CN202758471U

CN202758471U - 无线智能节点监测报警系统

Info

Publication number: CN202758471U
Application number: CN 201220372756
Authority: CN
Inventors: 李春杰; 解凯; 郭晓栋; 张涛; 才腾
Original assignee: Suzhou Institute for Advanced Study USTC
Current assignee: Suzhou Institute for Advanced Study USTC
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2022-07-31

Abstract

本实用新型提供一种无线智能节点监测报警系统，包括无线传感器节点、GSM通信单元、无线射频收发单元，主控单元，所述主控单元通过通用异步串行接口UART与GSM通信单元进行通信，并通过同步串行接口SPI与所述无线射频收发单元进行通信，所述无线射频收发单元包括sink节点，所述无线射频收发单元组成无线网络，其中的sink节点作为协调器以及网关设备，所有终无线传感器节点通过所述无线网络连接到sink节点，在这些无线传感器节点上集成温度传感器、光强度传感器、可燃气体传感器，可以实时监测并向sink节点反馈环境数据，本实用新型满足了安防无线网络在实际应用中的需求，节省大量布线工作量。

Description

无线智能节点监测报警系统

技术领域

本实用新型涉及安防设备领域，特别地，是一种可广泛用于现代工业环境监测、智能家居、小区管理等领域的基于ZigBee模式的开放式无线智能节点监测系统。

背景技术

无线智能节点技术是信息时代的关键技术之一，它是获取准确可靠信息的重要手段。在现代工业过程控制、自动化生产、基础科学研究、宇宙开发、海洋探测，环境监控、石油化工、生物工程、桥梁建筑等许多领域得到广泛应用，在世界GDP增长中占有一定比重。数字电子学的发展，使智能节点产值以每年快速增长，并广泛应用在汽车电子、飞机、医疗和日常消费领域。但在所有场合，必不可少的连接线束和众多电缆，影响了智能节点在更多数领域中的应用。近年来亚微电子学的发展，使射频识别(RFID)技术和无线传感器网络得以走向融合(称为无线局域网)，辅之以数据库和软件，应用前景将十分可观。因而，低成本的无线局域网工程在当今国际十大热门电子工程中名列前茅。由于多版本无线局域网通讯方案和通讯协议，提交美国电子工程师协会(IEEE)审查批准周期的限制，加之无线局域网专用芯片研发生产的时限，时至2006年初，才有可能制作符合IEEE国际组织最新通过的最复杂的标准ZigBee(通讯协议)的测控系统。据预测，嵌入式监控网络的市场将会有突破性的增长。无线智能监测节点一般不需要很高的带宽，但是对功耗要求却很高，大部分时间必须保持低功耗。由于无线智能节点，通常使用存储容量受限的嵌入式处理器/控制器，因此对协议堆栈的大小也有严格限制。另外对网络安全性、节点自动配置、网络动态重组等方面也有较高的要求。

在现代工业环境监测、智能家居、小区管理等领域需要用到各种传感器用于监测相关情况，由于传感器数量众多，需要布置大量的线路来满足传感器布线，而且单个传感器自身不具备处理数据的能力，必须上传中央处理器处理。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种无线智能节点监测报警系统，该无线智能节点监测报警系统通过无线通信技术自组织构成网络，它能够实现数据的采集量化、处理融合、无线传输以及智能判断报警等应用，有效减少布线的工作量。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

该无线智能节点监测报警系统包括：

无线传感器节点，用于收集相关监测数据；

GSM通信单元，用于实现网关设备与移动通信网络之间的通信；

无线射频收发单元，用于实现所述网关设备与所述无线传感器节点之间的通信；

主控单元，用于控制所述GSM通信单元与所述移动通信网络、网关设备与所述无线传感器节点的通信；

更进一步的，所述主控单元包括异步串行接口UART和同步串行接口SPI，所述主控单元通过通用异步串行接口UART与所述GSM通信单元进行通信，并通过同步串行接口SPI与所述无线射频收发单元进行通信。

更进一步的，所述无线射频收发单元组成无线网络，所述无线射频收发单元包括sink节点，所述sink节点作为协调器以及所述网关设备，所有所述无线传感器节点通过所述无线网络连接到sink节点。

更进一步的，所述无线网络还包括具有中继功能的路由节点。

更进一步的，无线传感器节点为温度传感器、光强度传感器或可燃气体传感器。

利用本实用新型，实现了远程服务器及移动用户终端与无线传感器节点网络建立可靠的连接，实现数据的双向传输，满足了无线传感器节点网络在实际应用中的需求，节省大量布线工作量。

附图说明

图1是无线智能节点监测报警系统一实施例的系统框架示意图。

图2是无线智能节点监测报警系统图1实施例的通信结构示意图。

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：

图1是无线智能节点监测报警系统一实施例的系统框架示意图，图2是无线智能节点监测报警系统图1实施例的通信结构示意图，为了便于说明问题，现将图1、图2作为同一个实施例对本发明进行阐述。

本实用新型包括：无线传感器节点，用于收集相关监测数据；GSM通信单元10，用于实现网关设备与移动通信网络之间的通信；无线射频收发单元，用于实现所述网关设备与无线传感器节点之间的通信；主控单元20，用于控制所述GSM通信单元10与所述移动通信网络、网关设备与所述无线传感器节点的通信；

所述主控单元20主要是以ARM11为核心硬件主控平台，软件系统采用当前流行的Android操作系统，外围接口单元主要包括所述GSM通信单元，无线射频收发单元，所述无线射频收发单元包括sink节点13。

ARM11(6410)是基于SAMSUNG的16/32位RSIC微处理器S3C6410X的一款开发平台，S3C6410X是基于ARM1176JZF-S核的用于手持、移动等终端设备的通用处理器。S3C6410是一款低功率、高性价比、高性能的用于移动电话和通用处理RSIC处理器。为了降低整个系统的成本和提升总体功能，S3C6410包括很多硬件功能外设：Camera接口，TFT 24bit真彩色LCD控制器，系统管理单元(电源时钟等)，4通道的UART，32通道的DMA，4通道定时器，通用I/O口，I2S总线，I2C总线，USB Host，高速USB OTG，SD Host和高速MMC卡接口以及内部的PLL时钟发生器。

所述主控单元20通过通用异步串行接口UART11与所述GSM通信单元10进行通信，并通过同步串行接口SPI12与所述无线射频收发单元进行通信。

硬件部分主要使用SPI12与sink节点13连接，UART与GSM通信单元10连接。其他硬件可适当裁剪降低系统成本。

所述GSM通信单元10采用TC35i，该模块是一款支持中文短信息的工业级的新版GSM模块，工作在EGSM900和GSM1800双频段，电源范围为直流3.3～4.8V，休眠状态电流消耗为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，峰值为2.5A；可传输语音和数据信号，功耗在EGSM900(4类)和GSM1800(1类)分别为2W和1W，通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V，TC35i通过AT命令可双向传输指令和数据，可选波特率为300b/s～115kb/s，自动波特率为1.2kb/s～115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Short Message Service，短消息)，可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。TC35i由供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口等6部分组成。

所述无线射频收发单元采用CC2430.CC2430/CC2431是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的片上系统。芯片尺寸是7×7mm，CC2431设计结合了一颗强大的鲁棒射频，可编程的微控制器，闪存和IEEE802.15.4，ZigBee软件兼容，所有都集成到一个易用并有效的一颗芯片上。CC2430/CC2431芯片延用了以往CC2420芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU (8051)，具有32/64/128KB可编程闪存和8KB的RAM，还包含模拟数字转换器(ADC)、4个定时器(Timer)、AES128协同处理器、看门狗定时器(Watchdog Timer)、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(Power On Reset)、掉电检测电路(Brown Out Detection)以及21个可编程I/O引脚。并内置了ZigBee协议栈。加上超低能耗，使得它可以用很低的费用构成ZigBee节点。

CC2430组成无线网络，所述无线网络组成网状网络如图2，包括一个Coordinator(协调器1)，Router(路由节点2)，End-Device(终端设备，即无线传感器节点3、4、5、6、7)，根据需要可自动加入更多节点。

Coordinator(协调器1)：负责启动整个网络。它也是网络的第一个设备。协调器选择一个信道和一个网络ID，随后启动整个网络。协调器的角色主要涉及网络的启动和配置。一旦这些都完成后，协调器的工作就像一个路由器。具有建立网络，串口通信能力，只能全速运行，不能工作在休眠方式。

Router(路由器节点2)：允许其他设备加入网络，多跳路由和协助它自己的终端设备的通讯。一般路由器希望是一直处于活动状态，因此它必须使用主电源供电。在协调器建立网络后，Router能维持这个网络。

End-Device(终端设备，即无线传感器节点3、4、5、6、7)：没有特定的维持网络结构的责任，它可以睡眠或者唤醒，因此它可以是一个电池供电设备。工作在休眠方式可以降低功耗。其上集成了温度传感器、光强度传感器或可燃气体传感器。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种无线智能节点监测报警系统，其特征在于，包括以下模块：

无线传感器节点，用于收集相关监测数据；

主控单元，用于控制所述GSM通信单元与所述移动通信网络、网关设备与所述无线传感器节点的通信。

2.根据权利要求1所述的无线智能节点监测报警系统，其特征在于：所述主控单元包括异步串行接口UART和同步串行接口SPI，所述主控单元通过通用异步串行接口UART与所述GSM通信单元进行通信，并通过同步串行接口SPI与所述无线射频收发单元进行通信。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的无线智能节点监测报警系统，其特征在于：所述无线射频收发单元组成无线网络，所述无线射频收发单元包括sink节点，所述sink节点作为协调器以及所述网关设备，所有所述无线传感器节点通过所述无线网络连接到sink节点。

4.根据权利要求3所述的无线智能节点监测报警系统，其特征在于：所述无线网络中还包括具有中继功能的路由节点。

5.根据权利要求1所述的无线智能节点监测报警系统，其特征在于：无线传感器节点为温度传感器、光强度传感器或可燃气体传感器。