口一分多电路的电路图；
图7是数据接入选择模块的电路图；
图8是串口RBS232电平转换电路的电路图；
图9是RS485数据输入输出电路的电路图；
图10是时钟电路的电路图；
图11是AD数据输入模块的电路图；
图12是Zigbee接口电路的电路图；
图13是USB数据输出模块的电路图；
图14是SD卡数据存储电路的电路图；
图15是LED调试显示电路的电路图；
图16是通用型多源传感器的无线数传方法的流程图；
具体实施方式
实施例1：一种通用型多源传感器无线数传平台电路，由电源输入电路、电源转换电路、核心MCU电路和外围电路组成；
所述电源转换电路包括主板24V转12V供电电路、主板12V转5V供电电路、主板5V转3.3V供电电路；
所述外围电路包括串口一分多电路、数据接入选择模块、串口RBS232电平转换电路、RS485数据输入输出电路、AD数据输入模块、时钟电路、Zigbee接口电路、USB数据输出模块、SD卡数据存储电路、LED调试显示电路；
所述电源输入电路连接于电源转换电路，电源转换电路连接核心MCU电路，且所述外围电路连接在核心MCU电路。
所述电源输入电路，两脚输入端子作为DC3.3V电源输入线及地输入线的输入，DC3.3V电源输入线经过0欧姆磁珠过滤为所述平台电路提供电输入，地输入线经过两个并联的0欧姆磁珠过滤为DC提供地输入，电源输入线经过电阻连接发光二极管并接地输入线。
所述主板24V转12V供电电路，其由芯片LM2596S-12及8个两脚输入端子构成，24V电压接入经两并联电容接地；芯片LM2596S-12的1脚接入24V电压，且通过680uF电容接地，芯片LM2596S-12的3、5、6脚接地，芯片LM2596S-12的4脚分两路，一路通过9.1K电阻接12V输出电压，另一路经1K电阻分为两支，一支接地，另一支与1N5825连接并接回2脚，且该支与1N5825的连接点接68uH电感的一端，电感的另一端分为两支，一支接12V电压，另一支经220uF电容接地；所述的8个两脚输入端子的2脚接地，其中1、2端子的1脚接24V电压；3-8端子的1脚接12V电压。
主板12V转5V供电电路其由芯片LM2596S-ADJ及5个两脚输入端子构成，12V电压接入经两并联电容接地；芯片LM2596S-ADJ的1脚接入12V电压，且通过470uF电容接地，芯片LM2596S-ADJ的3、5、6脚接地，芯片LM2596S-ADJ的4脚分两路，一路通过3.1K电阻接12V输出电压，另一路经1K电阻分为两支，一支接地，另一支1N5822连接并接回2脚，且该支与1N5822的连接点接68uH电感的一端，电感的另一端分为两支，一支接5V电压，另一支经220uF电容接地；所述的5个两脚输入端子的1脚接5V电压，2脚接地。
所述主板5V转3.3V供电电路，其由芯片LM2937-3.3及4个两脚输入端子构成，5V电压接入经两并联电容接地，5V接入电压经过0欧姆磁珠隔离到5V输入电压，芯片LM2937-3.3的1脚连接12V输入电压，且通过0.1uF电容接地；芯片LM2937-3.3的2、4脚接地；芯片LM2937-3.3的3脚分三路，一路通过470pF电容反馈至1脚，第二路经两并联电容接地，第三路分为两支，一支经3K电阻连接发光二极管并接地，第二支经10欧姆电阻接地；所述4个两脚输入端子的1脚接3.3V电压，2脚接地。
所述核心MUC电路包括芯片MCU-AT32UCB0256，其1、23、49脚接地；3、4脚分别依次接电阻、发光二极管、电源；8脚通过三个并联的电容接地；9、10、11脚分别连接时钟电路的DS1302芯片的5、6、7脚；12、13脚分别连接串口一分多电路的VK3214芯片的10脚和8脚；15、16脚分别作为AD数据输入模块的两个输入端；17脚接地，18、19脚相接，两并联电容的一端均连接17脚，该并联电容的另一端均连接18、19脚的连接端，且18、19脚的连接端与两并联电容之间的连线上接3.3V电压；
五个并联的电容的一连接端为A端，另一连接端为B端，芯片MCU-AT32UCB0256的20脚经过0欧姆电阻接A端、23脚接A端，B端接地；21脚通过两个并联的电容接0欧姆电阻并接3.3V电源；32脚通过两个并联的电容接地；33脚引出两端，一端接10K电阻后接电源，另一端接0.1uF电容，该0.1uF电容与微触按键并联并接地；35、34、43-47脚分别接LED调试显示电路的LED1-LED6；36、37、41、42脚分别接SD卡数据存储电路的1、5、7、2脚；39、40脚间接入12MHz的晶体振荡器，晶体振荡器的两端分别接22pF电容并接地；61、62脚接串口一分多电路的3、5脚；57、58脚分别接RS485数据输入输出电路的1、4脚，59、47脚分别接数据接入选择模块的3、1脚，且59、47脚还分别接数据接入选择模块的7、5脚；48脚接在三个并联的电容的一连接端，该三个并联的电容的另一连接端经过0欧姆电阻接电源；50、51脚分别通过39欧姆电阻接USB数据输出模块的1、2脚，52脚接USB数据输出模块的3脚；55脚接RS485数据输入输出电路的3脚；56脚接四个并联的电容并接地；63脚引出两端，一端接10K电阻后接电源，另一端接电容，该电容与微触按键并联并接地；64脚经两个并联的电容接地；3.3V电源通过0.1uF电容接地。
所述串口一分多电路包括芯片VK3214，其1、2、13脚接地；9、18脚接电源；3、5、8、10脚分别连接核心MCU电路的AT32UCB0256芯片上的61、62、13、12脚，且10脚还经5.1K电阻接电；6、7脚连接到一个三脚输入端子的两脚，12、11脚连接到一个三脚输入端子的两脚，17、16脚连接到一个三脚输入端子的两脚，每个三脚输入端子的第三脚接地；14、15脚分别通过1K电阻接到串口RBS232电平转换电路的MAX3232芯片上的10、9脚；19、20脚间接入7.3728MHz的晶体振荡器，晶体振荡器的两端分别接22pF电容并接地；
所述数据接入选择模块由4*2双排针与四脚输入端子构成，四脚输入端子1脚接电源；2脚接地；3、4脚分别连接4*2双排针的2、4脚；4*2双排针的相连的1、5脚连接端，相连的3、7脚的连接端分别连接到核心MUC电路的AT32UCB0256芯片上的47、59脚；6、8脚分别接Zigbee接口电路ZP1排座的7、9脚；
所述串口RBS232电平转换电路由MAX3232芯片及串口头DB9组成，MAX3232芯片的1、3脚，4、5脚之间分别接入0.1uF电容；2、6脚分别经0.1uF电容接地；7、8脚分别接DB9的3、2脚；9、10脚分别通过1K电阻接到串口一分多电路的VK3214芯片上的15、14脚；15脚及DB9的5脚接地；16脚接电源，且还经0.1uF电容接地；
所述RS485数据输入输出电路由MAX3485和三脚输入端子组成，MAX3485芯片的1、相连的2与3脚的连接端、4脚分别接核心MUC电路的AT32UCB0256芯片上的57、55、58脚，且1脚、相连的2与3脚的连接端、4脚分别经10K电阻接电源；5脚接地；8脚接电源；6、7脚分别接三脚输入端子的2、3脚，且6、7两脚之间经120欧姆电阻相连，6脚还经20K电阻接地，5脚还经20K电阻接电源；三脚输入端子的1脚接地；
所述时钟电路采用DS1302芯片，其1脚接电源，且还经0.1uF电容接地；2、3脚间接入一个32.368KHz的晶体振荡器和6pF电容并联电路，并联电路的两端分别接4pF电容并接地；4脚接地；5、6、7脚分别接核心MUC电路AT32UCB0256芯片上的9、10、11脚；8脚接备用电源正极，电源负极接地，并经0.1uF电容接地；
所述AD数据输入模块由两个三脚输入端子构成，两个端子的1脚接电，2脚分别接核心MCU电路的15、16脚，3脚接地；
所述Zigbee接口电路设置两个2*10双排座ZP1、ZP2以直接嵌入CC2430模块，电源线和地线分别经0欧姆磁珠过滤为Z电源、Z地；ZP1排座1、19脚接地；7、9脚分别接数据接入选择模块4*2双排针的6、8脚；6、13脚分别依次接发光二极管、470欧姆电阻、Z电源；ZP2排座7脚接Z电源，且经100pF电容接Z地；9脚接Z电源，15脚接微触按键并接Z地；
所述USB数据输出模块的1、2脚分别通过39欧姆电阻接核心MCU电路的50、51脚，52脚接核心MCU电路的3脚，4脚接地；
所述SD卡数据存储电路的1、5、7、2脚分别接核心MUC电路的36、37、41、42脚，且1、5、10、12脚经100K电阻接电源；3、6、11脚接地，4脚接电源；
所述LED调试显示电路的LED0-LED6分别接3K电阻，再接发光二极管并接电源。
本实施例中所述通用型多源传感器的无线数传平台电路的数传方法，包括发送端的发送方法和接收端的接收方法，
所述发送端的发送方法包括如下步骤：
S1、系统配置上电：使用DC24V转换电路得到DC3.3V，将其接入电路电源输入电路给所述数传平台上电；
S2、初始化并调试核心MCU电路，上电后核心MCU电路开始工作，数据接入选择模块用跳线帽连接1、2脚，3、4脚，通过电脑连接调试端进行外部对整个核心MCU的调试，使得整个核心MCU正常工作；
S3、换接口并接入数据端子：跳线帽换至5、6脚，7、8脚连接，使Zigbee接口电路接入核心电路，按下核心MUC电路的复位按键，初始化全部模块及电路，时钟模块工作开始计时，Zigbee接口电路初始化后进行组建局域网，组网对象为接收端Zigbee接口电路或中继路由器，并接入数据采集端，数据采集端包括SPI、I2C、RS485、模拟信号接口；
S4、数据采集、打包、存储：将各通道所采集的信号进行按位打包，打包成为一帧数据，该数据由帧头+3论485数据+两路AD数据+三路串口232数据+帧尾组成，此时，向SD卡存储数据，该数据包括时间、数据帧、发送方式、发送目的地，将各个信号数据的打包成帧以及存储；
S5、数据发送：存储的同时，打包好的一帧数据由核心MCU发送给Zigbee接口电路，Zigbee向下一节点发送数据，数据发送成功并且下一节点已经接收到，在10分钟之内会收到一个ACK信号，Zigbee接口电路给核心MCU电路反馈，收到后继续执行数据传输发送至路由器或者中继电脑，在通过以太网发送给远方控制端，然后进行下一帧数据的发送，循环往复；如若10分钟以后还未收到ACK信号的反馈，则表示Zigbee网络传输失败，网络瘫痪，此时MCU再将此数据发送给RS485控制的GPRS模块，同时SD卡再次记录，利用GPRS-4G网直接发送至远方控制端，至此一帧数据发送完成，系统进行了一次整体工作；
接收端包括如下步骤：
S1、系统配置上电：使用DC24V转换电路得到DC3.3V，将其接入电路电源输入电路给所述数传平台上电；
S2、初始化并调试核心MCU电路，上电后核心MCU电路开始工作，数据接入选择模块用跳线帽连接1、2脚，3、4脚，通过电脑连接调试端进行外部对整个核心MCU的调试，使得整个核心MCU可以正常工作；
S3、换接口Zigbee组网：跳线帽换至5、6脚，7、8脚连接，使Zigbee接口电路接入核心电路，按下核心MUC电路的复位按键，初始化全部模块及电路，时钟模块工作开始计时，Zigbee接口电路初始化后进行组建局域网，组网对象为发送Zigbee接口电路；
S4、数据接收：组网成功后，进行数据的接收，当接收到一帧数据时，向SD卡存储数据，该数据包括时间、数据帧、接收方式、接受来源，同时将数据传送给核心MCU电路，并向上一个Zigbee节点发送ACK信号；
S5、数据发送：由核心MCU电路将数据帧通过USB数据输出模块发送至中继电脑，同时SD卡存储数据，该数据包括时间、数据帧、USB发送、发送目的地，如若未能接受到数据，Zigbee网络瘫痪，则接收端无响应，10分钟后上一节点电路直接将数据通过GPRS-4G发送至远方控制端。
实施例2：一种通用型多源传感器无线数传平台电路，集成农业物联网在多源传感器接口电路标准化转换技术、多源传感器检测数据的数据融合技术、高密度传感节点条件下的可靠传输技术等关键技术，通过构建通用农业物联网多源传感平台，集成电子、计算机和网络成熟技术，实现农业物联网多源传感平台在农业物联网中的应用。其由电源输入电路、电源转换电路(主板24V转12V供电电路、主板12V转5V供电电路、主板5V转3.3V供电电路)、核心MCU电路和外围电路(串口一分多电路、数据接入选择模块、串口RBS232电平转换电路、RS485数据输入输出电路、AD数据输入模块、时钟电路、Zigbee接口电路、USB数据输出模块、SD卡数据存储电路、LED调试显示电路)，电路的结构为：
电源转换电路：
主板24V转12V供电电路：本电路由芯片LM2596S-12及8个两脚输入端子构成(1-8)，24V电压接入经两并联电容(E1:22uF、C3:0.47uF)接地；芯片1脚接入24V电压，同时通过680uF电容接地；3、5、6脚接地；4脚分两路，一路通过9.1K电阻接12V输出电压，另一路经1K电阻分两路，一路接地，另一路经过1N5825回2脚，同时此连接端接68uH电感，电感另一端接12V电压，同时经220uF电容接地；所有两脚输入端子的2脚接地(电源转换电路地：GND地线)；1、2端子1脚接24V电压；3-8端子1脚接12V电压。
主板12V转5V供电电路：本电路由芯片LM2596S-ADJ及5个两脚输入端子构成，12V电源接入经两并联电容(E2:22uF、C6:0.47uF)接地；芯片1脚接入12V电压，同时通过470uF电容接地；3、5、6脚接地；4脚分两路，一路通过3.1K电阻接12V输出电压，另一路经1K电阻分两路，一路接地，另一路经过1N5822回2脚，同时此连接端接68uH电感，电感另一端接电，同时经C5:220uF电容接地；所有两脚输入端子1脚接5V电压，2脚接地。
主板5V转3.3V供电电路：本电路由芯片LM2937-3.3及4个两脚输入端子构成，5V电源接入经两并联电容(E4:22uF、C10:0.47uF)接地；5V接入电压经过0欧姆磁珠隔离到5V输入电压，芯片1脚连接12V输入电压，同时通过0.1uF电容接地；2、4脚接地；3脚分三路，一路通过470pF电容反馈至1脚，另一路经两并联电容(22uF、0.01uF)接地，第三路经过3K电阻接发光二极管再接地，同时此第三路经10欧姆电阻接地；所有两脚输入端子的1脚接3.3V电压，2脚接地。
电源输入电路：两脚输入端子作为DC3.3V电源输入线及地输入线输入，3.3V电源输入线经过0欧姆磁珠过滤为整个系统提供电输入(DC3.3V电源线)，地输入线经过两个并联的0欧姆磁珠过滤为整个系统提供地输入(DGNG地线)，此模块还配有电源输入线经过电阻连接发光二极管接地输入线电路，作为系统供电的指示模块。
核心MUC电路：本电路核心模块MCU-AT32UCB0256，它的1、23、49脚接地；3、4脚分别依次接电阻、发光二极管、电源，作为指示灯；8脚通过三个并联的电容(C18:0.1uF、C19:2.7nF、C20:33nF)接地；9、10、11脚分别控制时钟模块DS1302芯片的5、6、7脚；12、13脚分别控制串口一分多电路VK3214芯片的10脚和8脚；15、16脚分别作为AD数据输入模块的两个输入端；17脚接地，并接两个并联的电容(C26:0.1uF、C25:33nF)一端，另一端与18、19脚相连接，并接3.3V电源，；定义五个并联的电容(C29:470pF、C30:2.2nF、C31:0.1uF、C32:2.7nF、C33:33nF)的一端为A端，另一端为B端，20脚经过0欧姆电阻接A端、23脚接A端，B端接地；；21脚通过两个并联的电容(C22:0.1uF、C23:33nF)接0欧姆电阻接3.3V电源；32脚通过两个并联的电容(C28:0.1uF、C27:33nF)接地；33脚引出两端，一端接10K电阻后接电源，另一端接0.1uF电容，该0.1uF电容与微触按键并联并接地；35、34、43-47脚分别接LED调试显示电路的LED1-LED6；36、37、41、42脚分别接SD卡数据存储电路的1、5、7、2脚；39、40脚间接入12MHz的晶体振荡器，晶体振荡器的两端分别接22pF电容并接地；，61、62脚接串口一分多电路的3、5脚；57、58脚分别接RS485数据输入输出电路的1、4脚，59、47脚分别接数据接入选择模块的3、1脚，同时59、47脚分别接数据接入选择模块的7、5脚；48脚通过三个并联的电容(C14:4.7uF、C15:0.1uF、C16:33nF)一端再经过0欧姆电阻接电源；50、51脚分别通过39欧姆电阻接USB数据输出模块的1、2脚，52脚接USB数据输出模块的3脚；55脚接RS485数据输入输出电路的3脚；56脚通过四个并联的电容(C1:2.2nF、C2:0.1uF、C3:2.7nF、C4:33nF)接地；63脚引出两端，一端接10K电阻后接电源，另一端接C9:4.7uF电容，C9电容与微触按键并联并接地；64脚通过两个并联的电容(C13:0.1uF、C12:33nF)接地；3.3V电源(写明)通过C8:0.1uF电容接地。
外围电路
1)串口一分多电路：本电路核心芯片VK3214，1、2、13脚接地；9、18脚接电源；3、5、8、10脚分别连接核心MCU电路AT32UCB0256芯片上的61、62、13、12脚，同时10脚通过5.1K电阻接电；6、7脚连接到一个三脚输入端子的两脚，12、11脚连接到一个三脚输入端子的两脚，17、16脚连接到一个三脚输入端子的两脚每个三脚输入端子的第三脚接地；14、15脚分别通过1K电阻接到串口RBS232电平转换电路MAX3232芯片上的10、9脚；19、20脚间接入7.3728MHz的晶体振荡器，晶体振荡器的两端分别接22pF电容并接地。
2)数据接入选择模块：此模块由4*2双排针与四脚输入端子构成，四脚输入端子1脚接电源；2脚接地；3、4脚分别连接4*2双排针的2、4脚；4*2双排针的相连的1、5脚，相连的3、7脚分别连接到核心MUC电路AT32UCB0256芯片上的47、59脚；6、8脚分别接Zigbee接口电路ZP1排座的7、9脚。
3)串口RBS232电平转换电路：本电路由MAX3232芯片及串口头DB9组成，MAX3232芯片的1、3脚，4、5脚之间分别接入0.1uF电容；2、6脚分别通过0.1uF电容接地；7、8脚分别接DB9的3、2脚；9、10脚分别通过1K电阻接到串口一分多电路VK3214芯片上的15、14脚；15脚及DB9的5脚接地；16脚接电源并通过0.1uF电容接地。
4)RS485数据输入输出电路：本电路由MAX3485和三脚输入端子组成，MAX3485芯片1、相连的2和3脚、4脚分别接核心MUC电路AT32UCB0256芯片上的57、55、58脚，同时1脚、相连的2和3脚、4脚分别通过10K电阻接电源；5脚接地；8脚接电源；6、7脚分别接三脚输入端子的2、3脚，同时6、7两脚之间通过120欧姆电阻相连，6脚通过20K电阻接地，5脚通过20K电阻接电源；三脚输入端子的1脚接地。
5)时钟电路：本电路采用DS1302芯片，1脚接电源，且通过0.1uF电容接地；2、3脚间接入一个32.368KHz的晶体振荡器和6pF电容并联电路，并联电路的两端分别接4pF电容并接地；4脚接地；5、6、7脚分别接核心MUC电路AT32UCB0256芯片上的9、10、11脚；8脚接备用电源正极，电源负极接地，并通过0.1uF电容接地。
6)AD数据输入模块：本模块有两个三脚输入端子构成，两个端子的1脚接电；2脚分别接核心MCU电路的15、16脚；3脚接地。
7)Zigbee接口电路：本电路设置两个2*10双排座(分为ZP1、ZP2)以便直接嵌入CC2430模块，电源线和地线分别经过0欧姆磁珠过滤为Z电源、Z地；ZP1排座1、19脚接地；7、9脚分别接数据接入选择模块4*2双排针的6、8脚；6、13脚分别依次接发光二极管、470欧姆电阻、Z电源；ZP2排座7脚接Z电源，且通过100pF电容接Z地；9脚接Z电源，15脚接微触按键接Z地。
8)USB数据输出模块：1、2脚分别通过39欧姆电阻接核心MCU电路的50、51脚，52脚接核心MCU电路的3脚；4脚接地。
9)SD卡数据存储电路：1、5、7、2脚分别接核心MUC电路的36、37、41、42脚，同时1、5、10、12脚通过100K电阻接电；3、6、11脚接地；4脚接电源。
10)LED调试显示电路：六路(LED0-LED6)分别接3K电阻，再接发光二极管并接电源。
工作原理：
发送端：电源转换模块分三步将24V输入电压降压至12V、5V、3.3V；通过电源转换模块接入的DC3.3V给核心电路供电，上电后核心MCU电路开始工作，数据接入选择模块用跳线帽连接1、2脚，3、4脚进行外部对整个核心MCU的调试，调试完毕后，将跳线帽换至5、6脚，7、8脚连接，使Zigbee接口电路接入核心电路，按下核心MUC电路AT32UCB0256芯片上的63脚所连接的微触按键(复位按键)初始化全部模块及电路，时钟模块工作开始计时，Zigbee接口电路初始化后进行组建局域网(组网对象为另一Zigbee接口电路或中继路由器等)，与此同时AD模块、三路串口模块、三路485模块(本核心板RS485数据输入输出电路通过工业485HUB进行分路，一分四路，其中三路作为数据接收传输路，一路连接工业485转GPRS在Zigbee网络瘫痪时进行发送数据)进行数据的发送，数据采集好后经处理打包成为一帧数据(帧头+3论485数据+两路AD数据+三路串口232数据+帧尾【当所在通道无数据传输时候信息为“0”MCU自动处理分析】)，此时，向SD卡存储数据(时间数据帧发送方式发送目的地)同时向Zigbee接口电路发送数据，由Zigbee接口电路将数据发出，并等待协调其返回的ACK信号，确认数据是否收到，收到后继续执行数据传输，发送至路由器或者中继电脑，在通过以太网发送给远方控制端，如若10分钟以后还未收到ACK信号则Zigbee网络传输失败，网络瘫痪，此时MCU再将此数据发送给RS485控制的GPRS模块，同时SD卡再次记录，利用GPRS-4G网直接发送至远方控制端，至此一帧数据发送完成，其余工作循环往复。
接收端：电源转换模块分三步将24V输入电压降压至12V、5V、3.3V；通过电源转换模块接入的DC3.3V给核心电路供电，上电后核心MCU电路开始工作，数据接入选择模块用跳线帽连接1、2脚，3、4脚进行外部对整个核心MCU的调试，调试完毕后，将跳线帽换至5、6脚，7、8脚连接，使Zigbee接口电路接入核心电路，按下核心MUC电路AT32UCB0256芯片上的63脚所连接的微触按键(复位按键)初始化全部模块及电路，时钟模块工作开始计时，Zigbee接口电路初始化后进行组建局域网(组网对象为另一Zigbee接口电路或中继路由器等)，组网成功后，进行数据的接收，当接收到一帧数据时，向SD卡存储数据(时间数据帧接收方式接受来源)同时将数据传送给核心MCU电路，并向上一个Zigbee节点发送ACK信号，再由核心MCU电路将数据帧通过USB数据输出模块发送至中继电脑，同时SD卡存储数据(时间数据帧USB发送发送目的地)，如若未能接受到数据，Zigbee网络瘫痪，则接收端无响应，10分钟后上一节点电路直接将数据通过GPRS-4G发送至远方控制端。至此一帧数据的一个发送、接收周期结束。
该通用型多源传感器的无线数传平台的数传方法是，发送端包括如下步骤：
S1、系统配置上电；
利用自设计的DC24V转换电路得到的DC3.3V，将其接入电路电源输入电路给整个系统上电。
S2、初始化并调试核心MCU电路(调试只需在初次使用或MCU出现故障时候使用)；
上电后核心MCU电路开始工作，数据接入选择模块用跳线帽连接1、2脚，3、4脚，通过电脑连接调试端(外调试端连线到四脚输入端子)进行外部对整个核心MCU的调试，使得整个核心MCU可以正常工作。
S3、换接口并接入数据端子；
跳线帽换至5、6脚，7、8脚连接，使Zigbee接口电路接入核心电路，按下核心MUC电路的复位按键，初始化全部模块及电路，时钟模块工作开始计时，Zigbee接口电路初始化后进行组建局域网(组网对象为接收端Zigbee接口电路或中继路由器等)，并接入数据采集端(如SPI、I2C、RS485、模拟信号接口等)。
S4、数据采集、打包、存储；
将各通道所采集的信号进行按位打包，打包成为一帧数据(帧头+3论485数据+两路AD数据+三路串口232数据+帧尾【当所在通道无数据传输时候信息为“0”MCU自动处理分析】)此时，向SD卡存储数据(时间数据帧发送方式发送目的地)，这样便做到了将各个信号数据的打包成帧以及存储。
S5、数据发送；
存储的同时，打包好的一帧数据由核心MCU发送给Zigbee接口电路，Zigbee向下一节点发送数据，数据发送成功并且下一节点已经接收到，在10分钟之内会收到一个ACK信号，Zigbee接口电路给核心MCU电路反馈，收到后继续执行数据传输发送至路由器或者中继电脑，在通过以太网发送给远方控制端，然后进行下一帧数据的发送，循环往复；如若10分钟以后还未收到ACK信号的反馈，则表示Zigbee网络传输失败，网络瘫痪，此时MCU再将此数据发送给RS485控制的GPRS模块，同时SD卡再次记录，利用GPRS-4G网直接发送至远方控制端，至此一帧数据发送完成，系统进行了一次整体工作。
接收端包括如下步骤：
S1、系统配置上电；
利用自设计的DC24V转换电路得到的DC3.3V，将其接入电路电源输入电路给整个系统上电。
S2、初始化并调试核心MCU电路(调试只需在初次使用或MCU出现故障时候使用)；
上电后核心MCU电路开始工作，数据接入选择模块用跳线帽连接1、2脚，3、4脚，通过电脑连接调试端(外调试端连线到四脚输入端子)进行外部对整个核心MCU的调试，使得整个核心MCU可以正常工作。
S3、换接口Zigbee组网；
跳线帽换至5、6脚，7、8脚连接，使Zigbee接口电路接入核心电路，按下核心MUC电路的复位按键，初始化全部模块及电路，时钟模块工作开始计时，Zigbee接口电路初始化后进行组建局域网(组网对象为发送Zigbee接口电路)。
S4、数据接收；
组网成功后，进行数据的接收，当接收到一帧数据时，向SD卡存储数据(时间数据帧接收方式接受来源)同时将数据传送给核心MCU电路，并向上一个Zigbee节点发送ACK信号。
S5、数据发送；
由核心MCU电路将数据帧通过USB数据输出模块发送至中继电脑，同时SD卡存储数据(时间数据帧USB发送发送目的地)，如若未能接受到数据，Zigbee网络瘫痪，则接收端无响应，10分钟后上一节点电路直接将数据通过GPRS-4G发送至远方控制端。
本实施例中所述的平台电路和方法，全面分析农业物联网典型应用系统，以农业物联网多源传感器系统为应用对象，研究统一的多源传感数据模型及传感数据描述协议，探索在统一传感数据模型下面向无线传输的传感数据编码方式，有效的提高数据接收效率。
从概念模型、工程模型等方面逐步建立以农业物联网多源传感器节点为中心的传感数据模型，确定模型的编码表示方式——传感数据描述协议，形成传感数据的静态描述框架设计方法。研究适用于农业物联网底层数据协同、压缩、融合的方法，规范化底层信息处理模型，有效提高无线传感网中的数据传输效率，减少WSN中的冗余信息，降低节点能量消耗。
针对多种典型智能农业传感器节点无线传输方法，研究、设计各种传感节点之间互联互通和协同工作的稳健型传输手段，以满足传感器网络在混合组网、异构环境下的高效、可靠性传输。构建双模无线传输方法即：ZigBee+4G网络。构建双网融合的数据传输方式，按时、按需选择适用网络，进行高效、可靠的多源传感信息无线传输。
现有农业物联网中传感节点的各种传感器接口各不相同，导致每增加一种传感器的使用，都需要对节点的软硬件进行再次开发。本实施例针对农业物联网涉及到的典型传感器，研制符合农业物联网传感器接口规范的标准化多源传感系统，对模拟接口、不同类型的数字接口传感器进行标准化适配处理，对不同类型的输出信号通过总线连接到核心处理器。开发运行在传感器节点上的应用中间件，支撑异构数据类型的数据交互。完成传感器节点接口电路的标准化转换设计，解决农业物联网信息获取的各种传感器自动配置和有效集成问题。
(1)多源传感器接口标准化适配模块设计：以建立统一的标准化网络上传接口为目标，对不同类型传感器分类设计不同的接口电路(如SPI、I2C、RS485、模拟信号接口等)和前端电路，并对前端电路进行整合。通过嵌入式微处理器对有效的传感接口进行分时数据采集，经过统一的数据编码形成完整的数据流发送给网络传输模块，从而实现多源传感器的标准化功能。
(2)农业物联网传感器节点多种协议对接平台设计：针对农业物联网应用系统中的各种传感器自动配置和有效集成问题，在农业物联网标准化适配模块基础上，设计面向无线网络传输的多源传感器网络传输协议对接平台，建立支持诸如SPI、I2C、RS485等通用传输协议的协议对接平台，实现传感器数据的无缝隙接收、与无线传输网络的有效沟通。
针对多种典型智能农业传感器节点无线传输方法，研究、设计各种传感节点之间互联互通和协同工作的稳健型传输手段，以满足传感器网络在混合组网、异构环境下的高效、可靠性传输。构建双模无线传输方法即：ZigBee+4G网络。构建双网融合的数据传输方式，按时、按需选择适用网络，进行高效、可靠的多源传感信息无线传输。
对高密度传感节点条件下的可靠性传输方法进行研究，解决混合、异构网络条件下双模无线传输选择性和可切换性问题，为多源传感节点的可靠性无线传输奠定基础。
在本实施例中，该平台和方法具有如下优点：其一，自适应性，此平台称为通用型多源传感器无线数传平台，即可以通用兼容工业所用传感器的数据接收(如SPI、I2C、RS485、模拟信号接口等)；其二，数据融合将数据打包成一帧打包成为一帧数据(帧头+3论485数据+两路AD数据+三路串口232数据+帧尾【当所在通道无数据传输时候信息为“0”MCU自动处理分析】)进行发送、分析与处理；其三，网络的健壮性及鲁棒性，通过Zigbee+4G传输，构建双网融合的数据传输方式，按时、按需选择适用网络，进行高效、可靠的多源传感信息无线传输。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种无线数传平台的数传方法，包括发送端的发送方法和接收端的接收方法，其特征在于，
所述发送端的发送方法包括如下步骤：
S1、系统配置上电；
S2、初始化并调试核心MCU电路；
S3、换接口并接入数据端子；
S4、数据采集、打包、存储；
S5、数据发送。
2.如权利要求1所述的一种无线数传平台的数传方法，其特征在于，
所述接收端的接收方法包括如下步骤：
S1、系统配置上电；
S2、初始化并调试核心MCU电路；
S3、换接口Zigbee组网；
S4、数据接收；
S5、数据发送。
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