CN203644198U

CN203644198U - 基于北斗rdss系统和zigbee的无线远程数据采集系统

Info

Publication number: CN203644198U
Application number: CN201320835277.7U
Authority: CN
Inventors: 胡赞军
Original assignee: WUHAN MELIT COMMUNICATION CO Ltd
Current assignee: WUHAN MELIT COMMUNICATION CO Ltd
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2023-12-18

Abstract

本实用新型属于无线通信领域，具体为一种基于北斗RDSS系统和ZIGBEE的无线远程数据采集系统，包括主机和若干分机，所述主机包括北斗天线、北斗RDSS模块、CPU模块、ZIGBEE协议模块、ZIGBEE射频前端、ZIGBEE天线、键盘模块以及显示模块，所述分机包括ZIGBEE天线、ZIGBEE射频前端、ZIGBEE协议模块以及采集感应模块。本实用新型可在地质条件复杂、自然环境恶劣、突发灾害而导致没有有效公共移动网络覆盖的情况下，利用我国自主北斗RDSS系统的短报文功能及内部组建的ZIGBEE无线网络，实现石油、电力等行业的远程监测数据采集。

Description

基于北斗RDSS系统和ZIGBEE的无线远程数据采集系统

技术领域

本实用新型属于无线通信领域，具体为一种基于北斗RDSS系统和ZIGBEE的无线远程数据采集系统。

背景技术

目前，无线方式的远程数据采集方案基本上均需依托基于GSM/GPRS/CDMA等技术体制的公共移动通信网络实现数据的远程传输。由于客观原因，部分丘陵、山区、沙漠、海洋等区域属于公共移动网络覆盖的盲区或者存在移动信号较弱、通信不畅通的问题，同时我国是一个自然地质灾害频发的国家，地震、泥石流、洪水等灾害的发生可能损毁基站等移动通信基础设施，造成公共移动网络的瘫痪，此外公共移动网络还存在因网络拥塞造成通信故障的风险，因此需要有一种技术能够保证无线远程数据采集系统在特殊区域及情况下的可靠工作。此外，此类方案的数据采集端一般采用有线或WIFI、蓝牙等无线方式收集数据，存在布线复杂、成本高、功耗大、维护不便等缺点，亦需有一种更适合实际应用的技术替代。

北斗系统是我国独立开发的全球卫星导航系统，拟提供海、陆、空全方位的全球导航定位服务，目前系统正在组网完善中，已具备服务我国及周边地区的能力。相对于其它同类系统，如美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯，北斗系统（RDSS）具有一定的特色，可支持短报文通信功能用于用户间的远程通信，一次可传送多达120个汉字的信息。在汶川地震时，北斗系统的通信功能曾为救灾部队提供了重要的信息支援。

ZIGBEE是一种短距离、低功耗、低成本、相对简单、网络容量大、支持路由组网、高可靠性、安全的双向无线网络技术，满足IEEE802.15.4标准。该技术可应用于医疗、安防、交通、工业等领域。

发明内容

本实用新型的目的在于克服已有无线远程数据采集系统的上述不足，提供一种利用北斗卫星定位导航系统及ZIGBEE短距离无线通信技术的无线远程数据采集系统，以实现更可靠、更畅通、更经济、更便捷的通信。

为实现上述技术目的，本实用新型提供的方案是：一种基于北斗RDSS系统和ZIGBEE的无线远程数据采集系统，包括主机和若干分机。

所述主机包括北斗天线、北斗RDSS模块、CPU模块、ZIGBEE协议模块、ZIGBEE射频前端、ZIGBEE天线、键盘模块以及显示模块，CPU模块通过异步串口分别与北斗RDSS模块、ZIGBEE协议模块联接，CPU模块通过I ² C接口与键盘模块联接，CPU模块通过地址数据总线与显示模块联接，北斗RDSS模块通过同轴电缆与北斗天线联接，ZIGBEE射频前端通过RF接口与ZIGBEE协议模块联接，ZIGBEE射频前端通过同轴线缆与ZIGBEE天线联接。

所述分机包括ZIGBEE天线、ZIGBEE射频前端、ZIGBEE协议模块以及采集感应模块，ZIGBEE协议模块通过串行接口联接采集感应模块，ZIGBEE协议模块通过RF接口联接ZIGBEE射频前端，ZIGBEE前端通过射频同轴线缆联接ZIGBEE天线。

所述主机和分机通过各自的ZIGBEE天线进行无线数据通信，所述主机与监控中心通过各自的北斗天线进行无线数据通信。

而且，所述分机内联接ZIGBEE协议模块和采集感应模块的串行接口是预留地址数据总线接口。

而且，所述主机内，北斗天线是HJ-BD30型号，北斗RDSS模块是BMN1200S型号，ZIGBEE协议模块是CC2530型号，ZIGBEE射频前端是CC2591型号，ZIGBEE天线是CSA-2400型号，显示屏模块是LCD12864型号，键盘模块包括型号为ZL7290键盘驱动芯片及订制键盘，CPU模块包括AM3359ZCZD72型号的CPU芯片和与其联接的MT41J128M8JP-15E IT DDR3芯片、MT29F4G08ABADAWP-IT FLASH芯片。

而且，所述分机内，ZIGBEE天线是CSA-2400型，ZIGBEE射频前端是CC2591型号，ZIGBEE协议模块是CC2530型号，采集感应模块包括型号为DS18B20的温度感应器和型号为LMP1000且附探头的气体感应模块。

本实用新型内含射频信号放大电路，信号有效传输距离达500米以上，可支持200个以上感应点的数据采集。为便于应用的扩展，分机中采集接口采用子板形式，其余分机电路采用母板形式，子板与母板采用专用连接器连接。

本实用新型的优点如下：

1.具备较强的适应性，远程数据的传输通过北斗RDSS系统实现，可弥补公共移动网络的不足、满足在各种复杂环境下工作的要求，可满足突发自然灾害的应急应用，在防灾减灾中发挥重要作用；

2.可产生良好的经济效益，数据采集端采用ZIGBEE技术，该技术的一大优势就是低成本、低功耗，可降低对维护资源的需求；

3.数据采集端组网能力强，可支持MESH协议组网；

4.应用可扩展性强，采集感应模块中的温度、气体感应探头可更换为流量、压力等感应器，对软件进行少量修改，可广泛应用于安防、智慧城市、水利、石油等领域；

5.依托北斗系统，积极推广我国自主技术的应用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的数据流向示意图。

图3是本实用新型的处理流程图一。

图4是本实用新型的处理流程图二。

图5是本实用新型的应用层数据包格式。

图6是本实用新型的主机前面板局部示意图。

图7是本实用新型的基本组网示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

本实施例提供一种基于北斗RDSS系统和ZIGBEE的无线远程数据采集系统，包括主机和若干分机。

如图1所示，所述主机包括北斗天线、北斗RDSS模块、CPU模块、ZIGBEE协议模块、ZIGBEE射频前端、ZIGBEE天线、键盘模块以及显示模块，CPU模块通过异步串口分别与北斗RDSS模块、ZIGBEE协议模块联接，CPU模块通过I ² C接口与键盘模块联接，CPU模块通过地址数据总线与显示模块联接，北斗RDSS模块通过同轴电缆与北斗天线联接，ZIGBEE射频前端通过RF接口与ZIGBEE协议模块联接，ZIGBEE射频前端通过同轴线缆与ZIGBEE天线联接。

进一步的，上述分机内联接ZIGBEE协议模块和采集感应模块是串行接口，并预留地址数据总线接口。

进一步的，上述主机北斗天线型号为HJ-BD30。

进一步的，上述主机RDSS模块型号为BMN1200S。该模块接收灵敏度为-157.6dbBW，发射机射频输出功率为2dBm。

进一步的，上述主机CPU模块包含型号为AM3359ZCZD72的CPU芯片（主频720M、可提供6个UART接口），以及与其联接的型号为MT41J128M8JP-15E IT DDR3的芯片（128MB容量）、型号为MT29F4G08ABADAWP-IT FLASH的芯片（512MB容量）。

进一步的，上述主机ZIGBEE协议模块型号为CC2530（内含8051CPU内核）。

进一步的，上述主机ZIGBEE射频前端型号为CC2591。该模块输出功率高达22dBm。

进一步的，上述主机ZIGBEE天线型号为CSA-2400。

进一步的，上述主机键盘模块包括4（行）X5（列）订制键盘和型号为ZL7290键盘驱动芯片；显示模块型号为LCD12864，该显示屏为带中文字库、分辨率为128x64、内置8192个16x16点汉字及128个16x8点ASCII字符集的点阵图形液晶显示模块。

进一步的，上述分机ZIGBEE天线型号为CSA-2400。

进一步的，上述分机ZIGBEE射频前端型号为CC2591。

进一步的，上述分机ZIGBEE协议模块型号为CC2530。

进一步的，上述分机采集感应模块包括型号为DS18B20的温度感应器和型号为LMP1000且附探头的气体感应。

在主机内部，北斗RDSS模块将接收到的北斗S/L射频信号转换成46M左右的模拟中频信号，然后通过A/D转换成2bit数字信号，再进行基带处理，完成短信、通信报文的抽取，并通过其内部的UART模块输出，同时亦可实现其逆过程。ZIGBEE协议模块支持IEEE802.15.4 2.4GHz频段的应用，集成了8051内核可用于ZIGBEE协议栈的处理、用户应用的实现，可完成A/D、D/A及数字调制、解调功能。该模块可将射频信号经过正交下变频至2MHz的中频信号，然后经过A/D模块变为数字信号，经过自动增益控制、信道过滤、协议解析等处理，并提供应用层接口，同时可实现其逆过程。ZIGBEE射频前端可实现发送信号放大及接收信号滤波、降噪，可增加RF信号传送的距离。CPU可通过UART通道读取ZIGBEE侧应用层数据获取各监测点状态，并可通过北斗RDSS模块的UART通道与远端监控中心通信。订制键盘完成主机各参数（如告警上报阀值）的设置，CPU通过ZL7290芯片完成对按键的响应。显示模块根据CPU的设定显示不同的参数及界面。

在分机内部，ZIGBEE协议模块、ZIGBEE射频前端功能与主机同类模块一致，此外ZIGBEE协议模块中的8051处理器内核还需完成其它节点数据的路由转发以及采样数据的获取。采集模块集成温度和气体泄露感应电路。

远程采集时的数据流向如图2。如分机1，CC2530芯片的8051内核定时获取原始采样数据，增加分机编号后形成数据A，然后进行ZIGBEE协议封装，由CC2591芯片完成射频信号放大后，发送至下游节点分机4（中间可经由若干节点），分机4中 CC2530芯片的8051内核完成数据转发，将包含A的封装数据发送至主机。分机2的数据B完成协议封装后，经由分机5亦传送至主机；分机3的数据C亦按同样方式传送至主机。主机、各分机之间采用2.4GHz频段的通道1进行数据传递。在主机内部，CC2591芯片对射频信号进行滤波、降噪声处理后输出至CC2530芯片，由CC2530芯片完成ZIGBEE协议的解析。CPU先通过UART接口获取应用层数据，再根据预先设定的告警阀值进行判断，若判定状态告警，在应用层数据中增加主机编号。各节点的数据发送采用一定策略，均通过UART输出至BMN1200S芯片，进行相关协议处理后，最终分别将数据A、B、C通过北斗RDSS系统短报文信道发送至监控中心。

北斗RDSS系统短报文功能需要申请授权，其带宽、用户资源均有一定限制。考虑到以上特点，为尽可能地减少系统负荷，本实用新型采用了特定的处理流程，分为监控点主动上报（如图3所示）和监控中心主动查询（如图4所示）两种方式。在图3中，分机定时（时间可通过主机设置）向主机上传数据，数据传递的间隙，分机处于休眠状态。主机收到分机数据后，判断数据超过告警阀值后再上报监控中心，监控中心收到数据后，向主机反馈应答包。主机若连续三个周期未收到监控中心应答包，暂认定信道故障，暂停此次发送，一定时间后重新发送。在图4中，监控中心主动查询各采样点的状态，各分机经由主机返回数据，若监控中心连续三个周期未收到对应节点的数据，暂停此次查询，向上级管理模块上报故障。

图5为通信交互过程中应用层数据包格式。

在图6中，通过键盘可设置各分机数据定时上报时间、告警阀值等参数。图中左侧为主机上显示的某分机数据和相关参数，右侧为键盘。除了监控中心可以获取数据外，本地巡检人员亦可通过主机屏幕确认各个分机的状态。

本系统可安装于山区、沙漠、自然灾害频发区域，如图7所示，实现对电力线缆、石油天然气管道等对象的远程监测。可布置若干套本系统，主机负责相关分机的数据获取，监控中心通过各个主机获取采样点数据。各分机与主机之间采用ZIGBEE低功耗网络通信，分机采用电池供电，可保证六个月以上时间不间断供电，减低了工程施工及维护的难度。监控中心与各主机通过北斗系统通信，北斗系统的采用弥补了其它无线方式的不足，在地形复杂、自然条件恶劣等地区提供了更有效的通信方式，尤其是灾害发生后，可通过本系统在第一时间获取监控对象的状态，为救灾提供宝贵的资料。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进或变形，这些改进或变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种基于北斗RDSS系统和ZIGBEE的无线远程数据采集系统，包括主机和若干分机，其特征在于：所述主机包括北斗天线、北斗RDSS模块、CPU模块、ZIGBEE协议模块、ZIGBEE射频前端、ZIGBEE天线、键盘模块以及显示模块，CPU模块通过异步串口分别与北斗RDSS模块、ZIGBEE协议模块联接，CPU模块通过I ² C接口与键盘模块联接，CPU模块通过地址数据总线与显示模块联接，北斗RDSS模块通过同轴电缆与北斗天线联接，ZIGBEE射频前端通过RF接口与ZIGBEE协议模块联接，ZIGBEE射频前端通过同轴线缆与ZIGBEE天线联接；所述分机包括ZIGBEE天线、ZIGBEE射频前端、ZIGBEE协议模块以及采集感应模块，ZIGBEE协议模块通过串行接口联接采集感应模块，ZIGBEE协议模块通过RF接口联接ZIGBEE射频前端，ZIGBEE前端通过射频同轴线缆联接ZIGBEE天线；所述主机和分机通过各自的ZIGBEE天线进行无线数据通信，所述主机与监控中心通过各自的北斗天线进行无线数据通信。

2.根据权利要求1所述的基于北斗RDSS系统和ZIGBEE的无线远程数据采集系统，其特征在于：所述分机内联接ZIGBEE协议模块和采集感应模块的是串行接口，并预留地址数据总线接口。

3.根据权利要求1或2所述的基于北斗RDSS系统和ZIGBEE的无线远程数据采集系统，其特征在于：所述主机内，北斗天线是HJ-BD30型号，北斗RDSS模块是BMN1200S型号，ZIGBEE协议模块是CC2530型号，ZIGBEE射频前端是CC2591型号，ZIGBEE天线是CSA-2400型号，显示屏模块是LCD12864型号，键盘模块包括型号为ZL7290键盘驱动芯片及订制键盘，CPU模块包括AM3359ZCZD72型号的CPU芯片和与其联接的MT41J128M8JP-15E IT DDR3芯片、MT29F4G08ABADAWP-IT FLASH芯片。

4.根据权利要求1或2所述的基于北斗RDSS系统和ZIGBEE的无线远程数据采集系统，其特征在于：所述分机内，ZIGBEE天线是CSA-2400型，ZIGBEE射频前端是CC2591型号，ZIGBEE协议模块是CC2530型号，采集感应模块包括型号为DS18B20的温度感应器和型号为LMP1000且附探头的气体感应模块。