CN202121791U - 一种模块化的Zigbee无线传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模块化Zigbee传感器，包括Zigbee无线通信模块，其特征在于：Zigbee无线通信模块分别与传感器模块和USB模块通信，USB模块连接USB接口，所述Zigbee无线通信模块用于数据的Zigbee协议无线传输、传感器模块控制、和主机端的串行通信；所述传感器模块用于各种传感数据的采集和模数转换；所述USB模块用于串行数据传输的USB接口转换。本实用新型省去了和主机端通信时需要外接的转换线缆，使用方便。

Description

一种模块化的Zigbee无线传感器

技术领域

本实用新型涉及无线传感网，尤其是涉及一种模块化的Zigbee无线传感器，属于无线通信技术领域。

背景技术

   无线传感网WSN（Wireless Sensor Network）是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个自组织网络系统，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输。WSN综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术，能够协同地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并利用无线方式发送给观察者。WSN被视为环境监测、工业控制、智能家居和运输系统自动化的下一个发展方向。

WSN的应用一般不需要很大的带宽，但是对功耗要求比较严格，大部分时间必须保持低功耗。WSN涉及的是一种物理信号检测传输的手段，针对性是千差万别的。由于不同的检测需要不同的传感器，WSN的传感节点在硬件上是通过在通用无线传感模块上加装不同的传感器来实现的。

无线通信技术是WSN的组网基础。在各种无线通信技术中，Zigbee无线通信技术由于其低功耗、低体积、低复杂度、低速率、低成本的特点，符合WSN的应用要求，因此被广泛采用。Zigbee网络由三种网络节点组成：网络协调器、路由节点、终端节点。本申请描述的Zigbee无线传感器对应的是Zigbee网络中的终端节点。

由于WSN具有应用相关性的特点，市场上的Zigbee无线传感器大多是一体化设计，其Zigbee无线通信模块和传感模块是集成的，硬件体系结构的可扩展性和复用性不强。在应用更改的情形下，通常需要重新进行硬件设计。与此同时，市场上的Zigbee无线传感器和主机端的通信基本采用串行方式进行，通常需要使用额外的转接线缆来连接无线传感器和主机，给使用带来了不便。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，一是无线传感器硬件体系结构的可扩展性和可复用性，二是无线传感器与主机接口的通用性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种模块化Zigbee传感器，包括Zigbee无线通信模块，其特征在于：Zigbee无线通信模块分别与传感器模块和USB模块通信，USB模块连接USB接口，

所述Zigbee无线通信模块用于数据的Zigbee协议无线传输、传感器模块控制、和主机端的串行通信；

所述传感器模块用于各种传感数据的采集和模数转换；

所述USB模块用于串行数据传输的USB接口转换。

前述的模块化Zigbee传感器，其特征在于：所述USB接口包括供电电路，还可以作为无线传感器外部电源端子，在无线传感器不使用电池供电时提供外部电力。

前述的模块化Zigbee传感器，其特征在于：所述Zigbee无线通信模块包括Jennic公司的JN5148芯片，JN5148芯片的通用I/O口4、5、6、7连接至USB模块中的USB<->UART转换芯片，用以和主机端的串行通信；JN5148芯片的通用I/O口12、13、14、15、17、18、19、20用以进行传感数据的采集，通过扁平电缆连接传感器模块中传感芯片的数据输出；模块的MISO和RST引脚用作芯片代码升级；VCC引脚连接电池模块或者USB接口经LDO转换得到的电压。

前述的模块化Zigbee传感器，其特征在于：所述传感器模块通过扁平电缆和Zigbee无线通信模块的通用I/O口12-15，17-20相连。

前述的模块化Zigbee传感器，其特征在于：所述USB模块包括进行数据格式USB<->UART转换的FT232BM芯片，FT232BM芯片一端连接至Zigbee无线通信模块的通用I/O口4-7，另一端通过普通4针USB插座和主机端相连，进行串行数据的USB接口转换。

前述的模块化Zigbee传感器，其特征在于：所述USB接口的供电电路通过LDO芯片LP2985IM5-3.0进行电平转换。

本实用新型所达到的有益效果：1）USB接口比COM/UART/JTAG接口更具有通用性。和其它Zigbee无线传感器产品相比，本实用新型省却了和主机端通信时需要外接的转换线缆，使用方便；2）Zigbee无线通信模块和传感器模块分开，针对不同的应用场景，只需要进行相应的传感器模块研发/配置。在使用过程中，遇到传感器失效或者无线通信模块失效的情形，还可以复用有效部件，节省了维护成本；3）在不使用电池供电的情形下，USB接口还可以用作外部电源端子，向本实用新型提供外部电力。在节省硬件成本的同时，方便Zigbee无线传感器的小型化设计。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构框图；

   图2为本实用新型的无线通信模块电路原理图；

图3为本实用新型传感器模块实例之一：光强传感器模块电路原理图；

图4为本实用新型传感器模块实例之二：温湿度传感器模块电路原理图；

图5为本实用新型的USB模块电路原理图；

图6为本实用新型的USB接口外部供电电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

附图1描述了本实用新型的整体结构组成。本实用新型的设计主要分为3大模块：Zigbee无线通信模块是控制运算模块，负责Zigbee无线通信、和主机端的串行通信以及传感器模块的控制等；传感器模块负责传感数据的采集和量化；USB模块负责和主机端的接口，进行串行数据的USB格式转换。USB接口还作为外部电源端子，可以向无线传感器提供外部电力。

附图2描述了本实用新型采用的Zigbee无线通信模块。模块通用I/O口4、5、6、7用以进行和主机端的串行通信，连接至USB模块中的USB<->UART转换芯片；通用I/O口12、13、14、15、17、18、19、20用以进行传感数据的采集，通过扁平电缆连接传感器模块中传感芯片的数据输出；模块的MISO和RST引脚用作芯片代码升级；VCC引脚连接电池模块或者USB接口经LDO转换得到的电压。

附图3和附图4描述了本实用新型的光强传感器模块和温湿度传感器模块电路图。传感器模块单独做在一个小的印刷电路板上，通过扁平电缆和Zigbee无线通信模块的通用I/O口12~15，17~20相连。本实用新型中，对于传感器模块要求输出数字量信息。若采用非数字量输出的传感器芯片时，传感器模块需要添加ADC芯片进行采样量化。

附图5描述了本实用新型的USB模块。USB模块的核心芯片是进行数据格式USB<->UART转换的FT232BM。FT232BM一端连接至Zigbee无线通信模块的通用I/O口4~7，另一端通过普通4针USB插座和主机端相连，进行串行数据的USB接口转换。

附图6描述了本实用新型USB接口供电的电路原理图。由于USB接口电压是5伏，而Zigbee无线通信模块的工作电压是3~3.6伏，故而需要电压转换。考虑到电平波动对设备工作的影响，本实用新型并未直接采用FT232BM芯片输出的3.3伏电压，而是额外采用LDO芯片LP2985IM5-3.0进行电平转换。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例子而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与装饰，均仍属于本实用新型的技术方案范围内。

Claims (6)

1.一种模块化Zigbee传感器，包括Zigbee无线通信模块，其特征在于：Zigbee无线通信模块分别与传感器模块和USB模块通信，USB模块连接USB接口，

所述Zigbee无线通信模块用于数据的Zigbee协议无线传输、传感器模块控制、和主机端的串行通信；

所述传感器模块用于各种传感数据的采集和模数转换；

所述USB模块用于串行数据传输的USB接口转换。

2.根据权利要求1所述的模块化Zigbee传感器，其特征在于：所述USB接口包括供电电路，作为无线传感器外部电源端子，在无线传感器不使用电池供电时提供外部电力。

3.根据权利要求1或2所述的模块化Zigbee传感器，其特征在于：所述Zigbee无线通信模块包括JN5148芯片，JN5148芯片的通用I/O口4、5、6、7连接至USB模块中的USB<->UART转换芯片，用以和主机端的串行通信；JN5148芯片的通用I/O口12、13、14、15、17、18、19、20用以进行传感数据的采集，通过扁平电缆连接传感器模块中传感芯片的数据输出；模块的MISO和RST引脚用作芯片代码升级；VCC引脚连接电池模块或者USB接口。

4.根据权利要求3所述的模块化Zigbee传感器，其特征在于：所述传感器模块通过扁平电缆和Zigbee无线通信模块的通用I/O口12-15，17-20相连。

5.根据权利要求3所述的模块化Zigbee传感器，其特征在于：所述USB模块包括进行数据格式USB<->UART转换的FT232BM芯片，FT232BM芯片一端连接至Zigbee无线通信模块的通用I/O口4-7，另一端通过普通4针USB插座和主机端相连，进行串行数据的USB接口转换。

6.根据权利要求3所述的模块化Zigbee传感器，其特征在于：所述USB接口的供电电路通过LDO芯片LP2985进行电平转换。

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