CN206542407U - 多功能无线中继器及其应用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能无线中继器，包括多功能控制器和通过连接线分别连接多功能控制器的电源输入模块、无线通信模块和有线数据传输模块；电源输入模块包括电源以及用于控制电源供电的电源管理模块；网络通信模块包括WIFI模块、蓝牙模块和ZigBee模块；有线数据传输模块包括以太网连接模块和USB连接模块；其中电源管理模块、蓝牙模块、ZigBee模块均集成在一块PCBA电路板上。这种多功能无线中继器能够直接应用于混合组网方法及工业应用系统，不仅能实现了使用场景的多重链路覆盖和可靠通信，而且也实现了延伸网络的复合覆盖和无线物联网的可靠通信，满足了工业应用场景之中的高可靠性通信要求。

Description

多功能无线中继器及其应用系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于多种无线网络协议混合组网的多功能无线中继器，以及应该该中继器的系统，属于无线通信组网技术领域。

背景技术

工业应用场景中的信息传输，需要具有高的可靠性，可维护，可管理。目前，工业局域网和无线传感器网络在覆盖范围内的信息传输主要是通过无线传输例如WiFi，但是这些传输设备都有一个共通的缺陷就是只含有其中一种特定的通信方式，因此需要增加不同的通信连接就必须新增相对应的连接设备，这种一对一连接的设计无论是架设成本还是网间信息传输效率均已经逐渐不能满足日益复杂的应用连接场景要求。本实用新型的技术方案，还可在单个无线网络功能缺失时，通过其他无线网络的多路径方式实现可靠通信。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种能够实现多协议相互自动连接组网的多功能无线中继器。

本实用新型专利是通过以下技术方案实现的：

混合组网方式的覆盖范围内，是WIFI、蓝牙和ZigBee多重覆盖的。一种多功能无线中继器，可以实现局部加强覆盖和临时或移动场景的延伸覆盖。

所述多功能中继器，包含在塑料壳体之内。壳体，包括面壳和底壳。在底壳内固定安置有用于终端控制的多功能控制器，多功能控制器通过连接线分别连接电源输入模块、无线通信模块和有线数据传输模块；

电源输入模块包括电源以及用于控制电源供电的电源管理模块，电源管理模块通过连接线连接多功能控制器；

网络通信模块包括WIFI模块、蓝牙模块和ZigBee模块，WIFI模块、蓝牙模块和ZigBee模块分别通过连接线连接多功能控制器；

有线数据传输模块包括以太网连接模块和USB连接模块，以太网连接模块和USB连接模块分别通过连接线连接多功能控制器；

其中电源管理模块、WIFI模块、蓝牙模块、ZigBee模块均集成在一块PCBA电路板上，集成化设计降低了设备的生产成本的同时缩小了产品体积。

底壳和面壳，皆采用工程塑料材质，采用常见的超声波胶合工艺封合；内部所有组件，都完整固定在封合后的壳体内。

本实用新型进一步限定的技术方案为：

进一步的，WIFI模块通过WIFI天线与外部设备通讯连接，蓝牙模块通过蓝牙天线与外部设备通讯连接， ZigBee模块通过ZigBee天线与外部设备通讯连接，其中WIFI模块、蓝牙模块、ZigBee模块、蓝牙天线、ZigBee天线均集成在一块PCBA电路板上，WIFI天线外延出PCBA电路板外独立贴合底壳。

进一步的，电源为AC插头和/或内置电池，设备可以根据实际使用场景的不同，由电源控制模块控制而自动切换。在常见的固定使用场景之中，可折叠的AC插脚展开后，安插在墙面的电源插座上，由市电供电；在临时和或移动场景之中，事先将壳体内置的可充电电池组件（通过USB接口）充电，将多功能中继器放置于移动场景的路线上，即可实现移动场景的电池供电工作，也实现了混合网络的延伸覆盖。

进一步的，还包括LED状态指示灯，LED状态指示灯直接连接到多功能控制器内部PCBA上，通过壳体的留孔而外露部分顶部，不同的发光强度和或颜色来区别指示多功能中继器的工作状态。LED状态指示灯可以为多个，用于指示每个模块的工作状态。

进一步的，LED状态指示灯与电源管理模块、蓝牙模块、ZigBee模块、蓝牙天线、ZigBee天线集成在一块PCBA电路板上，WIFI天线外延出PCBA电路板外独立贴合底壳，这样一体设计可以保证设备的整体运用高效。

进一步的，以太网连接模块通过置于壳体外的以太网连接口连接外部网络设备；USB连接模块通过置于壳体外的USB插接口与外部的USB设备插接连接。

一种应用多功能无线中继器的混合组网工业应用系统；包括相互通讯连接的WIFI系统端、接入设备、多功能无线中继器和无线智能终端；

其中WIFI系统端，包括至少1个WIFI网络通信控制器（包括但不限于：工业计算机，服务器）和/或云端服务器，以及WIFI无线网络的系统软件；

接入设备包括：交换机，AC控制器，接入点AP和网络链路（电缆，光纤）；

WIFI无线智能终端（包括但不限于：平板电脑，工业掌上电脑）及与其配套的无线终端设备，可实现使用者在终端之间的实时通信（包含但不限于语音通话），WIFI无线智能终端包括：蓝牙中心节点和终端，ZigBee协调器和终端，多模通信协议和应用软件，组成蓝牙和ZigBee中心节点控制管理延伸网络；

多功能无线中继器包括：外壳和至于外壳内通过连接线分别连接电源输入模块、无线通信模块和有线数据传输模块；

在WIFI无线网络和延伸网络中的，至少一套蓝牙延伸网络设备，必须包括：1个蓝牙中心节点（嵌入在WIFI智能终端中），若干个中间节点和终端设备，以组成蓝牙延伸网络。

上述的系统是一体化的，统一进行控制和管理。WIFI控制中心负责整个系统的控制管理，WIFI智能终端负责蓝牙和ZigBee延伸网络的控制管理，但所有数据都上传到WIFI控制中心存储和或云端服务器存储。

进一步，混合组网系统中，在使用场景的覆盖区域，布设有WIFI、蓝牙和ZigBee三种通信链路设备，实现了多重覆盖，且互为冗余和备份，确保了无线通信网络的通信可靠性；

更进一步地，在使用场景的延伸区域，布设有蓝牙和ZigBee两种通信链路设备，且互为冗余和备份，确保了延伸网络的通信可靠性；

再进一步地，所述系统的控制中心，其应用软件能根据链路的情况，调节不同的链路来实现可靠通信；所述调节，存在两种调节方式：一，在蓝牙和ZigBee链路之间调节；二，在蓝牙或ZigBee链路之中，采用不同的路径，实现延伸网络内部的链路闭环和优化。

再进一步，系统的控制中心，其应用软件能够根据链路的情况，调节不同的通信内容来实现可靠通信；特别示例（但不限于示例应用）：WIFI链路完备，即进行高密度视频通信；蓝牙链路完备，即进行语音通话；而延伸链路仅仅可实现ZigBee链路通信时，就只能进行低容量内容通信（包含但不限于字符串、文本信息和语音录音）。

再进一步地，系统的WIFI智能终端，其应用软件能根据延伸网络链路的情况，调节不同的链路和通信内容来实现延伸网络的可靠通信；而且，在WIFI无线智能终端的使用者为自然人时，能够实现使用者之间的实时可靠通信。特别示例（但不限于示例应用）：所述混合组网系统应用于医院，WIFI智能终端承载智能呼叫系统,混合组网的延伸链路之中，必须保持用户之间语音通话的畅通。

还有，特别地设计：所述系统延伸网络链路的蓝牙和ZigBee链路中间节点设备，都是采用低功耗标准协议，采用电池供电方式即可实现紧急和或临时组成延伸网络链路的方案。特别示例（但不限于示例应用）：所述混合组网应用于医院，WIFI智能终端承载智能呼叫系统,混合组网链路处于地下室至急诊室（或者手术室至ICU移动场景中），可将电池供电的蓝牙和ZigBee模块放置于临时使用场景路径上的有限几个地点，即可实现临时场景（或紧急场景）中通信链路的可靠畅通，即：移动病床上的医护平板电脑与护士站（或医生工作站）平板电脑，通过蓝牙和或ZigBee延伸网络链路，进行病患生理数据的及时上传和医护人员之间的语音通话。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供的多功能无线中继器能够应用于混合组网方法及工业应用系统，不仅能实现了使用场景的多重链路覆盖和可靠通信，而且也实现了延伸网络的复合覆盖和无线物联网的可靠通信，满足了工业应用场景之中的高可靠性通信要求；同时，在WIFI网络智能终端的用户之间，还能够实现数据的实时、综合通信。完全满足工业应用的智慧小区（比如：智慧医院，智慧小区）场景，尤其是临时和移动场景，所需的人员通信和物联网数据通信的综合要求，可以低成本且方便地推广应用。相比较于单一链路无线通信网络，其可靠性明显优越。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：

图1 为本混合组网方法的功能框图；

图2 为本混合组网应用系统的功能结构图；

图3 为本混合组网应用系统多功能中继器的功能框图；

图4 为本混合组网应用系统多功能中继器的结构图

图5 为本混合组网应用系统的使用场景的示意图。

图中：电池（1），AC插头（2），电源管理模块（3），PCBA（4），WIFI天线（5），蓝牙模块（6），ZigBee模块（7），USB接口（8），以太网接口（9），WIFI模块（10），底壳（11），蓝牙天线（12），ZigBee天线（13），LED状态指示灯（14）。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。

图1 为本混合组网工业应用系统的整体功能结构图，如图所示，展示了混合组网方法的功能框图，其中包含了：

1、WIFI网络链路 由WIFI系统端、网络链路设备和若干个WIFI智能终端组成；

2、蓝牙网络链路 蓝牙中心节点（嵌入在智能终端内部的蓝牙模块）、若干个中间节点和若干个蓝牙终端设备组成；

3、ZigBee网络链路由ZigBee协调器（嵌入在智能终端内部的ZigBee模块）、若干个路由器、若干个ZigBee终端设备；

4、一体化的智能终端，是混合组网网络的终端设备；也是延伸覆盖网络的多功能上位机（如图2所示）。

混合组网之中，如果WIFI网络覆盖的某些场景边缘信号强度不是足够好，即可部署WIFI网络标准之中WDS协议的中间节点设备（一个或若干个，根据场景需要），以便达成所有使用场景范围WIFI信号完好覆盖。

若干个WIFI智能终端（A1,...,An），可以处于使用场景的不同区域并被不同的使用者所使用，例如：医院场景之中，分成病房智能终端、护士站智能终端和医生工作站等不同使用者使用的智能终端。

每个WIFI智能终端，在其所在的现场之中，还配备若干个智能配件（包括但不限于：WIFI扫码器，蓝牙手环，蓝牙耳机，WIFI网络摄像头，ZigBee终端设备（生命体征监测设备））。

如图2所示，在主要使用场景（医院内部或者其他智慧小区场景）中，WIFI、蓝牙和ZigBee三种链路是复合覆盖的，而且是互为冗余和备份的。同时，也可以通过不同的链路传输不同的数据。

在WIFI网络覆盖的主使用场景边缘，接入点AP1不能与智能终端A1正常通信，部署WIFI WDS中间节点Wn之后，加强该区域信号，从而改善为正常通信。

在WIFI网络覆盖的使用场景边缘，某个智能终端还作为蓝牙和ZigBee延伸覆盖网络的控制中心（蓝牙中心节点和ZigBee协调器），控制延伸网络的通信；而且,可以进行延伸网络与WIFI网络之间的数据转接。

在某个无线链路工作不正常时，其他链路可以继续正常工作，确保整个场景之中的网络通信的牢靠度。比如：WIFI工作不正常时，在延伸网络畅通时，两个智能终端可以通过蓝牙和ZigBee转接数据、保持语音通话。

在一些临时场景，比如：不常用的工作室（WIFI网络未覆盖），建筑物之间场地等，即可在其最近的、部署有混合组网链路的建筑物边缘，重新布设多功能中继器（如图3，图4所示，含WDS中间节点、蓝牙中间节点和ZigBee路由器），即可实现混合网链路的延伸覆盖，达成临时场景之中混合网络通信正常。

在一些移动场景，比如：病床推动到手术室途中，从急诊室到手术室、住院部途中等，只需要临时在沿途布设有限个电池供电的蓝牙中间节点和或ZigBee路由器，即可实现移动场景沿途的延伸网络

如图3 所示，展示了多功能中继器的功能框图。多功能中继器，具有WIFI模块10、蓝牙模块6和ZigBee模块7，在各自组网之中起通信链路中继作用。多功能中继器，一般采用市电供电（AC插头2接入）；在断电或者移动场景之中，多功能中继器可以单独使用自带的电池1供电，继续工作；相应地，只保留低耗电的蓝牙和ZigBee链路。

如图4所示，展示了多功能中继器的内部结构。多功能中继器底壳11中放置了电池1、AC插头2、PCBA电路板4和WIFI天线5。

多功能中继器的PCBA组件中，包含的电路模块主要有：3-电源管理模块、6-蓝牙模块、10-WIFI模块、12-蓝牙天线、7-ZigBee模块、13-ZigBee天线、和14-LED状态指示灯。

多功能中继器可以通过9-以太网接口连接外网WAN，通过8-USB接口下载软件和进行设置组网的蓝牙和ZigBee延伸网络的运行；包括根据延伸网络的实际情况调节链路和传送内容；还能够控制管理延伸网络内部、与智能终端之间，以及与WIFI局域网、外部广域网（WAN）之间的数据通信。

为了更加详细地描述特殊场景的实际使用情况，特别给出如下实施例1：

示例1：如图5所示，主使用场景为医院住院部病房，临时场景为手术室。当病人需要手术时，护士站智能终端（含其PAN终端设备）随病床移动到手术室（以及返回病房）过程中，恰逢停电。

按照系统设计方案，在移动路径上的某些地点布设多功能中继器（电池供电的蓝牙中间节点和ZigBee路由器），与同是电池供电的WIFI智能终端形成临时网络链路，可保持病人移动过程中各个智能终端（护士站智能终端、病人智能终端和医生工作站智能终端）之间的通信畅通。

而且，根据链路的实际情况，或保持保持语音通话（蓝牙链路正常），或仅限于传输最低容量的字符串和文本信息（仅有ZigBee链路正常，仅传输病人的生理特征监测数据）。

最后说明的是，实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种多功能无线中继器，包括底壳（11），其特征在于：在所述底壳（11）内固定安置有用于终端控制的多功能控制器，所述多功能控制器通过连接线分别连接电源输入模块、无线通信模块和有线数据传输模块；

所述电源输入模块包括电源以及用于控制电源供电的电源管理模块（3），所述电源管理模块（3）通过连接线连接多功能控制器；

所述无线通信模块包括WIFI模块（10）、蓝牙模块（6）和ZigBee模块（7），所述WIFI模块（10）、蓝牙模块（6）和ZigBee模块（7）分别通过连接线连接多功能控制器；

所述有线数据传输模块包括以太网连接模块（9）和USB连接模块（8），所述以太网连接模块（9）和USB连接模块（8）分别通过连接线连接多功能控制器；

其中电源管理模块（3）、WIFI模块（10）、蓝牙模块（6）、ZigBee模块（7）均集成在一块PCBA电路板（4）上；

底壳和面壳，皆采用工程塑料材质，采用常见的超声波胶合工艺封合；内部所有组件，都完整固定在封合后的壳体内。

2.根据权利要求1所述的多功能无线中继器，其特征在于：所述WIFI模块（10）通过WIFI天线（5）与外部设备通讯连接，所述蓝牙模块（6）通过蓝牙天线（12）与外部设备通讯连接，所述ZigBee模块（7）通过ZigBee天线（13）与外部设备通讯连接，其中WIFI模块（10）、蓝牙模块（6）、ZigBee模块（7）、蓝牙天线（12）、ZigBee天线（13）均集成在一块PCBA电路板（4）上，WIFI天线（5）外延出PCBA电路板（4）外独立贴合在底壳（11）之中。

3.根据权利要求1所述的多功能无线中继器，其特征在于：所述电源为AC插头和/或内置电池；

在混合网络的主要覆盖范围，AC插头（可折叠）展开后，插入墙上插座内，实现市电供电；

在临时或移动使用场景，事先通过USB接口给壳体内置可充电电池组件充电，将多功能中继器放置于临时或移动使用场景的路线上，即可实现混合网络的延伸覆盖。

4.根据权利要求2所述的多功能无线中继器，其特征在于：还包括LED状态指示灯，所述LED状态指示灯直接连接到多功能控制器内部PCBA上，发射不同的颜色和强度的可见光，用于指示多功能中继器的各种工作状态。

5.根据权利要求4所述的多功能无线中继器，其特征在于：LED状态指示灯（14）与电源管理模块（3）、蓝牙模块（6）、ZigBee模块（7）、蓝牙天线（12）、ZigBee天线（13）集成在一块PCBA电路板（4）上，WIFI天线（5）外延出PCBA电路板（4）外而贴合于底壳（11）内。

6.根据权利要求1所述的多功能无线中继器，其特征在于：以太网连接模块（9）通过置于壳体外的以太网连接口连接外部网络设备；USB连接模块（8）通过置于壳体外的USB插接口与外部的USB设备插接连接。

7.一种应用多功能无线中继器的混合组网工业应用系统；其特征在于：包括相互通讯连接的WIFI系统端、接入设备、多功能无线中继器和无线智能终端；

其中WIFI系统端，包括至少1个WIFI网络通信控制器和/或云端服务器，以及WIFI无线网络的系统软件；

接入设备包括：交换机，AC控制器，接入点AP和网络链路；

WIFI无线智能终端包括：蓝牙中心节点和终端，ZigBee协调器和终端，多模通信协议和应用软件，组成蓝牙和ZigBee中心节点控制管理延伸网络；

多功能无线中继器包括：外壳和至于外壳内通过连接线分别连接电源输入模块、无线通信模块和有线数据传输模块。