CN113242614A - 一种用于复杂管网环境的无线自组网系统及其组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种用于复杂管网环境的无线自组网系统，包括：至少一无线传感终端设备，每一无线传感终端设备包括第一主控芯片和与所述第一主控芯片连接的第一通信天线；以及无线传感主机设备，所述无线传感主机设备包括第二主控芯片和与所述第二主控芯片连接的第二通信天线；所述第一主控芯片和第二主控芯片为集成有射频芯片SUB‑1G、单主控芯片MCU、射频芯片RF和功率放大器PA的系统级芯片SOC。还公开了一种上述用于复杂管网环境的无线自组网系统的组网方法。本发明不仅有利于降低系统的整体能耗，极大地延长了电池的使用寿命，还大幅度地降低生产成本，可实现远距离星型组网，且通信稳定。

Description

一种用于复杂管网环境的无线自组网系统及其组网方法

技术领域

本发明涉及无线通信设备技术领域，尤其涉及一种用于复杂管网环境的低功耗无线自组网系统及其组网方法。

背景技术

目前市场中大多数工业级低功耗无线传感设备所使用的芯片采用单主控芯片MCU+射频芯片RF或者单主控芯片MCU+射频芯片RF+功率放大器PA的组合模式，这种模式存在以下缺陷：

1.占用较大的空间资源，外围电路复杂，在成本增加的同时芯片所需要的能量较多，并不适合超低功耗场合使用。

2.由于芯片较多，芯片之间的通信容易受到恶劣环境的影响，尤其是电磁辐射的影响，通信传输容易出现故障，误码率较高。

3.现有的工业级低功耗无线传感设备通常使用2.4G传输方案，传输距离受制于工业环境，传输距离较近，并不适用于密集管网或者密集钢架构的场合，例如石油化工工厂、长输管道等场合使用；同时，使用2.4G传输方案在复杂管网环境传输的距离通常为50米以内，难以满足客户实际需求。

为此，本申请人经过了有益的探索和研究，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于：针对现有技术的不足而提供一种外围电路简单、开发周期短、能耗低、通信稳定、抗干扰能力强的用于复杂管网环境的无线自组网系统。

本发明所要解决的技术问题之二在于：提供一种上述用于复杂管网环境的无线自组网系统的组网方法。

作为本发明第一方面的一种用于复杂管网环境的无线自组网系统，包括：

至少一无线传感终端设备，每一无线传感终端设备包括第一主控芯片和与所述第一主控芯片连接的第一通信天线；以及

无线传感主机设备，所述无线传感主机设备包括第二主控芯片和与所述第二主控芯片连接的第二通信天线，所述无线传感主机设备的第二通信天线与每一无线传感终端设备的第一通信天线之间通过无线方式进行连接；其特征在于，

所述第一主控芯片和第二主控芯片为集成有射频芯片SUB-1G、单主控芯片MCU、射频芯片RF和功率放大器PA的系统级芯片SOC。

在本发明的一个优选实施例中，每一无线传感终端设备还包括至少一传感器接口、至少一电池接口、若干操作按键和若干状态指示灯，每一传感器接口、每一电池接口、每一操作按键和每一状态指示灯分别与所述第一主控芯片连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述无线传感主机设备还包括若干串行接口，每一串行接口分别与所述第二主控芯片连接。

作为本发明第二方面的一种上述用于复杂管网环境的无线自组网系统的组网方法，包括以下步骤：

步骤S10，无线传感主机设备创建专用通信信道，并预先设置好分配给无线传感终端设备的通信短地址，所述专用通信网络包括专用入网信道和数据通信信道；

步骤S20，无线传感主机设备切换至专用入网信道，并启动入网功能，以准许无线传感终端设备进行入网操作；

步骤S30，需要入网的无线传感终端设备通过专用入网信道向无线传感主机设备发送入网请求；

步骤S40，无线传感器主机设备对无线传感终端设备发送的入网请求进行解析处理，并根据该无线传感终端设备的ID号自动分配对应的通信短地址，再将对应的通信短地址和当前数据通信信道发送至该无线传感器终端设备；

步骤S50，该无线传感终端设备接收无线传感器主机设备发送的对应的通信短地址和当前数据通信信道，并自动切换至当前数据通信信道；

步骤S60，待所有需要入网的无线传感终端设备入网后，无线传感器主机设备关闭入网功能，并切换至数据通信信道。

由于采用了如上技术方案，本发明的有益效果在于：

1.本发明的无线传感终端设备和无线传感主机设备的主控芯片均采用集成有射频芯片SUB-1G、单主控芯片MCU、射频芯片RF和功率放大器PA的系统级芯片SOC，可有效地简化外围电路，设备硬件部分体积至少缩减一半，降低开发周期，不仅有利于降低系统的整体能耗，极大地延长了电池的使用寿命，还大幅度地降低生产成本。

2.本发明采用SUB-1G低功耗无线通信方式，通信距离可达公里级，通信信道较多，抗干扰能力较强。

3.本发明采用独有的星型自组网方式，相较于传统的无线mesh组网方式更为便捷，只须极少的操作步骤即可实现小区域星型组网方案；同时，本发明可实现远距离星型组网，且通信稳定，能够满足石油化工工业中环境复杂且需要通信距离较远的应用场合。

4.本发明在多个无线传感主机设备存在同一区域的情况下，每个无线传感主机设备下的无线传感终端设备不会相互干扰，避免数据掉包严重问题，保证了数据的稳定性、完整性、实时性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的用于复杂管网环境的无线自组网系统的结构示意图。

图2是本发明的用于复杂管网环境的无线自组网系统的组网方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1，图中给出的是一种用于复杂管网环境的无线自组网系统，包括至少一无线传感终端设备100和无线传感主机设备200。

每一无线传感终端设备100包括主控芯片110、通信天线120、至少一传感器接口130、至少一电池接口140、若干操作按键150和若干状态指示灯160。通信天线120、每一传感器接口130、每一电池接口140、每一操作按键150和每一状态指示灯160分别与主控芯片110连接。其中，通信天线120负责进行无线通信；传感器接口130用于接入设备现场的传感器，以接收传感器采集到的数据；电池接口140用于与现场设备的电池端口连接，为无线传感终端设备100提供工作所需的电能；操作按键150用于方便现场人员操作无线传感终端设备100；状态指示灯160用于显示无线传感终端设备100的当前状态，以便于现场人员了解。

无线传感主机设备200包括主控芯片210、通信天线220以及若干串行接口230。通信天线220和每一串行接口230分别与主控芯片210连接。无线传感主机设备200的通信天线220与每一无线传感终端设备100的通信天线120之间通过无线方式进行连接。其中，通信天线220负责进行无线通信；串行接口230负责与其他设备进行连接。

主控芯片110、210采用集成有射频芯片SUB-1G、单主控芯片MCU、射频芯片RF和功率放大器PA的系统级芯片SOC，可有效地简化外围电路，设备硬件部分体积至少缩减一半，降低开发周期，不仅有利于降低系统的整体能耗，极大地延长了电池的使用寿命，还大幅度地降低生产成本。本发明采用SUB-1G低功耗无线通信方式，通信距离可达公里级，通信信道较多，抗干扰能力较强。本发明采用SUB-1G低功耗无线通信方式，通信距离可达公里级，通信信道较多，抗干扰能力较强。

参见图2，本发明的用于复杂管网环境的无线自组网系统的组网方法，包括以下步骤：

步骤S10，无线传感主机设备200创建专用通信信道，并预先设置好分配给无线传感终端设备100的通信短地址；专用通信网络包括专用入网信道和数据通信信道，专用入网信道负责入网通信，数据通信信道负责数据通信；由于每一台无线传感终端设备100具有唯一的ID号，入网时，无线传感主机设备200根据无线传感终端设备100的ID号分配通信短地址，以便保证无线传感主机设备200连接下的每台无线传感终端设备100的唯一性。

步骤S20，无线传感主机设备200切换至专用入网信道，并启动入网功能，以准许无线传感终端设备100进行入网操作。

步骤S30，需要入网的无线传感终端设备100通过专用入网信道向无线传感主机设备200发送入网请求。

步骤S40，无线传感器主机设备200对无线传感终端设备100发送的入网请求进行解析处理，并根据该无线传感终端设备的ID号自动分配对应的通信短地址，再将对应的通信短地址和当前数据通信信道发送至该无线传感器终端设备100。

步骤S50，该无线传感终端设备100接收无线传感器主机设备200发送的对应的通信短地址和当前数据通信信道，并自动切换至当前数据通信信道。

步骤S60，待所有需要入网的无线传感终端设备100入网后，无线传感器主机设备200关闭入网功能，并切换至数据通信信道。

本发明采用独有的星型自组网方式，相较于传统的无线mesh组网方式更为便捷，只须极少的操作步骤即可实现小区域星型组网方案；同时，本发明可实现远距离星型组网，且通信稳定，能够满足石油化工工业中环境复杂且需要通信距离较远的应用场合。

本发明在多个无线传感主机设备存在同一区域的情况下，每个无线传感主机设备下的无线传感终端设备不会相互干扰，避免数据掉包严重问题，保证了数据的稳定性、完整性、实时性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种用于复杂管网环境的无线自组网系统，包括：

至少一无线传感终端设备，每一无线传感终端设备包括第一主控芯片和与所述第一主控芯片连接的第一通信天线；以及

无线传感主机设备，所述无线传感主机设备包括第二主控芯片和与所述第二主控芯片连接的第二通信天线，所述无线传感主机设备的第二通信天线与每一无线传感终端设备的第一通信天线之间通过无线方式进行连接；其特征在于，

所述第一主控芯片和第二主控芯片为集成有射频芯片SUB-1G、单主控芯片MCU、射频芯片RF和功率放大器PA的系统级芯片SOC。

2.如权利要求1所述的用于复杂管网环境的无线自组网系统，其特征在于，每一无线传感终端设备还包括至少一传感器接口、至少一电池接口、若干操作按键和若干状态指示灯，每一传感器接口、每一电池接口、每一操作按键和每一状态指示灯分别与所述第一主控芯片连接。

3.如权利要求1所述的用于复杂管网环境的无线自组网系统，其特征在于，所述无线传感主机设备还包括若干串行接口，每一串行接口分别与所述第二主控芯片连接。

4.一种如权利要求1至3中任一项所述的用于复杂管网环境的无线自组网系统的组网方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10，无线传感主机设备创建专用通信信道，并预先设置好分配给无线传感终端设备的通信短地址，所述专用通信网络包括专用入网信道和数据通信信道；

步骤S20，无线传感主机设备切换至专用入网信道，并启动入网功能，以准许无线传感终端设备进行入网操作；

步骤S30，需要入网的无线传感终端设备通过专用入网信道向无线传感主机设备发送入网请求；

步骤S40，无线传感器主机设备对无线传感终端设备发送的入网请求进行解析处理，并根据该无线传感终端设备的ID号自动分配对应的通信短地址，再将对应的通信短地址和当前数据通信信道发送至该无线传感器终端设备；

步骤S50，该无线传感终端设备接收无线传感器主机设备发送的对应的通信短地址和当前数据通信信道，并自动切换至当前数据通信信道；

步骤S60，待所有需要入网的无线传感终端设备入网后，无线传感器主机设备关闭入网功能，并切换至数据通信信道。

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