專利名稱：基于WiFi和Zigbee的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于WiFi和Zigbee的無線網(wǎng) 絡(luò)設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN (Wireless Sensor Network)得到了廣泛的 應(yīng)用。傳統(tǒng)的WSN節(jié)點感知的信息通常為溫度、濕度、光強等標量信息，需 要處理及傳輸?shù)男畔⒘枯^少，節(jié)點部署的密度較大。隨著圖像傳感器技術(shù)、 無線通信技術(shù)以及嵌入式技術(shù)的發(fā)展，WSN節(jié)點可以感知、處理、傳輸信息量 豐富的圖像、音頻、視頻等多媒體數(shù)據(jù)，逐步發(fā)展成為無線多媒體傳感器網(wǎng) 絡(luò)麗SN (Wireless Multimedia Sensor Network)，麗SN拓展了傳統(tǒng)WSN的 應(yīng)用領(lǐng)域。由于多媒體信息數(shù)據(jù)量較大，而且在實時性、網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)質(zhì)量 等方面有較高要求，因此對傳統(tǒng)WSN的理論和技術(shù)提出了全方位的挑戰(zhàn)。
基于Zigbee的無線網(wǎng)絡(luò)是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù) 據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其底層采用IEEE802. 15.4標準，可以工作 在2. 4GHz和868/928MHz頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可以達到250Kbps，傳輸 距離通常在100米以內(nèi)。其傳輸速率和傳輸距離比較適用于傳統(tǒng)的WSN,但是 難以滿足圖片甚至視頻類的大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)傳輸及帶寬需求，同時在遠距離傳 輸方面也存在不足。基于WiFi (IEEE802.il)協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)分為兩種一 種是帶基站(接入點)的無線局域網(wǎng)WLAN，該網(wǎng)絡(luò)中的無線終端間通信或者 和網(wǎng)上其它主機通信都必須通過基站來實現(xiàn)，無線終端需要在基站的覆蓋范 圍內(nèi)，基站的覆蓋距離通常只有幾百米；另一種是無線自組織網(wǎng)絡(luò)(wireless ad hoc network),它不依賴于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，可以根據(jù)需要通過多跳 轉(zhuǎn)發(fā)的方式自組織形成網(wǎng)絡(luò)，每個節(jié)點既是數(shù)據(jù)源，又是路由節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)鏈 路帶寬可以達11Mbps (IEEE802. lib)或者54Mbps(IEEE802. llg/a)，支持大 功率遠距離傳輸，輔以高增益的定向天線傳輸距離甚至可以達到幾十公里。 這種網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于臨時需要部署網(wǎng)絡(luò)、鋪設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)比較困難或者節(jié)點需 要移動的場合，比如野外救援，惡劣環(huán)境的監(jiān)測，智能車輛等。
麗SN中的節(jié)點種類較多，既有感知溫度等標量信息的標量傳感器節(jié)點， 又有感知圖片等矢量信息的矢量傳感器節(jié)點。標量傳感器節(jié)點通常采用8位 微處理器并采用具有短距離、低帶寬特點的Zigbee無線通信模塊；矢量傳感 器節(jié)點通常采用處理能力和傳輸能力較高的32位微處理器，并使用IEEE802. 11無線通信模塊?，F(xiàn)有無線網(wǎng)關(guān)通常采用GPRS/CDMA接入方式，由于 而GPRS/CDMA接入方式的網(wǎng)絡(luò)速率較低，目前只有幾十到一百Kbps，難以滿 足圖像傳輸?shù)囊?，同時移動通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積有限，難以特殊應(yīng)用的需 要。因此迫切需要一種既能和兩種類型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通信并收集不同種類的數(shù) 據(jù)，又能提供較靈活、高帶寬的互聯(lián)網(wǎng)接入的多功能無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種新型的基于WiFi和 Zigbee的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，該無線網(wǎng)關(guān)具有多種無線通信接口(WiFi， Zigbee)， 能夠滿足多種類型數(shù)據(jù)(溫度、濕度等標量數(shù)據(jù)，圖片、視頻等矢量數(shù)據(jù)) 的采集、傳輸、遠程監(jiān)測需求。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種基于WiFi和Zigbee的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括控制電路板，控制電路 板由主控模塊、WiFi通信模塊、Zigbee通信模塊、以太網(wǎng)模塊及電源模塊構(gòu) 成，主控模塊通過MiniPCI接口和WiFi通信模塊相連接，主控模塊通過SPI 接口和Zigbee通信模塊相連接，主控模塊通過SMC接口和以太網(wǎng)模塊相連接。
而且，所述的主控模塊還通過通信接口連接一異步通信模塊。
而且，所述的異步通信模塊采用MAX232芯片。
而且，所述的WiFi通信模塊由一塊XtreamRange2芯片或兩塊 XtreamRange2芯片構(gòu)成。
而且，所述的Zigbee通信模塊采用Jennic5139芯片，所述的以太網(wǎng)模 塊采用KS8995芯片。
而且，所述的主控模塊由微處理器和存儲單元構(gòu)成。
而且，所述的微處理器采用MPC8272芯片，所述的存儲單元包括SDRAM 存儲單元和Flash存儲單元，SDRAM存儲單元采用4片HY57V561620FTP芯片， Flash存儲單元采用F28F256芯片。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是
1. 本無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集成了 WiFi、 Zigbee和以太網(wǎng)技術(shù)，使用本無線網(wǎng) 絡(luò)設(shè)備可以組建兩層無線通信網(wǎng)絡(luò)，其中一層使用Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采集傳感 器節(jié)點的數(shù)據(jù)，另一層使用WiFi網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行數(shù)據(jù)的高速傳輸，能夠滿足多 種類型數(shù)據(jù)(溫度、濕度等標量數(shù)據(jù)，圖片、視頻等矢量數(shù)據(jù))的采集、傳 輸、遠程監(jiān)測需求。
2. 本無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用模塊化設(shè)計，可以根據(jù)實際需要進行不同的配置， 其既可以作為無線路由器用于構(gòu)建無線自組織網(wǎng)絡(luò)，也可用作無線接入點， 并具有以太網(wǎng)及GPRS接入方式與互聯(lián)網(wǎng)相連接。
3. 本無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用高性能、低成本、低功耗的器件，具有數(shù)據(jù)處理 能力強、低成本、低功耗的特點；同時，采用工業(yè)級器件設(shè)計，具有工作溫度范圍大、抗震性能好的特點。
4. 本無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以根據(jù)需要進行部署，無需鋪設(shè)線纜，具有部署快 速靈活的特點，同時利用本無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以構(gòu)建無線自組織網(wǎng)絡(luò)，通過多 跳轉(zhuǎn)發(fā)的形式進行數(shù)據(jù)傳輸，覆蓋范圍廣。
5. 本發(fā)明集成了 WiFi、 Zigbee和以太網(wǎng)技術(shù)，能夠進行多種類型數(shù)據(jù) 的采集、傳輸及互聯(lián)網(wǎng)的接入以實現(xiàn)無線監(jiān)測的需求，具有數(shù)據(jù)處理能力強、 低成本、低功耗、工作溫度范圍大、抗震性能好的特點，可廣泛應(yīng)用于無線 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域中。


圖1是本發(fā)明的電路方框圖2是使用本發(fā)明構(gòu)成的基于高壓輸電線路的無線監(jiān)測系統(tǒng)連接示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述。
一種基于WiFi和Zigbee的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如圖1所示，包括控制電路 板，該控制電路板由主控模塊、WiFi通信模塊、Zigbee通信模塊、以太網(wǎng)模 塊、異步通信模塊和電源模塊構(gòu)成，電源模塊設(shè)置為控制電路板提供電源， 主控模塊通過MiniPCI接口和WiFi通信模塊相連接，主控模塊通過SPI接口 和Zigbee通信模塊相連接，主控模塊通過SMC接口和以太網(wǎng)模塊相連接，主 控模塊通過通信接口與異步通信模塊相連接，其中
主控模塊用于控制WiFi通信模塊、Zigbee通信模塊、以太網(wǎng)模塊、異步 通信模塊與外部網(wǎng)絡(luò)的通信及各通信模塊間的信息交換。主控模塊由微處理 器和存儲單元構(gòu)成，該微處理器采用Freescale的高性能低功耗MPC8272芯 片，該芯片的主頻400MHz，雙處理器內(nèi)核， 一個嵌入式PowerPC 603e內(nèi)核和 一個通信處理模塊(CPM)。存儲單元包括SDRAM存儲單元和Flash存儲單元， SDRAM存儲單元采用4片HY57V561620FTP芯片，即128MByte SDRAM， Flash 存儲單元采用F28F256芯片，即32 MByte Flash。
WiFi通信模塊主要用于和無線自組織網(wǎng)絡(luò)通信。WiFi通信模塊由兩塊 Ubiquiti Network的XtreamRange2芯片構(gòu)成，該通信模塊的最大發(fā)送功率達 600mW，有較好的接收靈敏度，最大傳輸距離為40Km。在控制電路板上設(shè)有兩 個MiniPCI接口與WiFi通信模塊相連接，支持兩塊帶有XtreamRange2芯片 的無線網(wǎng)卡同時工作。
Zigbee通信模塊主要用于和Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接點進行網(wǎng)絡(luò)通信。 Zigbee通信模塊采用Je皿ic5139芯片，其集成了 MCU和射頻模塊，并支持 IEEE 802. 15.4標準，實現(xiàn)了 Zigbee協(xié)議棧，其接收靈敏度為97dB，可以支 持4Km的傳輸距離。以太網(wǎng)模塊用于和互聯(lián)網(wǎng)通信。以太網(wǎng)模塊采用Micrel的KS8995芯片， 通過SMC接口和微處理器相連接。
異步通信模塊采用Maxim的MAX232芯片，具有2個RS232接口，其中一 個用于連接PC機對控制電路板進行操作，另一個可以用于擴展其它串口通信 設(shè)備，比如帶RS232接口的GPRS模塊。
通過本無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以構(gòu)成基于高壓輸電線路的無線監(jiān)測系統(tǒng)，如圖 2所示。該監(jiān)測系統(tǒng)由無線監(jiān)測子網(wǎng)3、無線監(jiān)測骨干網(wǎng)4、互聯(lián)網(wǎng)7和監(jiān)控 中心8構(gòu)成。
無線監(jiān)測子網(wǎng)由無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備5通過Zigbee通信模塊與其它基于Zigbee 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組構(gòu)成，無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備作為匯聚節(jié)點收集無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點所感知的數(shù)據(jù)，這些無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括標量傳感器節(jié)點1和 矢量傳感器節(jié)點2，標量傳感器節(jié)點能夠采集溫度、濕度、光強、振動、壓力 等數(shù)據(jù)，矢量傳感器節(jié)點能夠采集圖片、視頻等矢量數(shù)據(jù)。
無線監(jiān)測骨干網(wǎng)是由多個本無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過WiFi通信模塊構(gòu)建的無 線自組織網(wǎng)絡(luò)。無線監(jiān)測骨干網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)可以是任意的，不限于星形和直 線形。使用路由算法可以將各個設(shè)備收集的傳感器數(shù)據(jù)多跳轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)關(guān)節(jié)點6 (該網(wǎng)關(guān)節(jié)點為本無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)，再由網(wǎng)關(guān)節(jié)點經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)上傳到監(jiān)控中 心，由監(jiān)控中心對采集的數(shù)據(jù)進行分析處理。由于無線監(jiān)測骨干網(wǎng)中的每個 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都可以用作網(wǎng)關(guān)節(jié)點，因此可以根據(jù)需要，在需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量 較大的情況下可以把多個無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)置成網(wǎng)關(guān)節(jié)點，將網(wǎng)絡(luò)中的負載分 流上傳至監(jiān)控中心，以避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳瓶頸。此外，互聯(lián)網(wǎng)的接入方式不 僅限于以太網(wǎng)的有線接入方式，還可以通過異步通信接口連接的GPRS模塊實 現(xiàn)通過GPRS接入互聯(lián)網(wǎng)。這種方式在所建無線網(wǎng)絡(luò)附近沒有互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施 的情況下可以實現(xiàn)無線遠程接入互聯(lián)網(wǎng)。
需要強調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此 本發(fā)明并不限于具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù) 本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種基于WiFi和Zigbee的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括控制電路板，其特征在于控制電路板由主控模塊、WiFi通信模塊、Zigbee通信模塊、以太網(wǎng)模塊及電源模塊構(gòu)成，主控模塊通過MiniPCI接口和WiFi通信模塊相連接，主控模塊通過SPI接口和Zigbee通信模塊相連接，主控模塊通過SMC接口和以太網(wǎng)模塊相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WiFi和Zigbee的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其特征 在于所述的主控模塊還通過通信接口連接一異步通信模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于WiFi和Zigbee的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其特征 在于所述的異步通信模塊采用MAX232芯片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WiFi和Zigbee的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其特征 在于所述的WiFi通信模塊由一塊XtreamRange2芯片或兩塊XtreamRange2 芯片構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WiFi和Zigbee的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其特征 在于所述的Zigbee通信模塊采用Jennic5139芯片，所述的以太網(wǎng)模塊采 用KS8995芯片。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WiFi和Zigbee的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其特征 在于所述的主控模塊由微處理器和存儲單元構(gòu)成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于WiFi和Zigbee的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其特征 在于所述的微處理器采用MPC8272芯片，所述的存儲單元包括SDRAM存儲 單元和Flash存儲單元，SDRAM存儲單元采用4片HY57V561620FTP芯片，F(xiàn)lash 存儲單元采用F28F256芯片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于WiFi和Zigbee的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括控制電路板，其主要技術(shù)特點是控制電路板由主控模塊、WiFi通信模塊、Zigbee通信模塊、以太網(wǎng)模塊及電源模塊構(gòu)成，主控模塊通過MiniPCI接口和WiFi通信模塊相連接，主控模塊通過SPI接口和Zigbee通信模塊相連接，主控模塊通過SMC接口和以太網(wǎng)模塊相連接。本發(fā)明集成了WiFi、Zigbee和以太網(wǎng)技術(shù)，能夠進行多種類型數(shù)據(jù)的采集、傳輸及互聯(lián)網(wǎng)的接入以實現(xiàn)無線監(jiān)測的需求，具有數(shù)據(jù)處理能力強、低成本、低功耗、工作溫度范圍大、抗震性能好的特點，可廣泛應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域中。
文檔編號H04W84/18GK101511133SQ20091006817
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者周文濤, 張會建, 張力晨, 季 李, 石高濤, 趙增華, 陳建民, 韓雙立 申請人:天津市電力公司