CN204031200U

CN204031200U - 基于无线传感的网络控制系统

Info

Publication number: CN204031200U
Application number: CN201420129059.6U
Authority: CN
Inventors: 张卫星; 陆文灏
Original assignee: Suzhou Vocational Institute of Industrial Technology
Current assignee: Suzhou Vocational Institute of Industrial Technology
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2024-03-20

Abstract

本实用新型涉及一种基于无线传感的网络控制系统，包括远程数据处理装置，远程数据处理装置的通讯端口连接网络监控装置，其特点是：网络监控装置的数据通讯端口上连接有Zigbee-Ethernet网关装置。同时，Zigbee-Ethernet网关装置的数据通讯端通过Zigbee传感和/或Zigbee控制装置连接外接系统组件，在Zigbee传感器、Zigbee控制装置的控制端口上连接有Zigbee通讯组件。通过采用手套型遥控器，可以实现便捷化的手势操控，提高了整体的应用领域，可以有效在家居、交通管制、游戏中采用本实用新型，提高实施使用的便捷性。再者，本实用新型整体构造简单，易于生产实施。

Description

基于无线传感的网络控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种网络控制系统，尤其涉及一种基于无线传感的网络控制系统。

背景技术

近年来Zigbee无线传感网络、Wi-Fi无线网络与微机电系统(iMEMS)技术蓬勃发展，广泛应用在家庭自动化、消费电子、和便携设备上，未来前景看好。若将这些技术整合一起，将创造神奇的功能，扩大其应用领域。本论文使用德州仪器公司于2009年最新推出SOC芯片-CC2530、三轴加速度计ADXL345，弯曲传感器，整合Zigbee无线传感网络技术，制作成手套型遥控器。使用者的姿势与动作从iMEMS传感器撷取信号，经由Zigbee无线网络传送到其它节点装置上，执行监控功能。Zigbee无线网络可通过Zigbee-Ethernet网络网关、连接到PC计算机、Internet或无线移动设备，执行信息交换与远程监控功能。预期这套系统在未来将可提供人们更舒适、安全与便捷的生活。我们设计三套应用系统(1)智能型居家系统；(2)交通信号管制系统；(3) 计算机在线互动游戏，进行系统测试与功能验证，效果良好。

ZigBee (IEEE 802.15.4)是一种低传输速率、短距离、低消耗功率、低成本、高节点密度之无线网络能力、双向传输、无线通信、抗噪声干扰能力及架构简单的技术，最多可同时链结255个装置，具有高扩充性，节点数可多达六万多点。Zigbee主要应用在一般低传输率的传感与监控信号撷取，例如环境监测、家电自动化控制、个人医疗、工业厂房监控、商务大楼自动化等，预期未来将大量出现在我们日常生活中。

微机电系统(iMEMS)技术已广泛我们日常生活中，涵盖汽车与工业感测、PC周边与消费家电以及光学通讯三大类领域。随着Wii游戏机和iPhone的盛行，iMEMS在消费电子与便携设备的应用，备受瞩目，诸如加速度计、陀螺仪、压力传感器等，已大量使用在手机、可携式数字相机、微型麦克风、交互式游戏机等消费电子领域上。iMEMS感测技术结合微惯性传感组件，搭配人体姿态动力学演算处理，进一步针对人体动作产生做出高解析指向定位与动作型态的译码技术，未来整合在无线遥控器上，将指日可待。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种基于无线传感的网络控制系统。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

基于无线传感的网络控制系统，包括远程数据处理装置，所述远程数据处理装置的通讯端口连接网络监控装置，其中：所述网络监控装置的数据通讯端口上连接有Zigbee-Ethernet网关装置，所述Zigbee-Ethernet网关装置的数据通讯端通过Zigbee传感和/或Zigbee控制装置连接外接系统组件，所述Zigbee传感器、Zigbee控制装置的控制端口上连接有Zigbee通讯组件。

进一步地，上述的基于无线传感的网络控制系统，其中：所述的Zigbee控制装置为手套型遥控器，所述的手套型遥控器包括有手套本体，所属的手套本体的五只手指头，均设置有弯曲传感组件，所述的手套本体内设置有芯片电路板，所述的芯片电路板连接弯曲传感组件，所述芯片电路板的数据通讯端上连接有加速度计传感组件，所述加速度计传感组件的输出端连接有三轴数字iMEMS运动传感器，所述芯片电路板上连接有设定组件，所述芯片电路板上设置有供能组件，所述的三轴数字iMEMS运动传感器通讯接口上连接有Zigbee通讯组件。

更进一步地，上述的基于无线传感的网络控制系统，其中：所述的芯片电路板上加载有CC2530式SOC芯片，所述的加速度计传感组件为ADXL345式三轴加速度计，所述的弯曲传感组件为弯曲电阻传感器。

更进一步地，上述的基于无线传感的网络控制系统，其中：所述的设定组件为按钮，所述的供能组件为电源电路，所述的电源电路上连接有锂电池或是输电端子。

更进一步地，上述的基于无线传感的网络控制系统，其中：所述的Zigbee控制装置为按键型遥控器，所述的按键型遥控器包括有遥控器本体，所述控器本体的通讯端口上连接有无线传感网络通讯装置。

再进一步地，上述的基于无线传感的网络控制系统，其中：所述的Zigbee通讯组件包括有容纳盒，所述的容纳盒内设置有处理芯片，所述的处理芯片上连接有RF收发器，所述的处理芯片上设置有独立的数据通讯接口，所述的处理芯片上连接运动传感器，所述的数据通讯接口包括有ADC通讯口、SPI通讯口、USB通讯口。

本实用新型技术方案的优点主要体现在：依托于远程数据处理装置、Zigbee-Ethernet网关装置与Zigbee控制装置的配合，实现了有效的无线网络数据通讯。并且，通过采用手套型遥控器，可以实现便捷化的手势操控，提高了整体的应用领域，可以有效在家居、交通管制、游戏中采用本实用新型，提高实施使用的便捷性。再者，本实用新型整体构造简单，易于生产实施。

附图说明

本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。

图1是基于无线传感的网络控制系统的分布构造示意图。

图2是手套型遥控器的构造示意图。

1	远程数据处理装置	2	网络监控装置
				3	Zigbee-Ethernet网关装置	4	Zigbee传感器
5	外接系统组件	6	Zigbee控制装置
				7	手套本体	8	弯曲传感组件
9	芯片电路板	10	加速度计传感组件
				11	三轴数字iMEMS运动传感器	12	设定组件
13	供能组件	14	Zigbee通讯组件

具体实施方式

如图1～2所示的基于无线传感的网络控制系统，包括远程数据处理装置1，在远程数据处理装置1的通讯端口连接网络监控装置2，其与众不同之处在于：为了进行有效的Zigbee-Ethernet网络数据通讯，在网络监控装置2的数据通讯端口上连接有Zigbee-Ethernet网关装置3。同时，Zigbee-Ethernet网关装置3的数据通讯端通过Zigbee传感和/或Zigbee控制装置6连接外接系统组件5。并且，Zigbee传感器4、Zigbee控制装置6的控制端口上连接有Zigbee通讯组件14。

为了便于后续的功能扩展，Zigbee传感与Zigbee控制装置6还可以使用CC2530芯片配置霍尔组件电流传感器(例如ACS712组件)，用来监控电源使用状态，提供能源监控功能；CC2530芯片配置温湿度传感器(如串行式SHT-11组件)，或光照度传感器(如HPTCL-150D组件)，可用来做温、湿、与光照度的监控环境功能。

同时，本实用新型采用的Zigbee-Ethernet网关装置3是Zigbee网络连接以太网络的硬件装置。这样，在实际实施时，透过网关装置，满足Zigbee网络的任一节点装置，可使用计算机伺服主机、无线移动设备(PDA、手机等)、Internet、Wi-Fi无线网络联机，与其他装置互传信号。

就本实用新型一较佳的实施方式来看，为了进行有效的手势识别，进行手势控制，采用的Zigbee控制装置6为手套型遥控器。具体来说，采用的手套型遥控器包括有手套本体7，手套本体7的五只手指头，均设置有弯曲传感组件8。并且，为了便于处理各种手势信号，手套本体7内设置有芯片电路板9，芯片电路板9连接弯曲传感组件8。同时，为了提高数据采集的准确性，所述芯片电路板9的数据通讯端上连接有加速度计传感组件10。再者，考虑到能够有效采集手套的空间方位，提高操作便利性，本实用新型所采用的所述加速度计传感组件10的输出端连接有三轴数字iMEMS运动传感器11。当然，为了进行各种辅助参数的设定，便于用户进行个性化调整和满足各种功能分配的需要，芯片电路板9上连接有设定组件12。从长时间使用考虑，芯片电路板9上设置有供能组件13。在三轴数字iMEMS运动传感器11通讯接口上连接有Zigbee通讯组件14，这样可以满足各种类别的Zigbee通讯需要。

三轴数字iMEMS运动传感器11为ADXL345式样。它内置一个FIFO（先进先出）内存模块，最多可以存储32个X、 Y、 Z轴采样资料。最高可支持到±16g，ADC可为10bit~13bit灵敏度可维持在4mg/LSB。为了方便使用，ADXL345支持I2C/SPI及中断输出，可有效减轻MCU的负荷。3mmx5mm小型化包装非常适合用于可携式产品。

结合实际制造来看，芯片电路板9，是CC2530系统芯片电路板9。具体来说，依托于CC2530系统芯片电路板9内建8通道8～14 bits的ADC读取弯曲传感电路。配合五只手指头，每只手指配置一条弯曲传感电阻，经由CC2530之ADC转换成数字信号。同时，采用CC2530系统芯片电路板9内建的SPI，作为ADXL345加速度计的数据读取。通过CC2530系统芯片电路板9内建IEEE802.15.4 规范之2.4GHz的无线收发模块。将所需处理的数据透过模块发射到服务器进行判断或直接发送到受Zigbee控制装置6。再者，弯曲传感器通常为10KΩ，随着弯曲曲率增加，电阻值大约增加 30~ 40。此弯曲传感器仅能针对单一方向的弯曲作检测。我们设计一个传感电路，让电阻变化值对应到电压变化值在V=0~5V的范围内，透过CC2530系统芯片电路板9数字模拟转换-ADC，读取模拟信息，再传换成数字信息。每一只手指将配置一条弯曲传感器，当手指伸直时电阻值不会有明显的变化。当手指弯曲时才会有明显的变化。我们利用电阻感测材料变形时造成的电阻变化（电压的变化），在经由CC2530系统芯片电路板9处理以判断手指弯曲的程度。

进一步来看，为了便于生产组装，降低制造成本的同时，提高各个部件的通用程度，提高数据交互处理效果，在芯片电路板9上加载有CC2530式SOC芯片。同时，加速度计传感组件10为ADXL345式三轴加速度计，弯曲传感组件8为弯曲电阻传感器。这样，能够精确采集各种不同的弯曲信号，提高控制的精确程度。并且，为了实现轻便话的穿戴与便捷操控，设定组件12为按钮，供能组件13为电源电路，电源电路上连接有锂电池或是输电端子。并且，考虑到控制功能的延生扩展，使用CC2530芯片使用DIO接点配置继电器，就可用来控制灯光、家用电器、空调、电源插座等节点开关。

同时，ADXL345三轴加速计配置在手套的背部。这样，出现手掌翻转与挥手动作，由三轴加速计感测的三轴分量变化ax、 ay、az，传送到CC2530系统芯片电路板9。针对系统功能需求，可事先仿真测试手势动作，获取三轴信息变化值，实际操作时可判断手势动作，再由芯片下达指令，利用Zigbee无线传输，传送到网络其它节点，执行监控动作。ADXL345与CC2530系统芯片电路板9的连接方式是透过三线式SPI串行接口。

当然，考虑到某些功能的缩减需要，从最大程度上满足基础控制与数据通讯的稳定性，也可以采用按键型遥控器构成Zigbee控制装置6。具体来说，按键型遥控器包括有遥控器本体，控器本体的通讯端口上连接有无线传感网络通讯装置。

再进一步来看，为了满足各个装置之间的稳定数据通讯，提高后续的功能应用范围，本实用新型所采用的Zigbee通讯组件14包括有容纳盒。为了实现集成化的构造，同时能够减少后续的开发成本，容纳盒内设置有处理芯片，所述的处理芯片上连接有RF收发器。这样，能够满足网路数据通讯的同时，提高数据的通讯途径，便于实现各种操控类型的需要。同时，考虑到数据扩展的需要，避免二次开发，在处理芯片上设置有独立的数据通讯接口。并且，考虑到提高运动捕捉数据处理的精确度，在处理芯片上连接运动传感器。再者，为了满足各种不同设备的交互通讯，采用的数据通讯接口包括有ADC通讯口、SPI通讯口、USB通讯口。

结合本实用新型的实际使用情况来看，拥有丰富的应用层面，分别进行列举。

(1)智能型居家系统。

未来的智能型家庭中，许多家庭、办公楼和小区内的灯光、家电开关、风扇或空调开关，与门禁系统，使用配置有继电器的Zigbee控制装置6。家庭成员、大楼或小区管理员，配带上手套型遥控器，即可利用手指头的动作与手势，或是CC2530芯片内部记忆的身份识别数据，就可下达监控指令，控制Zigbee网络的灯光、家电开关，风扇或空调开关，与门禁系统。我们设计一间小型模型屋，配置有多个灯光、风扇与电源插座进行测试。我们带上手套型遥控器，利用几种不同的手势与动作，可顺利开关灯光、风扇与电源插座。测试结果成效良好。此外，透过Zigbee-Ethernet网关装置3与Internet网络连接，功能更可大幅提升。例如，用户可以透过手机或PDA等移动设备，可远程随时开启与关闭灯光、电器、风扇与空调。

(2)交通信号管制系统。

在某些特定时间和路段，或发生交通事故时，需要特别交通管制时，交警带上手套型遥控器，利用手势与动作，就可以很方便的遥控配备有Zigbee控制装置6的交通信号。此外，透过Zigbee-Ethernet网关装置3，可以将所在位置的最新的交通状况，透过Zigbee无线网络与Internet功能，传送到交通指挥中心。试验时，通过制作一个红绿灯展示板，利用配置有继电器的Zigbee控制装置6连接红绿灯开关，CC2530芯片内置可调的红绿灯控制程序。测试时我们带上手套型遥控器，利用几种不同的手势与动作，可顺利控制红绿灯的状态。

(3)计算机在线互动游戏。

使用手套型遥控器透过Zigbee-Ethernet网关装置3连接作为远程数据处理装置1的PC计算机，就像配备Zigbee网络功能的Wii一样，可提供多人参与的在线游戏，每个参与游戏者使用手指头的动作与手势，与其它游戏者互动，达到多人互动游戏的目的。使用VB编写一套猜拳游戏程序，参与游戏者带上手套型遥控器，以一般猜拳的手势动作，就可以与PC计算机进行猜拳游戏。目前单一游戏者可顺利与计算机玩互动游戏。

通过上述的文字表述可以看出，采用本实用新型后，依托于远程数据处理装置、Zigbee-Ethernet网关装置与Zigbee控制装置的配合，实现了有效的无线网络数据通讯。并且，通过采用手套型遥控器，可以实现便捷化的手势操控，提高了整体的应用领域，可以有效在家居、交通管制、游戏中采用本实用新型，提高实施使用的便捷性。再者，本实用新型整体构造简单，易于生产实施。

这些实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。

Claims

1.基于无线传感的网络控制系统，包括远程数据处理装置，所述远程数据处理装置的通讯端口连接网络监控装置，其特征在于：所述网络监控装置的数据通讯端口上连接有Zigbee-Ethernet网关装置，所述Zigbee-Ethernet网关装置的数据通讯端通过Zigbee传感和/或Zigbee控制装置连接外接系统组件，所述Zigbee传感器、Zigbee控制装置的控制端口上连接有Zigbee通讯组件。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感的网络控制系统，其特征在于：所述的Zigbee控制装置为手套型遥控器，所述的手套型遥控器包括有手套本体，所属的手套本体的五只手指头，均设置有弯曲传感组件，所述的手套本体内设置有芯片电路板，所述的芯片电路板连接弯曲传感组件，所述芯片电路板的数据通讯端上连接有加速度计传感组件，所述加速度计传感组件的输出端连接有三轴数字iMEMS运动传感器，所述芯片电路板上连接有设定组件，所述芯片电路板上设置有供能组件，所述的三轴数字iMEMS运动传感器通讯接口上连接有Zigbee通讯组件。

3.根据权利要求2所述的基于无线传感的网络控制系统，其特征在于：所述的芯片电路板上加载有CC2530式SOC芯片，所述的加速度计传感组件为ADXL345式三轴加速度计，所述的弯曲传感组件为弯曲电阻传感器。

4.根据权利要求2所述的基于无线传感的网络控制系统，其特征在于：所述的设定组件为按钮，所述的供能组件为电源电路，所述的电源电路上连接有锂电池或是输电端子。

5.根据权利要求1所述的基于无线传感的网络控制系统，其特征在于：所述的Zigbee控制装置为按键型遥控器，所述的按键型遥控器包括有遥控器本体，所述控器本体的通讯端口上连接有无线传感网络通讯装置。

6.根据权利要求1所述的基于无线传感的网络控制系统，其特征在于：所述的Zigbee通讯组件包括有容纳盒，所述的容纳盒内设置有处理芯片，所述的处理芯片上连接有RF收发器，所述的处理芯片上设置有独立的数据通讯接口，所述的处理芯片上连接运动传感器，所述的数据通讯接口包括有ADC通讯口、SPI通讯口、USB通讯口。