CN109951221A - 多种无线传输方式切换及拓展的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供多种无线传输方式切换及拓展的系统，上游的主机通过无线传输模块与中继通讯，中继通过无线传输模块与下游的各节点通讯；无线传输模块包括多种类型，所有类型的无线传输模块的尺寸一致；主机内集成使用到的不同类型的无线传输模块；各节点分别设有一种类型的无线传输模块，无线传输模块的类型能够任意替换；主机、中继和节点之间通过软件来屏蔽不同类型的无线传输模块功能的差异。本发明可无缝切换不同的无线传输方式，只需要替换一样大小的无线传输模块，开发效率大大提高；产品资料重复利用率高，产品成本变低；软件归类开发，迭代周期短；归类开发，屏蔽差异，实际产品维护量减少，利用中继可无限扩展，大大提高了应用的灵活性。
Description
技术领域
本发明主要涉及一种用于动力环境监控行业和安防监控行业的无线传输监控系统，尤其涉及一种多种无线传输方式切换及拓展的系统。
背景技术
在现有的动力环境监控行业和安防监控行业，目前主流的监控方式还是通过有线的方式进行传输。随着工业物联网的发展，无线传输的方式会慢慢取代有线传输的方式。而无线传输的方式各种各样，如Sub-G(如433Hz、Lora等)、2.4GHz(如Zigbee、BT等)等无线传输技术百家争鸣。根据不同的应用场景，常见的做法是，只能采用一种无线传输方式，如果要改为不同的无线传输方式，系统需要重新设计，牵一发而动全身，这样做存在如下缺陷：
1、相同的应用产品，只是无线传输方式的不同而造成整个产品的重新设计，资料利用率很低，耦合功能增多，无用功增大；
2、可利用率低，造成相应的成本变高；
3、开发周期变长；
4、软件迭代开发不好；
5、产品维护量增加。
此外，由于无线传输的距离限制，现有的无线传输系统的应用范围较窄，扩展性不好。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何实现多种无线传输方式的无缝切换，同时提高系统的扩展性。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供多种无线传输方式切换及拓展的系统，其特征在于：包括中继，上游的主机通过无线传输模块与中继通讯，所述中继通过无线传输模块与下游的各节点通讯；
所述无线传输模块包括多种类型，所有类型的无线传输模块的尺寸一致；
所述主机内集成使用到的不同类型的无线传输模块；各节点分别设有一种类型的无线传输模块，无线传输模块的类型能够任意替换；所述主机、中继和节点之间通过软件来屏蔽不同类型的无线传输模块功能的差异。
优选地，所述节点包括节点控制器和所述无线传输模块，所述节点控制器采集信息，屏蔽掉不同无线传输方式的功能使用差异，并通过所述无线传输模块进行无线传输通信，到达所述中继。
优选地，所述中继包括互相连接的中继主机和中继节点，中继主机连接下游的节点，中继节点连接上游的主机。
更优选地，所述中继主机包括中继主机主控处理器和不同类型的无线传输模块，通过与下游的节点对应的无线传输模块，收集各下游的节点的信息，在中继主机主控处理器里面进行处理分析；
所述中继节点包括中继节点控制器和无线传输模块，所述中继节点控制器采集中继主机主控处理器的信息，屏蔽掉不同无线传输方式的功能使用差异，通过无线传输模块进行无线传输通信，到达上游的主机。
优选地，所述上游的主机包括主机主控处理器和不同类型的所述无线传输模块，通过无线传输模块收集各中继的信息，所述主机主控处理器对收集到的各中继的信息进行处理分析。
优选地，所述无线传输模块包括主控MCU和射频模块，所述主控MCU和所述射频模块之间使用串口连接通信；不同类型的无线传输模块的射频模块不同。
更优选地，所述主控MCU使用芯片EFM32。
更优选地，所述主控MCU的管脚引出到无线传输模块外部对接的焊接点上。
更优选地，所述射频模块包括zigbee射频模块、433M射频模块。
更优选地，不同类型的所述射频模块对用设有不同的射频模块天线射频电路。
更优选地，所述主机、中继和节点通过软件来屏蔽不同类型的无线传输模块功能的差异的具体方法如下：
步骤1：实现无线传输模块的主控MCU的各种功能驱动；
步骤2：实现无线传输模块的主控MCU和射频模块的通讯，使用不同的射频模块时通过串口通讯，调用不同的收发函数；
步骤3：在应用层上嵌套使用相同的自定义协议实现不同类型的协议兼用，其中，无线类型字段选择不同的字段来区别对待不同类型的无线传输模块，发送地址和接收地址字段作为无线网络识别，通道字段作为识别不同的功能类型和对应地址，不同的功能对应不同的命令字；
步骤4：主机、中继和节点组网注册之后，主控MCU通过驱动采集到原始的数据，封装一层自定义协议之后，通过串口调用射频模块的收发函数，无线传输到对端，对端再根据自定义协议来解析，得到原始的数据。
进一步地，所述步骤1中，无线传输模块的主控MCU的各种功能驱动包括UART串口驱动、ADC模数转换驱动，DI数字输入驱动，DO数字输出驱动，对应硬件管脚资源的串口、电流型模拟输入、电压型模拟输入、数字输入、数字输出不同功能。
更优选地，如果拓展场景里面有屏蔽障碍导致无线信号无法传输，则通过中继把屏蔽障碍消除，具体方法为：在屏蔽障碍上打孔，中继节点内的无线传输模块的天线穿过屏蔽障碍上的孔引出来，接上天线延长线，通过天线延长线与上游的主机的无线传输模块通讯。
相比现有技术，本发明提供的多种无线传输方式切换及拓展的系统具有如下有益效果：
1、利用硬件实现切换不同的无线传输模块，利用软件实现功能差异，可无缝切换不同的无线传输方式，只需要替换一样大小的不同的无线传输模块，开发效率大大提高；
2、产品资料重复利用率高，产品的成本变低；
3、开发周期变短；
4、软件归类开发，迭代周期短；
5、归类开发，屏蔽差异，实际产品维护量减少；
6、利用中继可无限扩展，大大提高了应用的灵活性。
附图说明
附图通过示例说明本发明，而非限制本发明。类似的附图标记指代类似的元件。
图1为本实施例提供的多种无线传输方式切换及拓展的系统的框图；
图2为无线传输模块硬件框图；
图3为自定义协议图；
图4为拓展距离场景示意图；
图5为拓展数量场景示意图；
图6为消除障碍场景示意图。
具体实施方式
参考本文阐述的详细图和描述，可以最好地理解本公开。
本实施例主要使用到主机、中继、节点和无线传输模块，最终形成不同的节点配合不同的无线传输模块，切换使用不同的无线传输模块，并通过中继和主机进行通信，极大地方便扩展需求的系统。
如图1所示，本实施例提供的多种无线传输方式切换及拓展的系统包括四个部分：
第一个部分是无线传输模块，不同的无线模块使用硬件PIN2PIN的设计方式，可以达到各种无线传输方式的无缝切换，通过软件来屏蔽掉功能的差异，譬如节点3原来采用433无线传输，想改为采用Zigbee无线传输，只要将433无线传输模块替换为同样大小的硬件Zigbee无线传输模块即可。
第二个部分是节点，包括节点控制器和无线传输模块。节点端的节点控制器进行采集收集信息，屏蔽掉不同无线传输方式的功能使用差异，通过无线传输模块进行无线传输通信，到达中继主机。
第三个部分是中继，中继作为主机与节点之间的中间连接，使用中继可以极大的扩展无线产品的应用。中继由中继主机和中继节点两个部分组成，中继主机连接下游的节点，中继主机通过串口连接中继节点，中继节点连接上游的主机，实现下游的节点与上游的主机的数据交流，执行设备网络上、下行数据透传。
第三个部分是主机，包括主机主控处理器和使用到的不同类型的无线传输模块，通过与中继节点对应的无线传输模块，经过中继收集各下游的节点的信息，在主机主控处理器里面进行处理分析。
其中，中继主机的结构与上游的主机类似，包括中继主机主控处理器和使用到的不同类型的无线传输模块，通过与下游的节点对应的无线传输模块，收集各下游的节点的信息，在中继主机主控处理器里面进行处理分析。
中继节点的结构与下游的节点类似，包括中继节点控制器和无线传输模块。中继节点控制器进行采集收集信息，屏蔽掉不同无线传输方式的功能使用差异，通过无线传输模块进行无线传输通信，到达中继主机。
其中，无线传输模块的实现包括硬件实现和软件实现。
硬件实现的步骤如下：
步骤1：确定无线传输模块大小，如图2，布线长X为20.7mm，宽Y为26.7mm，要实现尽量的小。
步骤2：无线传输模块包括主控MCU和射频模块，主控MCU使用低功耗芯片EFM32，射频模块根据需要替换使用zigbee射频模块或者433M射频模块等，主控MCU和射频模块之间使用串口连接通信。
步骤3：根据需要替换使用zigbee射频模块或者433M射频模块的时候，对应的天线射频电路需要适配，调整阻容阻值，使用工具看波形调整等。
步骤4：把主控MCU的管脚资源(串口、电流型模拟输入、电压型模拟输入、数字输入、数字输出等不同功能)都引出来布线，分布在无线传输模块的对接焊接点上。
步骤5：无线传输模块里面的天线射频电路和射频模块作为不同点，最终形成不同类型的无线模块，如无线zigbee模块和无线433模块等。
软件实现的步骤如下：
步骤1：实现EFM32主控MCU的各种功能驱动，涉及到UART(串口)驱动、ADC(模数转换)驱动，DI(数字输入)驱动，DO(数字输出)驱动等，对应硬件管脚资源的串口、电流型模拟输入、电压型模拟输入、数字输入、数字输出等不同功能。
步骤2：实现EFM32主控MCU和射频模块的通讯，使用不同的射频模块需要通过串口通讯，调用不同的收发函数，zigbee对应zigbee_send和zigbee_rece收发函数，433M对应433_send和433_rece收发函数，里面封装了不同射频模块的寄存器收发操作。
步骤3：如图3，在应用层上嵌套使用相同的自定义协议实现不同类型的协议兼用，其中无线类型字段可以选择1：zigbee，2：433M等来区别对待不同类型的无线传输模块，发送地址和接收地址字段作为无线网络识别，通道字段作为识别不同的功能类型和对应地址，不同的功能对应不同的命令字。
步骤4：主机、中继和节点组网注册之后，EFM32主控MCU通过驱动采集到原始的数据，封装一层自定义协议之后，通过串口调用射频模块的收发函数，无线传输到对端，对端再根据自定义协议来解析，得到原始的数据。
本实施例可以根据不同的拓展需求场景实现不同的拓展功能。
1、拓展距离场景
如图4，无线节点1的通讯距离a是10米，通过中继1，可以变成通讯距离b达到100米的无线节点2。通过实现中继1能把连接距离拉长，满足这种拓展距离场景。实现方法如下：
硬件使用一个无线模块。
软件针对节点的程序进行修改，在自定义协议的无线类型字段增加6：无线中继，通道地址填0，程序通过解析协议获取到无线中继类型的字段，并且没有通道号，识别出来是中继1的功能，只需要把收到的数据完全不动，再一次完整地转发出去，达到实现路由中继的功能。
2、拓展数量场景
如图5，假设一个无线网络只能连接20个节点，通过中继2可以组建子网络20个节点，总共达到40个节点的数量拓展。如此类推，通过实现中继2能把连接数量增大，满足这种拓展数量场景。实现方法如下：
硬件使用两个无线模块，两个无线模块之间用串口连接通信。
软件分两个部分：主机部分和节点部分。针对中继2里面的中继主机部分，需要把收到的数据进行重新填装，在自定义协议的无线类型字段改成6：无线中继，通道地址填真实的通道地址，程序通过解析协议获取到无线中继类型的字段，并且有通道号，识别出来是中继2的功能，重新填装完成之后，通过中继2(中继主机和中继节点之间)的串口，透传至中继2的中继节点部分，中继2的中继节点部分收到透传过来的重新填装后的数据，直接使用节点的程序功能，发给上游的主机接收解析，达到实现路由中继的功能。
3、消除障碍场景
如图6，如果拓展数量的场景里面有一些屏蔽障碍(如铁皮)A导致无线信号无法传输。通过实现中继3能把障碍消除，满足这种消除障碍场景。实现方法如下：
硬件使用两个无线模块，两个无线模块之间用串口连接通信。在屏蔽障碍A上打孔，在节点端的无线模块需要把天线B穿过屏蔽障碍A上的孔引出来，接上天线延长线C。如此通过对屏蔽障碍打洞，把天线延长线伸出，保证无线信号可以接收。
软件和拓展数量场景一样使用，即一个上中继主机功能的代码，一个上中继节点功能的代码。
Claims (10)
1.多种无线传输方式切换及拓展的系统，其特征在于：包括中继，上游的主机通过无线传输模块与中继通讯，所述中继通过无线传输模块与下游的各节点通讯；
所述无线传输模块包括多种类型，所有类型的无线传输模块的尺寸一致；
所述主机内集成使用到的不同类型的无线传输模块；各节点分别设有一种类型的无线传输模块，无线传输模块的类型能够任意替换；所述主机、中继和节点之间通过软件来屏蔽不同类型的无线传输模块功能的差异。
2.如权利要求1所述的多种无线传输方式切换及拓展的系统，其特征在于：所述节点包括节点控制器和所述无线传输模块，所述节点控制器采集信息，屏蔽掉不同无线传输方式的功能使用差异，并通过所述无线传输模块进行无线传输通信，到达所述中继。
3.如权利要求1所述的多种无线传输方式切换及拓展的系统，其特征在于：所述中继包括互相连接的中继主机和中继节点，中继主机连接下游的节点，中继节点连接上游的主机。
4.如权利要求3所述的多种无线传输方式切换及拓展的系统，其特征在于：所述中继主机包括中继主机主控处理器和不同类型的无线传输模块，通过与下游的节点对应的无线传输模块，收集各下游的节点的信息，在中继主机主控处理器里面进行处理分析；
所述中继节点包括中继节点控制器和无线传输模块，所述中继节点控制器采集中继主机主控处理器的信息，屏蔽掉不同无线传输方式的功能使用差异，通过无线传输模块进行无线传输通信，到达上游的主机。
5.如权利要求1所述的多种无线传输方式切换及拓展的系统，其特征在于：所述上游的主机包括主机主控处理器和不同类型的所述无线传输模块，通过无线传输模块收集各中继的信息，所述主机主控处理器对收集到的各中继的信息进行处理分析。
6.如权利要求1所述的多种无线传输方式切换及拓展的系统，其特征在于：所述无线传输模块包括主控MCU和射频模块，所述主控MCU和所述射频模块之间使用串口连接通信；不同类型的无线传输模块的射频模块不同。
7.如权利要求6所述的多种无线传输方式切换及拓展的系统，其特征在于：所述射频模块包括zigbee射频模块、433M射频模块。
8.如权利要求6或7所述的多种无线传输方式切换及拓展的系统，其特征在于：不同类型的所述射频模块对用设有不同的射频模块天线射频电路。
9.如权利要求6所述的多种无线传输方式切换及拓展的系统，其特征在于：所述主机、中继和节点通过软件来屏蔽不同类型的无线传输模块功能的差异的具体方法如下：
步骤1：实现无线传输模块的主控MCU的各种功能驱动；
步骤2：实现无线传输模块的主控MCU和射频模块的通讯，使用不同的射频模块时通过串口通讯，调用不同的收发函数；
步骤3：在应用层上嵌套使用相同的自定义协议实现不同类型的协议兼用，其中，无线类型字段选择不同的字段来区别对待不同类型的无线传输模块，发送地址和接收地址字段作为无线网络识别，通道字段作为识别不同的功能类型和对应地址，不同的功能对应不同的命令字；
步骤4：主机、中继和节点组网注册之后，主控MCU通过驱动采集到原始的数据，封装一层自定义协议之后，通过串口调用射频模块的收发函数，无线传输到对端，对端再根据自定义协议来解析，得到原始的数据。
10.如权利要求4所述的多种无线传输方式切换及拓展的系统，其特征在于：如果拓展场景里面有屏蔽障碍导致无线信号无法传输，则通过中继把屏蔽障碍消除，具体方法为：在屏蔽障碍上打孔，中继节点内的无线传输模块的天线穿过屏蔽障碍上的孔引出来，接上天线延长线，通过天线延长线与上游的主机的无线传输模块通讯。
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