CN201294641Y - 基于ZigBee技术的远程监控网关 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于ZigBee技术的远程监控网关，其包括：用于作为终端节点自动加入已建立的ZigBee无线网络并与ZigBee无线网络进行无线通讯的ZigBee模块、与ZigBee模块的数据输入输出端相连的用于完成ZigBee无线网络、GSM网络和Internet网之间的数据交换和协议变换的单片机系统模块、与单片机系统模块相连的用于与GSM网络相无线通讯的GSM模块、以及与单片机系统模块相连的用于与以太网相联的以太网模块。本实用新型解决了三种网络的相互兼容问题，可广泛应用于当前各种远程监控系统，克服了当前远程监控系统的功能单一、布线复杂和成本高的缺点。

Description

基于ZigBee技术的远程监控网关

技术领域

本实用新型涉及一种用于实现ZigBee网络、公共移动电话网络和互联网之间相互通信的基于ZigBee技术的远程监控网关。

背景技术

近年来，作为未来泛在网络(Ubiquitous Network)社会的主要技术之一，无线传感器网络(wireless sensor network，WSN)的研究开发取得了日新月日的进步，其应用正在向人类生活的各个领域延伸和扩展。MIT技术评论(Technology Review)在预测未来技术发展的报告中，将其列为改变世界的10大新技术之一。2001年，Honeywell、Invensys、三菱电机、Motorola、Philips等世界知名公司联合组建了ZigBee联盟，于2005年1月发表了基于802.15.4标准的第一个ZigBee规范Ver.1.0。从此，基于ZigBee规范的无线传感器网络技术变成了研究热点。

ZigBee、蓝牙(Bluetooth)、超宽带(Ultra Wide Band，UWB)是现代短距离无线通信的主要技术，虽然UWB和蓝牙的数据传输速率都比ZigBee高，但是在传输距离和能量消耗方面，ZigBee占据着绝对的优势。鉴于此，基于ZigBee规范构建的无线传感器网络被业界公认为是较为合理和适用的。目前，温度、湿度、位移、加速度、气体、光强等各种各样的传感器技术研究得到了快速发展，其应用范围也非常广泛。但是，只有将传感器技术与无线网络技术融合在一起，才能构成适用的系统，才能实现通信无处不在(Ubiquitous Network)的功能。很多研究者预测，ZigBee技术将被广泛应用于环境监测、灾害救助、工业控制、农业监控、智能交通、医院监护、矿井监测等领域。

这些应用都是典型的远程监控系统，而ZigBee技术主要被用于前端的信息采集和控制中，所以必须将ZigBee技术、移动通信技术、Internet及自动控制技术相结合才能实现适用的远程监控系统。目前，公共移动电话网和Internet是飞速发展的远程通信技术，在未来的工业生产和人们生活中将起到举足轻重的作用。将ZigBee技术与这两种技术相结合，在远程监控应用中具有技术前瞻性和很好的应用前景，并且是构建泛在网络、实现通信无处不在系统的重要基础。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于实现ZigBee网络、公共移动电话网和Internet网络之间相互通信的基于ZigBee技术的远程监控网关。

为了解决上述技术问题，本实用新型设计了一种基于ZigBee技术的远程监控网关，其包括：用于作为终端节点自动加入已建立的ZigBee无线网络并与ZigBee无线网络进行无线通讯的ZigBee模块、与ZigBee模块的数据输入输出端相连的用于完成ZigBee无线网络、GSM网络和Internet网之间的数据交换和协议变换的单片机系统模块、与单片机系统模块相连的用于与GSM网络相无线通讯的GSM模块、以及与单片机系统模块相连的用于与以太网相联的以太网模块。

所述ZigBee模块采用型号为CC2430的射频芯片。

所述单片机系统模块连接有用于录放语音的语音模块，且语音模块的语音输出端与GSM模块的语音输入端相连。

所述单片机系统模块连接有用于输入GSM模块拨打的电话号码和控制命令的触摸屏模块。

所述ZigBee模块包括：微控制器、与微控制器相连的用于连接射频天线的ZigBee射频前端和内存。

单片机系统模块是网关的控制核心，其主要功能是：完成ZigBee无线传感器网络、GSM移动网络和Internet之间的数据交换和协议变换；完成GSM模块的参数设置；控制触摸屏模块；控制语音模块的录音和放音。

ZigBee模块的主要功能：作为ZigBee网络的协调器，建立和管理ZigBee网络；将ZigBee网络的各种数据发送给单片机系统模块并接收、处理单片机系统模块的控制命令。

GSM模块的主要功能：实现网关与公用移动网络相互通信(发短信、打电话)。

以太网模块的主要功能：实现网关与PC机通过以太网相互通信，即PC机可以远程访问网关上的WEB服务器。

语音模块的主要功能：根据具体应用背景，网关拨打固定电话或移动电话，进行相关的语音提示。

触摸屏模块，是网关的输入和显示界面，主要功能：根据具体应用背景，显示相关信息；设置GSM模块拨打的电话号码；根据具体应用背景，控制网关的工作状态。

与现有技术相比，本实用新型具有以下积极效果：(1)本实用新型的基于ZigBee技术的远程监控网关，解决了所述三种网络的相互兼容问题，系统可以广泛应用于当前各种远程监控系统，克服了当前远程监控系统的功能单一、布线复杂和成本高的缺点。而且，本网关的各个模块采用插件连接，可以根据需要灵活的选择所需要的模块，从而降低了成本，也易于维修和升级，减小技术更新带来的成本增加等问题。(2)根据上述三种网络技术的特点，ZigBee技术可以被用于组建ZigBee无线传感器网络，用于检测各种现场信息和控制各种现场设备；GSM和以太网技术可以被用于远程传送ZigBee网络数据和远程控制现场设备。该网关可以被广泛应用于各种远程监控系统。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1为应用基于ZigBee技术的远程监控网关的远程监控应用示意图。

图2为基于ZigBee技术的远程监控网关的系统框图。

图3为单片机系统模块的主程序框图。

具体实施方式

实施例1

见图1-2，本实施例的基于ZigBee技术的远程监控网关包括：用于作为终端节点自动加入已建立的ZigBee无线网络10并与ZigBee无线网络10进行无线通讯的ZigBee模块1、与ZigBee模块1的数据输入输出端相连的用于完成ZigBee无线网络10、GSM网络11(即公共移动电话网络)和Internet网之间的数据交换和协议变换的单片机系统模块2、与单片机系统模块2相连的用于与GSM网络11相无线通讯的GSM模块3、以及与单片机系统模块2相连的用于与以太网12相联的以太网模块4。以太网模块4用于加入Internet网。

所述单片机系统模块2采用16位低功耗单片机MSP430为控制核心，丰富的片内外设可使整个电路变得异常简化，大量的寄存器以及片内数据存储器使之具有强大的处理能力，而且减小了系统的功耗和体积。

所述ZigBee模块1采用型号为CC2430的射频芯片。它是TI公司推出的用以实现嵌入式ZigBee应用的片上系统，支持2.4GHz IEEE 802.15.4协议。它可用于各种ZigBee无线网络节点，包括协调器、路由器核终端设备等。

GSM模块3采用国内常用的工业级具备GPRS功能的GSM通信模块，通过ZIF连接器分别与电源电路、启动与关机电路、数据通信电路、语音通信电路、SIM卡电路、指示灯电路等连接。

所述单片机系统模块2连接有用于录放语音的语音模块7。语音模块7的核心器件是美国ISD公司的4002芯片，该芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。

所述单片机系统模块2连接有用于输入GSM模块3拨打的电话号码和控制命令的触摸屏模块8。

所述ZigBee模块2包括：微控制器、与微控制器相连的用于连接射频天线的ZigBee射频前端和内存。

单片机系统模块2的程序流程图如图3所示。当网关上电启动时，单片机系统首先对GSM模块和触摸屏进行初始化。在初始化完成后，系统对触摸屏进行循环查询，响应菜单的各种操作，并等待各模块的中断信号。当产生串口接收中断，执行相关中断服务程序：ZigBee模块1发送数据给单片机系统模块2，单片机系统模块2将接收的数据发送给GSM模块3或以太网模块4，从而可以实现远程传送监测的数据；GSM模块3或以太网模块4将数据发送给单片机系统模块2，单片机系统模块2将收的数据发送给ZigBee模块1。

ZigBee模块有独立的MCU，与远程监控网关的MCU通过串口通信。当ZigBee模块1接收到ZigBee网络的数据，通过串口发送给单片机系统模块2。当单片机系统将GSM模块3或以太网模块4的数据发送给ZigBee模块1，ZigBee模块1将根据数据的种类，发送到ZigBee网络的相应节点。

GSM模块3的工作流程如下：①GSM模块3收到手机发送的短信息，通过串口将短信息内容发送给单片机系统；②单片机系统模块2控制GSM模块3通过短信息发送收到的ZigBee模块1的数据；③单片机系统模块2根据具体应用场景，控制GSM模块3拨打固定电话或手机，进行语音提示。

以太网模块4的工作流程如下：①以太网模块4接收远程PC机的命令，并发送给单片机系统模块2；②以太网模块4接收单片机系统模块2发送的数据，并发送到远程单片机的网页或管理平台上。

语音模块7的语音输出与GSM模块3的语音输入相连接，但GSM模块3拨打固定电话或手机时，自动放音，从而使电话的另一端听到播放录好的语音提示。

触摸屏8的主菜单包括手机号码设置、与被设手机电话测试、与被设手机短信测试。点击手机号码设置，菜单进入号码设置界面；点击与被设手机电话测试，家庭网关拨打所设手机的电话号码；点击与被设手机短信测试，家庭网向所设手机的电话发送短信息。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (5)

1、一种基于ZigBee技术的远程监控网关，其特征在于包括：用于作为终端节点自动加入已建立的ZigBee无线网络(10)并与ZigBee无线网络(10)进行无线通讯的ZigBee模块(1)、与ZigBee模块(1)的数据输入输出端相连的用于完成ZigBee无线网络(10)、GSM网络(11)和Internet网之间的数据交换和协议变换的单片机系统模块(2)、与单片机系统模块(2)相连的用于与GSM网络(11)相无线通讯的GSM模块(3)、以及与单片机系统模块(2)相连的用于与以太网(12)相联的以太网模块(4)。

2、根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的远程监控网关，其特征在于：所述ZigBee模块(2)采用型号为CC2430的射频芯片。

3、根据权利要求1或2所述的基于ZigBee技术的远程监控网关，其特征在于：所述单片机系统模块(2)连接有用于录放语音的语音模块(7)，且语音模块(7)的语音输出端与GSM模块(3)的语音输入端相连。

4、根据权利要求3所述的基于ZigBee技术的远程监控网关，其特征在于：所述单片机系统模块(2)连接有用于输入GSM模块(3)拨打的电话号码和控制命令的触摸屏模块(8)。

5、根据权利要求4所述的基于ZigBee技术的远程监控网关，其特征在于：所述ZigBee模块(2)包括：微控制器、与微控制器相连的用于连接射频天线的ZigBee射频前端和内存。

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