CN201839452U - 一种无线传感器网络智能网关 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种无线传感器网络智能网关，包括嵌入式微处理器，用于保存应用程序数据及运算结果的闪速存储器，用于实现以太网通信的以太网物理层控制器，用于实现USB总线通信功能的USB连接器，至少4个用于实现485网络通信的485总线收发器，用于扩展UART接口输出的I2C总线转UART接口控制器，用于CAN总线通信功能的CAN总线收发器，用于提供高速临时数据读写服务的铁电存储器和1个RS232串口收发器，能够运行MQX实时操作系统，完成无线传感器网络数据包转发，无线传感器网络数据包过滤，同时能通过网页提供友好的人机交互界面，从而使得用户能实现对该网关的远程管理。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种网络网关，尤其是一种无线传感器网络智能网关。
背景技术
随着无线传感器网络技术的发展，无线传感器网络的应用日益广泛，被应用于智能家居，物流，医疗等领域。无线传感器网络是物联网技术的重要组成部分，具有不需电缆、应用灵活性强、可靠性高、低成本等特点。通过将无线传感器网络节点嵌入到某种设备中，可以使原来分立的设备组成网络实现相互通信，但由于无线传感器网络与已有的有线网络及WIFI等无线网络并不兼容，若需要实现无线传感器网络与PC等其他设备通信，则需要无线传感器网络网关的支持。然而，现有技术中各种无线传感器网络网关方案都普遍具有以下3个缺点：
(1)接收端口数量少。目前已有的传感器网络网关方案往往只具有一个无线接收端口。从该端口接收来自无线传感器网络的数据包后，经由串口或485总线接口等接口上传到主机。由于无线接收端口数量少，在网络规模较大的时候，信道拥塞的情况严重，严重地影响了无线传感器网络的性能。
(2)功能单一，不具备包过滤功能。目前已有的无线传感器网络网关方案大多只简单地实现数据包的转发，并没有任何相关的数据包处理功能。
(3)与用户交互途径不友好。目前已有的无线传感器网络方案大多只能通过串口与用户交互，当需要对网关的参数进行调整时，用户必须通过串口登录到网关。由于无线传感器网络的应用特点，其网关本身也有可能被安装在用户难以触及的地方，其通过串口线缆连接网关进行登录管理的方式增加了管理的难度。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种无线传感器网络智能网关，其具有极好的扩展性，高性能，多端口和良好的用户交互接口。
本实用新型的目的通过以下技术方案实现：一种无线传感器网络智能网关，包括嵌入式微处理器，用于保存应用程序数据及运算结果的闪速存储器，用于实现以太网通信的以太网物理层控制器，用于实现USB总线通信功能的USB连接器，至少两个用于实现485网络通信的485总线收发器，用于CAN总线通信功能的CAN总线收发器，用于提供高速临时数据读写服务的铁电存储器和一个RS232串口收发器；
所述NOR型闪速存储器通过上述外部存储器总线与嵌入式微处理器连接；所述以太网物理层控制器与嵌入式微处理器上的以太网控制器MAC层接口连接；所述USB连接器与嵌入式微处理器上的USB控制器接口连接；所述每个485总线收发器各自与上述嵌入式微处理器的其中一个UART接口对应连接；所述CAN总线收发器与嵌入式微处理器上的CAN总线控制器MAC层接口连接，所述铁电存储器通过I2C总线接口与上述嵌入式微处理器连接；所述RS232串口收发器连接上述嵌入式微处理器的其中另一个UART接口。
本实用新型还包括用于扩展UART接口输出的I2C总线转UART接口控制模块，所述的I2C总线转UART接口控制模块通过I2C总线接口与上述嵌入式微处理器连接。
本实用新型所述的嵌入式微处理器为32位的嵌入式微处理器，包括具有20位地址总线及8位数据总线的外部存储器总线，至少3个UART接口，至少1个I2C总线接口，至少1个以太网控制器MAC层接口，至少1个USB控制器接口和至少1个CAN总线控制器MAC层接口。
所述的嵌入式微处理器还包括有用于对数据包过滤并具有MQX内核的嵌入式操作模块。
本实用新型所述的闪速存储器包括两片具有20位地址总线和8位数据总线的NOR型闪速存储器。所述的USB连接器为mini-USB连接座。所述的以太网物理层控制器为工作于以太网物理层的收发器，以太网物理层控制器的另一端连接隔离变压器，且隔离变压器连接有RJ-45接头；所述隔离变压器和RJ-45接头是整合集成在一起。所述的CAN总线收发器是工作于CAN通信协议PHY层的收发器，该CAN总线收发器的另一端通过2×5排针座将数据传输至具有CAN总线接口的设备。所述每个485总线收发器外接端均分别连接RJ-45接口。所述的RS232串口收发器的外接端为DB9串口连接插座。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
(1)具有多个无线接收端口。本实用新型具有至少4个485总线接口用于连接无线传感器网络的接收节点，利用485总线通信距离长且可靠的特点，使得网关可以被安装在远离无线传感器网络的地方。
(2)本实用新型通过通用的以太网接口将数据上传到远程主机，同时用户可以通过以太网接口以网页的形式登录到网关中实现对网关的管理。通过成熟的以太网技术，实现无线传感器网络与PC等通用计算机的连接。
(3)可对数据包进行过滤，以及具有极好的扩展性。
(4)友好的用户交互途径，极大地方便了用户的部署与使用。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图；
图2为本实用新型的软件流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的核心是微处理器，其上连接有NOR型闪速存储器FLASH，，以太网物理层控制器，USB连接座，CAN总线收发控制器，RS232串口收发器，I2C转UART模块，铁电存储器。其中，微处理器选用MCF52259型号，其具有20位地址总线和8位数据总线用于闪速储存器，1路I2C接口用于连接铁电储存器和I2C转串口模块，3个UART接口，1个以太网MAC层接口、1个USB总线接口及1路CAN总线接口。其他各个组成部件可以选用相同功能的常用器件。
微处理器的外部存储器总线连接NOR型闪速存储器，以太网物理层控制器连接隔离变压器，隔离变压器连接RJ45接头，RJ45接头与隔离变压器整合在一起。微处理器中集成的以太网控制器连接以太网物理层控制器，以太网物理层控制器其另一端通过RJ45与交换机或集线器相连接，实现平台与其他具有以太网接口的设备的通信。
USB连接座为mini-USB型USB连接座，一端连接微处理器中整合的USB控制器，一端通过USB线缆连接USB设备，实现平台与其他具有USB接口的设备通信。
CAN总线收发控制器连接2×5排针座，。微处理器中集成的CAN总线控制器连接CAN总线收发器，收发器的另一端通过2×5排针座连接其他具有CAN总线接口的设备，实现平台与其他具有CAN总线接口设备的通信。
RS232串口收发器连接DB-9型串口插座。微处理器中集成的串口通信控制器连接RS232接口控制器，RS232收发器的另一端通过DB-9型串口座与其他具有RS232接口的设备连接，实现平台与其他具有RS232接口的设备的通信能力。
I2C转UART模块连接485收发器，485收发器连接RJ-45座。微处理器中的I2C总线连接I2C转UART模块，模块通过RJ-45座与其他同样具有485接口的设备连接，I2C转UART模块扩展了平台的UART接口的数量。
微处理器的I2C总线连接铁电储存器，其余的2个485收发器连接微处理器的UART接口，485收发器连接RJ-45座。模块通过RJ-45座与其他同样具有485接口的设备连接。
如图2所示，本平台的软件系统包括初始化程序1，MQX内核的嵌入式操作系统2，Flash存储器驱动程序3，网络驱动程序4，USB总线驱动程序5，CAN总线驱动程序6，I2C设备驱动程序7，串口设备驱动程序8，嵌入式动态网页服务器9和数据包过滤程序10。
当系统上电时，处理器按照预先设计好的工作方式在片内存储器的特定地方读取其第一条指令，开始执行初始化程序1。初始化程序初始化微处理器的各个模块，准备好MQX内核2的运行环境，之后跳转到MQX内核2中，系统的控制器由此转换到MQX内核2中。
若应用有以太网网络访问的需求，则MQX内核2调用网络驱动4，网络驱动程序4控制微处理器中整合的网络控制器，网络控制器将数据送以太网物理层控制器，以太网物理层控制器经RJ45接口将以太网络信号传输至外部设备。
若应用有USB总线访问需求，则MQX内核2调用USB总线驱动5，USB总线驱动控制微处理器中整合的USB控制器，USB控制器运行USB总线通信协议将数据通过USB座传输至外部设备。
若应用有CAN总线访问需求，则MQX内核2调用CAN总线驱动6，CAN总线驱动控制微处理器中整合的CAN总线控制器，CAN总线控制器将数据送CAN收发器，CAN收发器通过2×5排针座将数据传输至外部设备。
若应用需要使用铁电存储器或使用I2C转UART控制器，则MQX内核2调用I2C设备驱动7，通过I2C总线驱动控制微处理器中的I2C总线控制器访问铁电存储器或访问I2C转UART控制器。
若用户通过以太网由预定义的端口连接到网关，这MQX内核2调用嵌入式动态网页服务器9相应用户的请求，并将用户的设置数据保存到NOR型闪速存储器中。
若应用从任一个485端口接收到数据，则MQX内核2启动包过滤程序10，按照用户自定义的包过滤规则对数据包实施过滤。
本实用新型的实施方式不限于此，根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均可实现本实用新型目的。
Claims (10)
1.一种无线传感器网络智能网关，其特征在于：包括嵌入式微处理器，用于保存应用程序数据及运算结果的闪速存储器，用于实现以太网通信的以太网物理层控制器，用于实现USB总线通信功能的USB连接器，至少两个用于实现485网络通信的485总线收发器，用于CAN总线通信功能的CAN总线收发器，用于提供高速临时数据读写服务的铁电存储器和一个RS232串口收发器；所述嵌入式微处理器具有20位地址总线及8位数据总线的外部存储器总线；
所述闪速存储器通过上述外部存储器总线与嵌入式微处理器连接；所述以太网物理层控制器与嵌入式微处理器上的以太网控制器MAC层接口连接；所述USB连接器与嵌入式微处理器上的USB控制器接口连接；所述每个485总线收发器各自与上述嵌入式微处理器的其中一个UART接口对应连接；所述CAN总线收发器与嵌入式微处理器上的CAN总线控制器MAC层接口连接，所述铁电存储器通过I2C总线接口与上述嵌入式微处理器连接；所述RS232串口收发器连接上述嵌入式微处理器的其中另一个UART接口。
2.根据权利要求1所述的无线传感器网络智能网关，其特征在于：还包括用于扩展UART接口输出的I2C总线转UART接口控制模块，所述的I2C总线转UART接口控制模块通过I2C总线接口与上述嵌入式微处理器连接。
3.根据权利要求1所述的无线传感器网络智能网关，其特征在于：所述的嵌入式微处理器为32位的嵌入式微处理器，包括至少三个UART接口，至少一个I2C总线接口，至少一个以太网控制器MAC层接口，至少一个USB控制器接口和至少一个CAN总线控制器MAC层接口。
4.根据权利要求3所述的无线传感器网络智能网关，其特征在于：所述的嵌入式微处理器还包括有用于对数据包过滤并具有MQX内核的嵌入式操作模块。
5.根据权利要求1所述的无线传感器网络智能网关，其特征在于：所述的闪速存储器包括两片具有20位地址总线和8位数据总线的NOR型闪速存储器。
6.根据权利要求1所述的无线传感器网络智能网关，其特征在于：所述的USB连接器为mini-USB连接座。
7.根据权利要求1所述的无线传感器网络智能网关，其特征在于：所述的以太网物理层控制器为工作于以太网物理层的收发器，以太网物理层控制器的另 一端连接隔离变压器，且隔离变压器连接有RJ45接头；所述隔离变压器和RJ-45接头是整合集成在一起。
8.根据权利要求1所述的无线传感器网络智能网关，其特征在于：所述的CAN总线收发器是工作于CAN通信协议PHY层的收发器，该CAN总线收发器的另一端通过2×5排针座将数据传输至具有CAN总线接口的设备。
9.根据权利要求1所述的无线传感器网络智能网关，其特征在于：所述每个485总线收发器外接端均分别连接RJ-45接口。
10.根据权利要求1所述的无线传感器网络智能网关，其特征在于：所述的RS232串口收发器的外接端为DB9串口连接插座。
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