具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，通過(guò)使用通信距離更遠(yuǎn)的Zigbee模塊1實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸，本實(shí)用新型還可以采用多種工作模式，分別作為數(shù)據(jù)采集板、Zigbee路由節(jié)點(diǎn)以及PC端的Zigbee接收器進(jìn)行使用，相較于現(xiàn)有技術(shù)，較大的進(jìn)步。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種數(shù)據(jù)采集裝置，尤其涉及一種具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采
集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]ZigBee技術(shù)是一種應(yīng)用于短距離范圍內(nèi)，低傳輸數(shù)據(jù)速率下的各種電子設(shè)備之間的無(wú)線通信物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。ZigBee過(guò)去又稱(chēng)為“HomeRF Lite”、“RF_EasyLink”或“FireFly”無(wú)線電技術(shù)，目前統(tǒng)一稱(chēng)為ZigBee技術(shù)。
[0003]自從馬可尼實(shí)用新型無(wú)線電以來(lái)，無(wú)線通信技術(shù)一直向著不斷提高數(shù)據(jù)速率和傳輸距離的方向發(fā)展。例如:廣域網(wǎng)范圍內(nèi)的第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)(3G)目的在于提供多媒體無(wú)線服務(wù)，局域網(wǎng)范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)從IEEE802.11的IMbit/s到IEEE802.1lg的54Mbit/s的數(shù)據(jù)速率。而當(dāng)前得到廣泛研究的ZigBee技術(shù)則致力于提供一種廉價(jià)的固定、便攜或者移動(dòng)設(shè)備使用的極低復(fù)雜度、成本和功耗的低速率無(wú)線通信技術(shù)。這種無(wú)線通信技術(shù)具有如下特點(diǎn):功耗低、數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大、兼容性、安全性、實(shí)現(xiàn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]隨著ZigBee規(guī)范的進(jìn)一步完善,許多公司均在著手開(kāi)發(fā)基于ZigBee的產(chǎn)品。采用ZigBee技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域有家庭自動(dòng)化、家庭安全、工業(yè)與環(huán)境控制與醫(yī)療護(hù)理、檢測(cè)環(huán)境、監(jiān)測(cè)、監(jiān)察保鮮食品的運(yùn)輸過(guò)程及保質(zhì)情況等等。其典型應(yīng)用領(lǐng)域如下:
[0005]可以應(yīng)用于家庭的照明、溫度、安全、控制等。通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)收集各種信息，并將信息回饋到系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，以利工廠整體信息之掌握，例如火警的感測(cè)和通知，照明系統(tǒng)之感測(cè)，生產(chǎn)機(jī)臺(tái)之流程控制等，都可由ZigBee網(wǎng)絡(luò)提供相關(guān)信息，以達(dá)到工業(yè)與環(huán)境控制的目的。
[0006]如果沿著街道、高速公路及其他地方分布式地裝有大量ZigBee終端設(shè)備，你就不再擔(dān)心會(huì)迷路。安裝在汽車(chē)?yán)锏钠骷⒏嬖V你，你當(dāng)前所處位置，正向何處去?；赯igBee技術(shù)的系統(tǒng)還可以開(kāi)發(fā)出許多其他功能，例如在不同街道根據(jù)交通流量動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)紅綠燈，追蹤超速的汽車(chē)或被盜的汽車(chē)等。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)中的物聯(lián)網(wǎng)采集裝置傳輸距離較短，功能較為單一。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型公開(kāi)了一種具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中物聯(lián)網(wǎng)采集裝置傳輸距離較短，功能較為單一的問(wèn)題。
[0009]本實(shí)用新型的上述目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其中，包括一 Zigbee模塊1，所述Zigbee模塊I上具有一基帶模塊和一射頻模塊，所述Zigbee模塊I上分別連接有一數(shù)字前端調(diào)理電路2和一模擬前端調(diào)理電路3。
[0011]如上所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其中，所述數(shù)字前端調(diào)理電路2與一配電板數(shù)字插槽4相連。[0012]如上所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其中，所述模擬前端調(diào)理電路3與一配電板模擬插槽5相連。
[0013]如上所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其中，所述Zigbee模塊I上連接有一 LED顯示器。
[0014]如上所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其中，所述Zigbee模塊I上連接有一輸入裝置。
[0015]如上所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其中，所述Zigbee模塊I上連接有一電源7。
[0016]如上所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其中，所述Zigbee模塊I上還連接有一參考電源6。
[0017]如上所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其中，所述Zigbee模塊I上具有一數(shù)字IO模塊和一模擬IO模塊。
[0018]如上所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其中，所述數(shù)字前端調(diào)理電路2與所述數(shù)字IO模塊連接，所述模擬前端調(diào)理電路3與所述模擬IO模塊連接。
[0019]如上所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其中，所述Zigbee模塊I上連接有一 USB模塊。
[0020]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，通過(guò)使用通信距離更遠(yuǎn)的Zigbee模塊I實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述:
[0023]一種具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其中，包括一 Zigbee模塊(ZigbeeModule) 1，Zigbee模塊I上具有一基帶模塊和一射頻模塊，Zigbee模塊I上分別連接有一數(shù)字前端調(diào)理電路(Digital Front-end Circuit) 2和一模擬前端調(diào)理電路(AnalogFront-end Circuit) 3，數(shù)字前端調(diào)理電路2的作用是:保證CM0S/TTL以及不同電壓范圍的數(shù)字信號(hào)能適配到Zigbee模塊I需要的0-3.3V的CMOS數(shù)字信號(hào)范圍；模擬前端調(diào)理電路3的作用是:保證各種模擬信號(hào)通過(guò)理調(diào)電路后能正確的轉(zhuǎn)化為Zigbee模塊I需要的電壓范圍，目前暫定(T3V的電壓輸入范圍。本實(shí)用新型采用的Zigbee模塊I可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的硬件模塊。
[0024]采用Zigbee模塊I具有以下的優(yōu)點(diǎn):
[0025]1、功耗低:工作模式情況下，ZigBee技術(shù)傳輸速率低,傳輸數(shù)據(jù)量很小，因此信號(hào)的收發(fā)時(shí)間很短，其次在非工作模式時(shí)，ZigBee節(jié)點(diǎn)處于休眠模式。設(shè)備搜索時(shí)延一般為30ms，休眠激活時(shí)延為15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms。由于工作時(shí)間較短、收發(fā)信息功耗較低且采用了休眠模式，使得ZigBee節(jié)點(diǎn)非常省電，ZigBee節(jié)點(diǎn)的電池工作時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2 年左右。同時(shí)，由于電池時(shí)間取決于很多因素，例如:電池種類(lèi)、容量和應(yīng)用場(chǎng)合，ZigBee技術(shù)在協(xié)議上對(duì)電池使用也作了優(yōu)化。對(duì)于典型應(yīng)用，堿性電池可以使用數(shù)年，對(duì)于某些工作時(shí)間和總時(shí)間(工作時(shí)間+休眠時(shí)間)之比小于1%的情況，電池的壽命甚至可以超過(guò)10年。
[0026]2、數(shù)據(jù)傳輸可靠:ZigBee的媒體接入控制層(MAC層)采用talk-when_ready的碰撞避免機(jī)制。在這種完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制下，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送需求時(shí)則立刻傳送，發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息，并進(jìn)行確認(rèn)信息回復(fù)，若沒(méi)有得到確認(rèn)信息的回復(fù)就表示發(fā)生了碰撞，將再傳一次，采用這種方法可以提高系統(tǒng)信息傳輸?shù)目煽啃?。同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專(zhuān)用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。同時(shí)ZigBee針對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時(shí)延和休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短。
[0027]3、網(wǎng)絡(luò)容量大=ZigBee低速率、低功耗和短距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)使它非常適宜支持簡(jiǎn)單器件。ZigBee定義了兩種器件:全功能器件(FFD)和簡(jiǎn)化功能器件(RFD)。對(duì)全功能器件，要求它支持所有的49個(gè)基本參數(shù)。而對(duì)簡(jiǎn)化功能器件，在最小配置時(shí)只要求它支持38個(gè)基本參數(shù)。一個(gè)全功能器件可以與簡(jiǎn)化功能器件和其他全功能器件通話，可以按3種方式工作，分別為:個(gè)域網(wǎng)協(xié)調(diào)器、協(xié)調(diào)器或器件。而簡(jiǎn)化功能器件只能與全功能器件通話，僅用于非常簡(jiǎn)單的應(yīng)用。一個(gè)ZigBee的網(wǎng)絡(luò)最多包括有255個(gè)ZigBee網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)，其中一個(gè)是主控(Master)設(shè)備,其余則是從屬(Slave)設(shè)備。若是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(Network Coordinator),整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可以支持超過(guò)64000個(gè)ZigBee網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)，再加上各個(gè)Network Coordinator可互相連接，整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目將十分可觀。
[0028]4、兼容性=ZigBee技術(shù)與現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)縫集成。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(Coordinator)自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)，采用載波偵聽(tīng)/沖突檢測(cè)(CSMA-CA)方式進(jìn)行信道接入。為了可靠傳遞，還提供全握手協(xié)議。
[0029]5、安全性=Zigbee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，在數(shù)據(jù)傳輸中提供了三級(jí)安全性。第一級(jí)實(shí)際是無(wú)安全方式，對(duì)于某種應(yīng)用，如果安全并不重要或者上層已經(jīng)提供足夠的安全保護(hù)，器件就可以選擇這種方式來(lái)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)。對(duì)于第二級(jí)安全級(jí)別，器件可以使用接入控制清單(ACL)來(lái)防止非法器件獲取數(shù)據(jù)，在這一級(jí)不采取加密措施。第三級(jí)安全級(jí)別在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移中采用屬于高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)的對(duì)稱(chēng)密碼。AES可以用來(lái)保護(hù)數(shù)據(jù)凈荷和防止攻擊者冒充合法器件。
[0030]6、實(shí)現(xiàn)成本低:模塊的初始成本估計(jì)在6美元左右，很快就能降到1.5-2.5美元，且Zigbee協(xié)議免專(zhuān)利費(fèi)用。目前低速低功率的UWB芯片組的價(jià)格至少為20美元。而ZigBee的價(jià)格目標(biāo)僅為幾美分。
[0031]本實(shí)用新型的數(shù)字前端調(diào)理電路2與一配電板數(shù)字插槽(PowerBoard DigitalSlot)4相連。本實(shí)用新型的模擬前端調(diào)理電路3與一配電板模擬插槽(PowerBoard AnalogSlot) 5 相連。
[0032]本實(shí)用新型的Zigbee模塊I上連接有一 LED顯示器9，用以顯示整個(gè)采集板的狀態(tài)息。
[0033]本實(shí)用新型的Zigbee模塊I上連接有一輸入裝置(Key) 8，用于控制系統(tǒng)進(jìn)入匹配模式，本實(shí)用新型的輸入裝置8可以具體為一鍵盤(pán)。
[0034]本實(shí)用新型的Zigbee模塊I上連接有一電源7，用于根據(jù)zigbee模塊的需求供電。
[0035]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的Zigbee模塊I上還連接有一參考電源6，本實(shí)用新型的Zigbee模塊I上還具有一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)，參考電源6的作用是為了為ADC模塊提供精準(zhǔn)的參考電平。
[0036]本實(shí)用新型的Zigbee模塊I上具有一數(shù)字IO模塊(DIO)和一模擬IO模塊(ΑΙ0)。數(shù)字前端調(diào)理電路2與數(shù)字IO模塊連接，模擬前端調(diào)理電路3與模擬IO模塊連接。
[0037]本實(shí)用新型的Zigbee模塊I上連接有一 USB模塊(USB Module) 10，包含USB轉(zhuǎn)換電路，把Zigbee無(wú)線模塊的輸出接口轉(zhuǎn)換為USB的接口方式，使得本實(shí)用新型可以連接電腦的USB接口。
[0038]本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，本實(shí)用新型作為數(shù)據(jù)采集板與一配電板(Powerboard)相連接，配電板上還連接有一傳感器板，配電板還與一數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)連接，DAQ
與一終端相連接。
[0039]本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例中，本實(shí)用新型作為一 PC端的Zigbee接收器，本實(shí)用新型與電腦的USB接口相連接。
[0040]本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例中，本實(shí)用新型作為一 Zigbee路由節(jié)點(diǎn)。
[0041]可以采用本實(shí)用新型分別用作數(shù)據(jù)采集板、Zigbee路由節(jié)點(diǎn)以及PC端的Zigbee接收器共同構(gòu)建一數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。
[0042]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，通過(guò)使用通信距離更遠(yuǎn)的Zigbee模塊I實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸，本實(shí)用新型還可以采用多種工作模式，分別作為數(shù)據(jù)采集板、Zigbee路由節(jié)點(diǎn)以及PC端的Zigbee接收器進(jìn)行使用，相較于現(xiàn)有技術(shù)，較大的進(jìn)步。
【權(quán)利要求】
1.一種具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，包括一 Zigbee模塊，所述Zigbee模塊上具有一基帶模塊和一射頻模塊，所述Zigbee模塊上分別連接有一數(shù)字前端調(diào)理電路和一模擬前端調(diào)理電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述數(shù)字前端調(diào)理電路與一配電板數(shù)字插槽相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述模擬前端調(diào)理電路與一配電板模擬插槽相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述Zigbee模塊上連接有一 LED顯示器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述Zigbee模塊上連接有一輸入裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述Zigbee模塊上連接有一電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述Zigbee模塊上還連接有一參考電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述Zigbee模塊上具有一數(shù)字IO模塊和一模擬IO模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述數(shù)字前端調(diào)理電路與所述數(shù)字IO模塊連接，所述模擬前端調(diào)理電路與所述模擬IO模塊連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、任一所述的具有通信功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于，所述Zigbee模塊上連接有一 USB模塊。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK203520607SQ201320421529
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月16日
【發(fā)明者】于海軍, 周鴦 申請(qǐng)人:上海威鴻電子科技有限公司