CN112689256A - 基于2.4g或433m的无线通信系统、方法及无线体温采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于2.4G或433M的无线通信系统、方法及无线体温采集系统，无线通信系统包括：服务器，与服务器连接的多个通信子网，每个通信子网包括一个基站和多个接入该基站的终端。终端与基站之间基于2.4G或433M的通信协议进行通信：基站在固定的信道和接入地址进行广播，终端根据获取到的广播信息选择信号最强的基站进行通信。基站和多个终端采用时分的方式进行通信，一个终端占用一个时隙，避免了多个终端间的射频干扰，终端不传输数据时处于休眠状态，能够降低功耗。终端与基站断开后可重新扫描连接至其他基站。该无线数据采集系统具有抗干扰能力强、接入终端容量大等优点，适用于大规模和具有移动终端的数据采集，满足无线体温采集的要求。

Description

基于2.4G或433M的无线通信系统、方法及无线体温采集系统

技术领域

本发明涉及无线电通信技术领域，具体涉及一种基于2.4G或433M的无线通信系统、方法及无线体温采集系统。

背景技术

相对于用体温枪进行单个检测等传统方式，无线体温采集具有接触少，测温准确，实时性高，便以监控等优点。无线体温采集除节点(或称终端)的体温传感外，依赖无线通信技术将数据发送到基站(或称主机)上。无线体温采集的系统的通信技术应满足以下要求：(1) 低功耗，因为节点一般使用电池供电；(2)容量大，单个通信子网可容纳100～200 个节点，且子网与子网可组成大的网络；(3)节点可移动、可根据距离动态切换到新的通信子网；(4)有效通信距离在10m～30m。

目前常见的无线通信技术有WIFI，ZigBee，蓝牙，LoRa等，它们都有各自的技术特点和适用场景：

WIFI主要用于设备无线上网，连接数量一般不超过20个，WIFI具有传输速率高，功耗大的特点，传输距离一般为10m内。功耗和连接数量有较大的限制。

ZigBee是一种低速双向无线通信技术，其具有低功耗和自组网的特点。 ZigBee在固定的通信信道内使用CSMA-CA(载波检测多路访问)算法进行冲突判断。ZigBee的网络节点数理论上为65535，但实际应用中受限于SOC的硬件资源以及冲突避让算法，网络节点数一般不超过100个，网络与网络之间无法通信，节点无法动态切换不同网络和选择基站。

蓝牙主要用于设备和设备间的无线数据交换，可以组成微型网络，一般蓝牙主机的连接上限为8个，受连接数量的限制。

LoRa是一种低功耗远距离的通信技术，无冲突检测机制，多个节点向主机发送数据时，存在碰撞而导致通信不正常的可能。

综上，目前常见协议的典型应用无法实现大规模且有移动节点的无线传感网络。

发明内容

针对上述问题，发明人提供了一种基于2.4G或433M的无线通信系统、方法及无线体温采集系统，具有低功耗、双向通信、动态切换基站、抗干扰能力强、终端容量大等特点，适用于大规模和具有移动节点网络的数据采集，同时可实现移动节点的定位。

具体地，根据第一方面，本发明提供了一种基于2.4G或433M的无线通信系统，该系统包括：服务器，与所述服务器连接的多个通信子网，每个通信子网包括一个基站和多个接入该基站的终端，所述终端与基站通过基于2.4G或 433M的通信协议进行通信，每个基站均与服务器通信连接；

所述基站内置有广播定时器，所述广播定时器用于定时发送广播；

所述基站发出广播后进入通信信道进行监听，等待接收所述终端的数据并在接收到来自所述终端的数据后作出应答；所述基站还用于将两次广播之间的通信时间划分为若干时隙，用时隙位图标记时隙是否被占用，所述基站通过收到数据的时间和上次广播时间的间隔计算被占用的时隙，修改时隙位图，修改后的时隙位图用于下次通信；

所述终端用于扫描多个基站，并基于RSSI与信号最强的基站进行连接，所述终端还用于获取广播包，同时基于所述广播包接入所述通信信道进行数据传输，数据发送完成后，所述终端进入休眠。

进一步地，所述广播包包括：跳频表、当前通信信道索引、接入地址和上一次通信修改的时隙位图；

所述终端还用于将自身物理地址修改为所述接入地址，基于所述上一次通信修改的时隙位图随机选择空闲时隙作为通信时隙，并根据所述当前通信信道索引和跳频表接入所述通信信道。

进一步地，所述基站还用于判断通信时间是否用完，若用完，则改变通信通道，使用所述跳频表中的下一通信信道进行下一次通信，若未用完，则继续在当前通信信道监听，直至通信时间用完为止。

进一步地，所述终端还用于将数据传输给基站后，等候所述基站的应答，若连续三次通信应答皆超时，则重新扫描基站，与信号最强的基站进行连接；若未连续超时三次，则进行休眠，等待下次通信。

进一步地，所述服务器用于获取所述基站的位置，并基于所述基站的位置对与该基站进行通信的终端进行模糊定位。

根据第二方面，本发明还提供了一种基于如上所述的无线通信系统的通信方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：终端扫描多个基站，并基于RSSI与信号最强的基站进行连接；同时所述基站发出广播，并进入通信通道进行监听，等待数据传输；

步骤2：与同一基站相连的多个终端分别获取广播包，并基于所述广播包进行时间同步，接入所述通信信道进行数据传输，数据传输完成后，进入休眠；每个终端占据一个空闲时隙；

步骤3：所述基站接收到来自所述终端的数据后，作出应答，所述基站通过收到数据的时间和上次广播时间的间隔计算被占用的时隙，每个终端对应一个时隙；

步骤4：所述基站基于所述被占用时隙修改时隙位图，并将修改后的时隙位图通过下一次广播进行发送。

进一步地，所述广播包包括：随机跳频表、当前通信信道索引、接入地址和上一次通信修改的空闲时隙位图；

所述接入通信通道进行数据传输的步骤包括：

所述终端将自身物理地址修改为所述接入地址，基于所述上一次通信修改的空闲时隙位图随机选择空闲时隙为通信时隙，并根据所述当前通信信道索引和跳频表选择使用的通信信道；

所述终端等待所述通信时隙，若到达所述通信时隙，则在所述通信时隙进行数据传输，若未到达所述通信时隙，则进行休眠，直至达到所述通信时隙。

进一步地，该方法还包括：

步骤5：所述基站判断通信时间是否用完，若用完，则改变通信通道，取所述跳频表中的下一通信通道进行下一次通信，若未用完，则继续在当前通信通道监听，直至通信时间用完为止。

进一步地，步骤2还包括：

所述终端将数据传输给基站后，等候所述基站的应答，若连续三次通信应答皆超时，则所述终端重新扫描基站，与信号最强的基站进行连接；若未连续超时三次，则所述终端进行休眠，等待下次通信。

根据第三方面，本发明还提供了一种无线体温采集系统，该系统包括如上所述的通信系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)终端通过扫描基站，然后基于RSSI选择与信号最强的基站连接，实现了终端可移动同时也提高了采集网络的覆盖范围。

(2)基站与终端之间采用跳频、物理地址隔离、时分多路的方式通信，可避免多个终端数据传输时发生冲突，保障数据的正常传输，同时大大增加单个基站可连接的终端数量。

(3)基站的位置是固定的，当终端脱离基站范围后会断开，重新扫描基站进行附着和通信，使得服务器能够通过基站的位置对终端进行模糊定位。

附图说明

图1为本申请提供的一种基于2.4G或433M的无线通信系统的示意图；

图2为实施例1中基站上电后的工作流程图；

图3为实施例1中终端上电后的工作流程图；

图4为实施例1中的基站与终端的通信时隙图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

跳频表是一组通信信道，一般1MHz作为一个信道，以2.4G举例， 2400MHz～2500MHz共有100个信道。

广播是指在固定的信道和无线接入地址发送数据包。

RSSI指接收的信号强度指示，无线发送层的可选部分，用来判定链接质量，以及是否增大广播发送强度。

实施例1：

如图1所示，本发明提供了一种基于2.4G或433M的无线通信系统，该通信系统用于无线体温采集。该系统包括：服务器，与服务器连接的多个通信子网，每个通信子网包括一个基站和多个接入该基站的终端。其中，一个该系统中可包含1～200个通信子网，每个通信子网可包含0～200个终端，单个基站负载的终端数量可根据应用场景和需求设计，优选为100～200个。能够满足大规模、大范围的无线数据采集。在本实施例中，终端为具备体温检测功能的手环。终端通过2.4G或433M通信协议与基站通信(基站与终端的通信距离为 10m～30m)，将采集到的体温数据上传至基站；基站通过WIFI或其他方式与服务器连接，进而将体温数据上传至服务器。应当理解的是，终端包括：体温传感器、前端射频芯片(2.4G或433M)和后端CPU或者集成前端射频和后端处理器的SOC(片上系统、单芯片)；基站包括：前端射频芯片(2.4G或433M) 和后端CPU或者集成前端射频和后端处理器的SOC。同时，通过事先记录好基站的位置，并输入到服务器中，服务器即可对与该基站进行通信的终端进行模糊定位。以一个房间为一个通信子网为例，当携带一号终端的人员进入一号基站的覆盖范围后(即进入一号房间)，第一终端与第一基站连接后，终端将采集到的体温上传至基站，进而上传至服务器，服务器即可判断出携带第一终端的人员在一号房间内。通过模糊定位，还能够实现考勤功能，通过数据上传的时间点，确定携带终端的人员是否存在迟到、早退等情况。进一步地，基站内置有广播定时器，用于定时广播，前后两次广播的时间间隔为通信时间，一个通信时间包括多个空闲时隙。

如图2所示，基站上电后(即首次工作)需进行如下准备：

步骤S11：初始化自身设备信息，包括设备名称、设备类型、设备地址 (0～65535)、组编号(0～65535)，组编号用于区分不同的应用网络，例如不同单位或学校。

步骤S12：生成随机物理地址，用于隔离不同的通信子网。

步骤S13：生成随机跳频表，减少不同通信子网射频干扰。

步骤S14：初始化空闲时隙位图。

步骤S15：配置和初始化射频。

步骤S16：基站将广播定时器初始化，设置广播时间，前后两次广播的时间间隔为通信时间，一个通信时间包括多个空闲时隙。

如图3所示，终端上电后(即首次工作)需进行如下准备：

步骤S21：初始化自身设备信息，包括设备名称、设备类型、设备地址 (0～65535)、组编号(0～65535)。

步骤S22：配置和初始化射频。

基站和终端配置好后，进行通信，具体工作流程如下：

步骤1：终端扫描基站，并基于RSSI与信号最强的基站进行连接；同时每个基站均在固定的信道和地址进行广播，广播发送完成后选择当前通信信道进行监听，等待数据传输。

步骤2：与同一基站相连的多个终端分别获取广播包，并基于所述广播包进行时间同步，接入通信通道进行数据传输，数据传输完成后，进入休眠。

其中，每个广播包均包括：跳频表、当前通信信道索引、接入地址和上一次通信修改的空闲时隙位图。终端接入通信通道进行数据传输的步骤包括：终端将自身物理地址修改为接入地址，基于上一次通信修改的空闲时隙位图随机选择空闲时隙为通信时隙，在一个通信时间内，包含有多个时隙，每个终端占据一个空闲时隙，并根据当前通信信道索引接入通信通道。同时，终端进行休眠，等待通信时隙，若到达通信时隙，则在通信时隙内进行数据传输，若未到达通信时隙，则继续休眠，直至达到通信时隙。终端将数据传输给基站后，等候基站的应答，若应答连续超时三次，则认为已和基站断开，终端重新扫描基站，与信号最强的基站进行连接，进行通信；若未连续超时三次，则终端进行休眠，等待下次通信。基站与终端进行跳频、物理地址隔离和时分多路的方式进行通信，能够有效避免冲突，保证数据的传输。

步骤3：基站接收到来自终端的数据后，基于数据收到的时间和上次广播的时间间隔，计算出被占用的时隙。需要说明的是，本发明不涉及对时隙计算方法的改进，本发明计算时隙的方法为常规技术手段，在此不做赘述。

步骤4：基站根据被占用的时隙修改空闲时隙位图，修改后的时隙位图体现在下次广播的数据包中。

步骤5：基站判断通信时间是否用完，若用完，则改变通信通道，取跳频表中的下一通信通道进行下一次通信，若未用完，则继续在当前通信通道监听，直至通信时间用完为止。

举例来说，如图4所示，若广播间隔为1s，通信时隙为10ms，单个基站可负载的终端数为100个，共有100个时隙。首先，终端扫描基站，并与信号最强的基站进行连接，同时，基站在固定的信道和无线接入地址发送广播，并根据跳频表和通信信道索引选择通信信道进行监听，等待数据传输。若只有终端1 和终端2接入该基站，则终端1和终端2根据广播包中的空闲时隙位图随机选择空闲时隙，如终端1选择时隙2，终端2选择时隙n与基站进行通信，基站进行监听，同时终端1进行休眠，等待时隙2，终端2等待时隙n，到达时隙2后，终端1与基站进行通信，通信完成后，终端1等待基站的应答。若连续3次通信都未收到应答，则认为已和基站断开，终端1重新扫描基站，与信号最强的基站进行连接，进行数据传输。若未连续超时三次，则终端1继续休眠，等待下一次通信。同理，终端2等待时隙n，到达时隙n后，与基站进行通信，将数据上传给基站。同时，基站判断通信时间是否到1s，若用完1s，则取跳频表中的下一通信通道作为下一次通信的信道并发送广播，若未用完，则继续在当前通信通道监听，直至通信时间用完为止。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种基于2.4G或433M的无线通信系统，其特征在于，包括：服务器，与所述服务器连接的多个通信子网，每个通信子网包括一个基站和多个接入该基站的终端，所述终端与基站通过基于2.4G或433M的通信协议进行通信，每个基站均与服务器通信连接；

所述基站内置有广播定时器，所述广播定时器用于定时发送广播；

所述基站发出广播后进入通信信道进行监听，等待接收所述终端的数据并在接收到来自所述终端的数据后作出应答；所述基站还用于将两次广播之间的通信时间划分为若干时隙，用时隙位图标记时隙是否被占用，所述基站通过收到数据的时间和上次广播时间的间隔计算被占用的时隙，修改时隙位图，修改后的时隙位图用于下次通信；

所述终端用于扫描多个基站，并基于RSSI与信号最强的基站进行连接，所述终端还用于获取广播包，同时基于所述广播包接入所述通信信道进行数据传输，数据发送完成后，所述终端进入休眠。

2.如权利要求1所述的无线数据采集系统，其特征在于，所述广播包包括：跳频表、当前通信信道索引、接入地址和上一次通信修改的时隙位图；

所述终端还用于将自身物理地址修改为所述接入地址，基于所述上一次通信修改的时隙位图随机选择空闲时隙作为通信时隙，并根据所述当前通信信道索引和跳频表接入所述通信信道。

3.如权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，所述基站还用于判断通信时间是否用完，若用完，则改变通信通道，使用所述跳频表中的下一通信信道进行下一次通信，若未用完，则继续在当前通信信道监听，直至通信时间用完为止。

4.如权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，所述终端还用于将数据传输给基站后，等候所述基站的应答，若连续三次通信应答皆超时，则重新扫描基站，与信号最强的基站进行连接；若未连续超时三次，则进行休眠，等待下次通信。

5.如权利要求1-4任意一项所述的无线通信系统，其特征在于，所述服务器用于获取所述基站的位置，并基于所述基站的位置对与该基站进行通信的终端进行模糊定位。

6.一种基于权利要求1-5中任意一项所述的无线通信系统的通信方法，其特征在于，包括：

步骤1：终端扫描多个基站，并基于RSSI与信号最强的基站进行连接；同时所述基站发出广播，并进入通信通道进行监听，等待数据传输；

步骤2：与同一基站相连的多个终端分别获取广播包，并基于所述广播包进行时间同步，接入所述通信信道进行数据传输，数据传输完成后，进入休眠；每个终端占据一个空闲时隙；

步骤3：所述基站接收到来自所述终端的数据后，作出应答，所述基站通过收到数据的时间和上次广播时间的间隔计算被占用的时隙，每个终端对应一个时隙；

步骤4：所述基站基于所述被占用时隙修改时隙位图，并将修改后的时隙位图通过下一次广播进行发送。

7.如权利要求6所述的通信方法，其特征在于，所述广播包包括：随机跳频表、当前通信信道索引、接入地址和上一次通信修改的空闲时隙位图；

所述接入通信通道进行数据传输的步骤包括：

所述终端将自身物理地址修改为所述接入地址，基于所述上一次通信修改的空闲时隙位图随机选择空闲时隙为通信时隙，并根据所述当前通信信道索引和跳频表选择使用的通信信道；

所述终端等待所述通信时隙，若到达所述通信时隙，则在所述通信时隙进行数据传输，若未到达所述通信时隙，则进行休眠，直至达到所述通信时隙。

8.如权利要求7所述的通信方法，其特征在于，还包括：

步骤5：所述基站判断通信时间是否用完，若用完，则改变通信通道，取所述跳频表中的下一通信通道进行下一次通信，若未用完，则继续在当前通信通道监听，直至通信时间用完为止。

9.如权利要求6所述的通信方法，其特征在于，步骤2还包括：

所述终端将数据传输给基站后，等候所述基站的应答，若连续三次通信应答皆超时，则所述终端重新扫描基站，与信号最强的基站进行连接；若未连续超时三次，则所述终端进行休眠，等待下次通信。

10.一种无线体温采集系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任意一项所述的通信系统。

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