CN202334914U - 自适应双向自动切换无线通讯装置 - Google Patents

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曾颖群
彭秋生
戴文明
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Abstract

本实用新型提供自适应双向自动切换无线通讯装置，该装置的核心特点之一在于该装置可以根据工作环境中的网络连接质量状况在GRPS网络与ZigBee网络之间自动切换。在ZigBee网络可靠的情况下，自动关闭GPRS模块并自动选择ZigBee线路，充分利用ZigBee网络的微功耗特性；在ZigBee网络中断的情况下，自动启动GPRS模块，保证通讯正常。该特点可以保证终端的通讯质量并实现终端模块的功耗最低化，满足终端的低功耗高可靠性要求。该装置包括：管理其他模块并负责切换网络的核心控制模块、为其他模块供电的电源模块、与GPRS网络进行收发通讯的GPRS通讯模块、与ZigBee网络进行收发通讯的ZigBee通讯模块、与现场采集或控制设备通讯的串口通讯模块。

Description

自适应双向自动切换无线通讯装置
技术领域
本实用新型涉及一种无线通讯装置，具体地说是一种自适应双向自动切换无线通讯装置。
背景技术
通用分组无线服务技术(GPRS)是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。它经常被描述成位于第二代(2G)和第三代(3G)移动通讯技术之间的“2.5G”技术。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。GPRS由ETSI进行标准化，在Release97之后被集成进GSM标准，目前由3GPP负责。GPRS最大连接速度可达到70+kbps，但是延迟比较高，典型的要大约600-700毫秒，往返时间经常达到1秒，连接质量不稳定，很易受到影响产生大幅波动。GPRS有赖于移动运营商，通常按发送或接收的数据流量计费。GPRS的移动终端分为三类：A类终端可以同时传送GSM语音与传送GPRS数据；B类终端可以同时以GSM和GPRS方式在网络登记，可以自动转换使用GPRS服务或是GSM服务，但不能同时传送语音与传送数据；C类终端只能传送GPRS数据。
ZigBee是一种无线网络协定，主要由霍尼韦尔、飞思卡尔、三菱电机、摩托罗等公司组成的ZigBee联盟制定，从1998年开始发展。底层是采用IEEE802.15.4标准规范的媒体存取层与实体层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支援大量网络节点、支援多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee协定层从下到上分别为实体层(PHY)、媒体存取层(MAC)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。网络装置的角色可分为ZigBee Coordinator、ZigBee Router、ZigBee End Device等三种。支援网络拓扑有Star、Tree、Mesh等三种。
在现有应用中，GPRS因为可以直接利用移动运营商架设的通讯网络，较容易实现远距离通讯；而ZigBee的低功耗、自组织和免协议专利费的特性，适合现场多结点的短距离通讯；二者相结合，以ZigBee单模块通讯装置作为终端节点和中继节点组成局域网进行现场短距离通讯，GRPS作为中心节点将ZigBee局域网传输的现场数据与远距离上位机进行收发通讯。这种模式对于终端易于维护的场合较为适用，但是难以胜任一些关键领域的远距离监控应用(例如风力发电、太阳能发电等)。这些领域的监控对终端的通讯可靠性和低维护频次要求很高，现有的ZigBee单模块通讯装置因功耗低可以减少电池更换次数以降低维护频次，但ZigBee模块一旦失效，可能导致整个ZigBee单模块通讯装置与上位机的通讯失效，难以保证其通讯可靠性。
有鉴于此，针对上述问题，提出一种能改善上述缺失的融合GPRS、ZigBee双通讯模块的自适应双向自动切换无线通讯装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供自适应双向自动切换无线通讯装置，该设备与现场采集或控制设备进行数据交互及协议转换，并与GRPS及ZigBee无线网络进行数据交互及协议转换。克服现有ZigBee单模块通讯装置的缺点和不足，在ZigBee通讯失效时，仍然能够保证通讯装置能够与上位机进行通讯，在ZigBee通讯恢复时，能够切换到ZigBee网络保持低功耗运行。
为了达成上述目的，本实用新型提供了自适应双向自动切换无线通讯装置，包括具有管理功能并负责切换网络的核心控制模块、与现场采集或控制设备通讯的串口通讯模块、与ZigBee网络进行收发通讯的ZigBee通讯模块、与GPRS网络进行收发通讯的GPRS通讯模块；所述串口通讯模块与核心控制模块相互连接，所述ZigBee通讯模块和GPRS通讯模块分别连接于核心控制模块；另外还包括有电源模块，该电源模块分别连接核心控制模块、串口通讯模块、ZigBee通讯模块、GPRS通讯模块，并且为他们提供电力。
所述ZigBee通讯模块、GPRS通讯模块根据网络连接质量由核心控制模块控制二者进行自动切换。
所述电源模块集内置电池与外部供电于一体。
相较于现有技术，本实用新型在集成ZigBee模块的通讯装置的基础上，增加GPRS模块，并实现两种模块的自适应双向切换。可以根据工作环境中的网络连接质量状况在GRPS网络与ZigBee网络之间自动切换。在ZigBee网络可靠的情况下，自动关闭GPRS模块并自动选择ZigBee线路，充分利用ZigBee网络的低功耗特性；在ZigBee网络中断的情况下，自动启动GPRS模块，保证通讯正常。该装置同时具备低功耗和网络高可靠性的特性。
附图说明
图1为本实用新型自适应双向自动切换无线通讯装置的结构框图；
图2为本实用新型自适应双向自动切换无线通讯装置的电路图；
图3为本实用新型自适应双向自动切换无线通讯装置的通讯流程图；
图4为本实用新型自适应双向自动切换无线通讯装置的应用实例图。
具体实施方式
有关本实用新型的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型加以限制。
图1为本实用新型的结构原理框图，本实用新型的自适应双向自动切换无线通讯装置，包括
具有管理功能并负责切换网络的核心控制模块，该模块的功能主要在于协调控制其他模块的运行，检测网络连接质量并切换网络；设置其他模块的运行参数、压缩与解压缩数据、对数据进行协议转换、定时控制等；
与现场采集或控制设备通讯的串口通讯模块；
与ZigBee网络进行收发通讯的ZigBee通讯模块；
与GPRS网络进行收发通讯的GPRS通讯模块；
所述串口通讯模块与核心控制模块相互连接，所述ZigBee通讯模块和GPRS通讯模块分别连接于核心控制模块；
另外还包括有电源模块，该电源模块分别连接核心控制模块、串口通讯模块、ZigBee通讯模块、GPRS通讯模块，并且为他们提供电力。所述电源模块集内置电池与外部供电于一体。
所述ZigBee通讯模块、GPRS通讯模块根据网络连接质量由核心控制模块控制二者进行自动切换。
图2为本实用新型的电路原理图。核心控制模块选用了美国德州仪器(TI)推出的MSP430系列单片机，它是一种16位超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器。GPRS通讯模块选用了西门子的MC35i GSM/GPRS双模模块，它采用紧凑型设计，为用户提供了简单，内嵌式的无线GPRS模块连接。ZigBee通讯模块选用了Chipcon As公司推出的符合2.4GHzIEEE802.15.4标准的射频收发器CC2420，该芯片具有成本低、功耗小，适合使用电池进行供电等特点。
如图3所示，核心控制模块的控制程序启动后的工作流程如下：
(1)首先启动Zigbee通讯模块；
(2)之后核心控制模块与Zigbee模块进行通讯以获取Zigbee网络联通状况；
(3)如果可以连通且通讯质量良好，则选用Zigbee网络与上位机进行通讯；
(4)如果不可以连通或者联通质量不佳，则启动GPRS通讯模块
(5)在与上位机进行工况数据的通讯的同时，将Zigbee网络故障上传给上位机，上位机可以据此记录该信息，以便让专业人员及时获知并排除Zigbee网络故障；
(6)此外，核心控制模块还会在选择GPRS通讯模块之后，定时检查Zigbee网络恢复情况；
(7)如果检测到Zigbee网络正常，将会关闭GPRS通讯模块，选择Zigbee线路，以获得更长的电池使用时间，保证装置的可用。
核心控制模块在选择了Zigbee线路的正常运行阶段也会轮询检测Zigbee线路，如果通讯质量不佳，将切换到GPRS线路以保证通讯质量。Zigbee线路质量的轮询检测与自动切换能够实现该装置无线通讯的高可用性，实现双通讯线路的冗余备份。
图4为本实用新型的应用示例图，本实用新型的装置可用于风力发电的现场即远程监控装置，检测到风力发电机的震动、温度等传感信息，之后通过Zigbee子网连接到GPRS骨干网络，或者在Zigbee子网不正常时，直接连接到GPRS骨干网络，将传感信息发送到远程监控中心的上位机。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，非用以限定本实用新型的专利范围，其他运用本实用新型的专利精神的等效变化，均应俱属本实用新型的专利范围。

Claims (3)

1.自适应双向自动切换无线通讯装置，其特征在于：包括具有管理功能并负责切换网络的核心控制模块、与现场采集或控制设备通讯的串口通讯模块、与ZigBee网络进行收发通讯的ZigBee通讯模块、与GPRS网络进行收发通讯的GPRS通讯模块；所述串口通讯模块与核心控制模块相互连接，所述ZigBee通讯模块和GPRS通讯模块分别连接于核心控制模块；另外还包括有电源模块，该电源模块分别连接核心控制模块、串口通讯模块、ZigBee通讯模块、GPRS通讯模块，并且为他们提供电力。
2.如权利要求1所述的自适应双向自动切换无线通讯装置，其特征在于：所述ZigBee通讯模块、GPRS通讯模块根据网络连接质量由核心控制模块控制二者进行自动切换。
3.如权利要求1所述的自适应双向自动切换无线通讯装置，其特征在于：所述电源模块集内置电池与外部供电于一体。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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