CN1284346C - 用于解决基于蜂群通信方式的数据传输问题的多模无线数据收发设备 - Google Patents

Abstract

用于解决基于蜂群通信方式的数据传输问题的多模无线数据收发设备，用于解决基于蜂群通信方式(ZigBee)的数据传输问题，第一天线(1)与第一无线模块(2)相接，第二天线(3)与第二无线模块(4)相接，第一无线模块(2)的数据接口(24)、第二无线模块(4)的第二数据接口(44)分别与第一控制逻辑电路(5)的数据接口端相接，第一控制逻辑电路(5)的数据地址线、晶振(6)、看门狗电路(7)、微处理器单元(9)、数据和程序扩展存储器(10)、第二控制逻辑电路(11)分别通过连接线与DSP处理器(8)相接，第二控制逻辑电路(11)通过连接线(22、23)与高速接口(12)相接。

Description

用于解决基于蜂群通信方式的数据传输问题的多模无线数据收发设备

                        技术领域

本发明是一种双模无线数据收发设备，用于解决基于蜂群通信方式(ZigBee)的数据传输问题，属于短距离、低速率的无线通信技术领域。

                        背景技术

随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现。由于传感网络的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注。这种传感网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时检测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。例如，传感网络可以向正在准备进行登陆作战的部队指挥官报告敌方岸滩的详实特征信息，如丛林地带的地面坚硬度、干湿度等，为指定作战方案提供可靠的信息。传感网络可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实而可靠的信息。因此，这种网络系统可以被广泛地应用于国防军事、国家安全、环境检测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。传感网络是信息感知和采集的一场革命，传感网络尤其是无线传感网络作为一个全新的研究领域，在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量的挑战性研究课题。

无线传感网络是由一组传感器以Ad Hoc方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，然后发布给观察者。无线传感网络中的节点可以自由移动，网络的拓扑结构也会随着节点的移动而不断的动态变化。节点间以Ad Hoc方式进行通信，每个节点都可以充当路由器的角色，而且每个节点都具备动态搜索、定位和恢复连接的能力。Zigbee技术是无线传感网络技术典型特征，以低速、低成本、低功耗、网络可延展成为当前学术界企业界共同的关注的热点技术，无线收发设备是无线传感网络节点功能实现的关键部件。

                        发明内容

技术问题：本发明的目的是提供经济实用，使用开放无线电频段，可实现自组织联网的用于解决基于蜂群通信方式的数据传输问题的多模无线数据收发设备。

技术方案：本发明的用于解决基于蜂群通信方式的数据传输问题的多模无线数据收发设备，有机地将新兴的短距离、低速率无线网络技术ZigBee和应用广泛的嵌入式DSP系统相结合，从而为数据采集提供了无线透明传输的功能，其电路构成为：

第一天线与第一无线模块相接，第二天线与第二无线模块相接，第一无线模块的数据接口通过连接线、第二无线模块的第二数据接口通过连接线分别与第一控制逻辑电路的数据接口端相接，第一控制逻辑电路的数据地址线通过连接线与DSP处理器中的数据地址总线相接，晶振通过连接线与DSP处理器中的参考时钟输入相接，DSP处理器中的主复位输入通过连接线与看门狗电路相接，DSP处理器中的HPI接口通过连接线与微处理器单元相接，DSP处理器中的数据地址总线通过连接线与数据和程序扩展存储器相接、通过连接线与第二控制逻辑电路相接，第二控制逻辑电路通过连接线、与高速接口相接，第二控制逻辑电路通过连接线与数据和程序扩展存储器相接。

高速接口包括USB接口和网卡接口。

其具体工作原理是：将第一无线模块或第二无线模块(通过控制逻辑电路进行切换)作为无线中继器使用，数据终端设备的数据由高速接口读入DSP处理器，然后再通过第一控制逻辑电路传给无线模块。

该发明用于解决基于ZigBee标准的数据传输问题，即可使单个或多个ZigBee数据终端通过本发明，以多模无线方式将其各自的数据传送给网络中的ZigBee协调器，协调器负责为建立和启动网络这一过程设置参数，其中包括选择一个射频信道、唯一的网络标识符以及一系列操作参数。由于路由器和终端设备被整合到网络之中，所以它们从协调器或从任何已经处于网络中的路由器那里可以获得有关网络的信息。这些信息可以让其他设备设置操作参数，并因此加入网络之中。其中，第一天线和第二天线分别工作在2.4G和900M的不同频段上，使用第一控制逻辑电路对第一无线模块和第二无线模块进行切换。

有益效果：该发明具有如下优点：

1、其900M，2.4G开放频段的双模设计保证了网络可靠性；

2、应用CPLD实现在线可编程的无线模式设置，使用户能实现个性定制式无线传感网络自由构架；

3、开放频段的双模设计，用户不必顾虑走无线公网带来的流量费用增加和信息安全问题；

4、高可靠低成本型号的MCU和DSP的共平台设计，使无线传感网的节点设备兼具了控制与信号处理能力，用户可以自由选配加载数据处理软件或网络延展控制软件。

5、网络接口，高速串行接口，存储扩展接口采用可编程设计模式，提升了无线传感网络节点硬件电路的保密性和通用性以及功能扩展的冗余性。

其在线可编程的开放频段无线多模设计方法，使用户能实现个性定制式无线传感网络自由构架，也就是不需要进行繁琐的布线就可以在企、事业一些室内外应用场合，提供一种短距离、不受障碍物影响、成本低、抗干扰性强、易于扩展的无线数据传输方式，客户可以方便、快捷地使用该设备进行数据传输，在家庭信息网络中，在工业现场环境中，在临时集会中，在野外勘测试验中，在军事公安突发行动中等应用中快速布网，完成数据采集处理与传输，不仅可以免除线路施工成本，其900M，2.4G开放频段的双模设计保证了网络可靠性，同时还不必顾虑走无线公网带来的流量费用增加和信息安全问题。

                         附图说明

图1是本发明的无线数据收发设备电路原理框图。图中有：第一天线1；第二天线3；第一无线模块2、射频前端21、功率控制22、基带控制23、数据接口24；第二无线模块4、第二射频前端41、第二功率控制42、第二基带控制43、第二数据接口44；第一控制逻辑电路5；晶振6；复位、看门狗电路7；DSP处理器8、HPI接口81、数据地址总线82、参考时钟输入83、主复位输入84；微处理器单元9；数据和程序扩展存储器10；第二控制逻辑电路11；高速接口12；连接线13～23。

图2是晶振6；复位/看门狗电路7；DSP处理器8的电路原理图。

图3是第一无线模块2、第二无线模块4、第一控制逻辑电路5的电路原理图。

图4是微处理器单元9、数据和程序存储器10的电路原理图。

图5是第二控制逻辑电路11、高速接口12及电源的电路原理图。

                        具体实施方式

天线用于接收和发射电磁波；无线模块用作无线中继器；DSP系统以DSP处理器作为核心，数据和程序存储器外围电路，微控制器C51单元用作PC命令的控制器。无线模块(2.4GHz、868和915MHz)

1、第一无线模块2：

第一天线1和和第一无线模块2采用RFWaves公司的RFW102实现；利用RFW-D100芯片支持的链路管理协议，可以简化上层协议的开发过程。

2、第二无线模块4：

第二天线3和和第二无线模块4采用“讯通科技”的PTR8000实现，它内部整合了nordic公司的nRF905芯片，内置完整的通信协议和CRC，只需通过SPI即可完成所有的无线收发传输。

3、DSP系统+外围电路：

DSP处理器8用TI公司生产的TMS320VC5402实现；晶振6频率为20MHz，复位/看门狗5用美信公司的MAX708实现；数据和程序存储器10用ISSI公司的IS61LV25616来实现和SST公司的SST39VF040(4Mbit)；控制逻辑5和11采用Xilinx公司的XC95144实现；微处理器单元9采用Atmel公司的微处理器AT89C51；高速接口12的USB和以太网部分分别采用Cypress公司的CY7C68013和Realtek公司的RTL8019AS实现。

第一天线1与第一无线模块2相接，第二天线3与第二无线模块4相接，第一无线模块2的数据接口24通过连接线13、第二无线模块4的第二数据接口44通过连接线14分别与第一控制逻辑电路5的数据接口端相接，第一控制逻辑电路5的数据地址线通过连接线15与DSP处理器8中的数据地址总线82相接，晶振6通过连接线16与DSP处理器8中的参考时钟输入83相接，DSP处理器8中的主复位输入84通过连接线17与看门狗电路7相接，DSP处理器8中的HPI接口81通过连接线18与微处理器单元9相接，DSP处理器8中的数据地址总线82通过连接线19与数据和程序扩展存储器10相接、通过连接线20与第二控制逻辑电路11相接，第二控制逻辑电路11通过连接线22、23与高速接口12相接，第二控制逻辑电路11通过连接线21与数据和程序扩展存储器10相接。高速接口12包括USB接口和网卡接口。

其中第一无线模块2包括基带(后端)和射频(2.4GHz前端)两个部分，实现了无线传输的功能，建立起数据终端与控制端PC机的无线连接。第一天线1用于接收和向外辐射2.4GHz电磁波，经第一无线模块2的处理后经过控制逻辑5送到DSP系统。类似于第一无线模块2，第二无线模块4同样包括基带(后端)和射频(前端)两个部分，实现无线传输的功能，所不同的是，第二无线模块4工作于更低的频段(868MHz和915MHz)。

DSP系统的核心是DSP处理器8，其外围电路主要包括数据和程序扩展存储器10。数据和程序存储器10用于暂时存贮一些临时数据以及系统要运行的程序(当程序占用内存较大时)，与8内部的数据地址总线82相连；微处理器单元9主要用于借助PC端对系统进行控制，与8内部的HPI接口81相连。

其中晶振6为DSP处理器8提供时钟信号，与8内部的参考始终输入83相连；看门狗7可用于用动复位，也可用于监视电压，电压过低复位，与8内部的主复位输入84相连；第二控制逻辑11提供系统与高速接口12(USB，以太网)的连接，通过这些接口与数据采集设备进行数据交互。

Claims (2)

1、一种用于解决基于蜂群通信方式的数据传输问题的多模无线数据收发设备，由天线、微处理器单元、高速接口所组成，其特征在于第一天线(1)与第一无线模块(2)相接，第二天线(3)与第二无线模块(4)相接，第一无线模块(2)的数据接口(24)、第二无线模块(4)的第二数据接口(44)分别与第一控制逻辑电路(5)的数据接口端相接，第一控制逻辑电路(5)的数据地址线与DSP处理器(8)中的数据地址总线(82)相接，晶振(6)与DSP处理器(8)中的参考时钟输入(83)相接，DSP处理器(8)中的主复位输入(84)与看门狗电路(7)相接，DSP处理器(8)中的HPI接口(81)与微处理器单元(9)相接，DSP处理器(8)中的数据地址总线(82)与数据和程序扩展存储器(10)、第二控制逻辑电路(11)相接，第二控制逻辑电路(11)与高速接口(12)相接，第二控制逻辑电路(11)与数据和程序扩展存储器(10)相接，其中，第一天线(1)和第二天线(3)分别工作在2.4G和900M的不同频段上，使用第一控制逻辑电路(5)对第一无线模块(2)和第二无线模块(4)进行切换。

2、根据权利要求1所述的用于解决基于蜂群通信方式的数据传输问题的多模无线数据收发设备，其特征在于高速接口(12)包括USB接口和网卡接口。

Images