專利名稱：：基于無線通信與以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及自動控制領(lǐng)域，具體說是一種基于無線通信與以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。
背景技術(shù)：
：隨著以太網(wǎng)TCP/UDP(TransferControlProtocol，UserDatagramProtocol)技術(shù)的迅速發(fā)展，以太網(wǎng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)、辦公網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。同時，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是當(dāng)今前沿性的熱點研究方向之一，有著巨大的科學(xué)意義和應(yīng)用前景，被認為是將對21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的高技術(shù)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)關(guān)節(jié)點和大量無人值守、低功耗的傳感器節(jié)點組成。網(wǎng)關(guān)節(jié)點主要負責(zé)傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理、維護和組網(wǎng)工作；傳感器節(jié)點用來收集大量的數(shù)據(jù)信息，通過多跳路由方式傳遞到網(wǎng)關(guān)節(jié)點，再由網(wǎng)關(guān)節(jié)點完成數(shù)據(jù)的收集與融合。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)因為其易于部署、成本較低等特點逐漸成為面向工業(yè)監(jiān)測應(yīng)用的重要手段。目前，網(wǎng)關(guān)節(jié)點與上位機間的通信主要釆用串口方式或其他總線方式，如485總線。由于串口和485總線通信速率較低，因此不適合傳輸大量的數(shù)據(jù)。而以太網(wǎng)的通信速率可以達到100Mbit/s,甚至是lGbit/s,適合于傳輸大量數(shù)據(jù)的場合。將無線通信技術(shù)與以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，提高網(wǎng)關(guān)與上位機間的通信速率，用于信息的傳輸和處理的技術(shù)方案目前尚未見報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種基于無線通信與以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，它將無線通信技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，通過無線通信模塊管理和維護無線設(shè)備，通過以太網(wǎng)模塊與上位機進行通信，從而提高網(wǎng)關(guān)與上位機間的通信速率，便于信息的傳輸和處理。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下包括無線通信模塊、以太網(wǎng)通信模塊兩部分，其中-無線通信模塊，運行無線通信協(xié)議，負責(zé)無線通信功能；-以太網(wǎng)通信模塊，通過串口與無線通信模塊相連；其中在所述無線通信模塊中由微控制器存儲有無線通信協(xié)議，通過SPI接口操作射頻器(RF)。所述無線通信協(xié)議負責(zé)無線數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、設(shè)備的管理和維護，以及網(wǎng)絡(luò)配置、網(wǎng)絡(luò)同步、收集并處理釆集的數(shù)據(jù)，對要發(fā)送的數(shù)據(jù)按照所定義的格式進行封裝，并通過射頻器發(fā)送；同時對射頻器接收的數(shù)據(jù)進行解析，按照數(shù)據(jù)的內(nèi)容執(zhí)行相應(yīng)操作。所述無線通信協(xié)議的工作步驟為通過接收處理來自射頻器的喚醒幀完成基本信息收集工作，將數(shù)據(jù)寫入信息表；通過發(fā)送數(shù)據(jù)請求幀，獲取所釆集的信息數(shù)據(jù)，并等待接收來自射頻器RF的數(shù)據(jù)響應(yīng)幀；接收到數(shù)據(jù)響應(yīng)幀后，通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到以太網(wǎng)通信模塊；通過發(fā)送網(wǎng)絡(luò)同步幀，發(fā)布當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息。其中所定義格式為每種類型的幀具有統(tǒng)一的幀頭部分，及可選的數(shù)據(jù)部分；所述幀頭部分包括網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識；源地址；目的地址；幀類型，分別為喚醒幀、數(shù)據(jù)請求幀、數(shù)據(jù)響應(yīng)幀和網(wǎng)絡(luò)同步幀；幀序列號。所述數(shù)據(jù)響應(yīng)幀和網(wǎng)絡(luò)同步幀具有數(shù)據(jù)部分；數(shù)據(jù)響應(yīng)幀的數(shù)據(jù)部分用來表示所采集的數(shù)據(jù)信息，網(wǎng)絡(luò)同步幀的數(shù)據(jù)部分用來表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時間信息。本發(fā)明解決了無線通信協(xié)議棧開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，提供了用來完成過程自動化領(lǐng)域中數(shù)據(jù)釆集的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。將網(wǎng)關(guān)設(shè)備的核心技術(shù)一一無線通信協(xié)議與以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，更具有如下優(yōu)點1.應(yīng)用廣泛。可以應(yīng)用于化工、制藥、冶金、食品加工、能源、環(huán)境監(jiān)控等行業(yè)的自動化控制領(lǐng)域。2.降低成本。本發(fā)明釆用無線通信方式，可以節(jié)省傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的布線成本，大大降低系統(tǒng)造價。3.與以太網(wǎng)無縫集成。本發(fā)明通過無線通信模塊可以輕易實現(xiàn)與以太網(wǎng)的無縫集成。4.高傳輸速率。由于采用以太網(wǎng)通信模塊，其傳輸速率達100Mbit/s,甚至是1Gbit/s,所以釆用本發(fā)明能充分滿足數(shù)據(jù)信息傳輸需求，特別適合于傳輸大量數(shù)據(jù)的場合。由于本發(fā)明有以上特點，使系統(tǒng)從設(shè)備、安裝到正常運行及其檢修維護，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。如1.節(jié)省硬件數(shù)量與投資。由于本發(fā)明可以同時對多個無線設(shè)備進行管理和維護，從而節(jié)省了一大筆硬件投資。2.節(jié)省安裝費用。由于釆用了無線通信技術(shù)，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場設(shè)備時，無需增設(shè)新的電纜，即可直接使用，既節(jié)省了投資，也減少了設(shè)計、安裝的工作量。3.節(jié)省維護開銷。由于本發(fā)明提供設(shè)備管理與維護功能，用戶可以在線查詢所有設(shè)備的運行信息。圖l是本發(fā)明硬件結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明的無線通信模塊框圖。圖3是本發(fā)明的以太網(wǎng)通信模塊框圖。圖4是本發(fā)明無線通信協(xié)議流程圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖l所示，本發(fā)明包括無線通信模塊和以太網(wǎng)通信模塊兩部分，即無線通信模塊運行無線通信協(xié)議，負責(zé)無線數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、其他無線設(shè)備的管理和維護。如圖2所示，無線通信模塊由微控制器和射頻器部分組成，以微控制器MCU為核心，通過微控制器的引腳SO、SI與SCLK操作射頻器RF。微控制器MCU釆用ATMEL公司的ATMEGA128L單片機，通過SPI接口的三個引腳SO、SI與SCLK與射頻器RF(Chipcon公司CC2420芯片)相連。通過SO引腳接收來自射頻器RF的數(shù)據(jù)，通過SI引腳向射頻器RF寫入數(shù)據(jù)，通過SCLK引腳為射頻器RF提供時鐘信號。微控制器MCU通過引腳TXD和RXD與以太網(wǎng)通信模塊相連，實現(xiàn)與以太網(wǎng)通信模塊的串口通信；天線ANTENNA與射頻器RF的ANT引腳相連。如圖1所示，以太網(wǎng)通信模塊通過串口與無線通信模塊相連，采用串口與無線通信模塊進行數(shù)據(jù)交換。如圖3所示，以太網(wǎng)通信模塊主要由中央處理器CPU(ATMEL公司的AT91M40008芯片)、以太網(wǎng)通信器件ETHERNET(SMSC公司的LAN91C111芯片)、接口器件RJ45、靜態(tài)隨機存儲器SRAM以及閃存FALSH組成，中央處理器CPU分別與以太網(wǎng)通信器件ETHERNET、靜態(tài)隨機存儲器SRAM以及閃存FALSH通信，RJ45接至以太網(wǎng)通信器件ETHERNET輸出端；以太網(wǎng)通信模塊ETHERNET通過串口數(shù)據(jù)線RXD和TXD與無線通信模塊的串口數(shù)據(jù)線RXD和TXD相連，完成與無線通信模塊的串口通信。如圖4所示，無線通信協(xié)議負責(zé)無線數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、設(shè)備的管理和維護，負責(zé)網(wǎng)絡(luò)配置、網(wǎng)絡(luò)同步、收集并處理釆集的數(shù)據(jù)，對要發(fā)送的數(shù)據(jù)按照所定義的格式進行封裝，并通過射頻器RF發(fā)送出去；對射頻器RF接收的數(shù)據(jù)進行解析，按照數(shù)據(jù)的內(nèi)容執(zhí)行相應(yīng)操作。無線通信協(xié)議的工作步驟為通過接收處理來自射頻器RF的喚醒幀完成基本信息收集工作，將數(shù)據(jù)寫入信息表；通過發(fā)送數(shù)據(jù)請求幀，獲取所釆集的信息數(shù)據(jù)，并等待接收來自射頻器RF的數(shù)據(jù)響應(yīng)幀；接收到數(shù)據(jù)響應(yīng)幀后，將數(shù)據(jù)按照所定義的格式進行封裝后，通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到以太網(wǎng)通信模塊；通過發(fā)送網(wǎng)絡(luò)同步幀，發(fā)布當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時間、休眠周期等信息。其中所定義格式為每種類型的幀具有統(tǒng)一的幀頭部分，數(shù)據(jù)部分是可選的。幀格式如表l所示。表l:幀格式<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>幀頭部分包括網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識，為設(shè)備所在網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)識符；源地址，為發(fā)送該幀的設(shè)備地址；目的地址，為發(fā)送該幀到目的設(shè)備的地址;幀類型，用來標(biāo)識該幀的類型，分別為喚醒幀、數(shù)據(jù)請求幀、數(shù)據(jù)響應(yīng)幀和網(wǎng)絡(luò)同步幀；幀序列號，為該幀的發(fā)送序號。數(shù)據(jù)部分是可選的，喚醒幀和數(shù)據(jù)請求幀沒有數(shù)據(jù)部分，數(shù)據(jù)響應(yīng)幀和網(wǎng)絡(luò)同步幀具有數(shù)據(jù)部分。數(shù)據(jù)響應(yīng)幀的數(shù)據(jù)部分用來表示所采集的數(shù)據(jù)信息，網(wǎng)絡(luò)同步幀的數(shù)據(jù)部分用來表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時間信息。由于采用以太網(wǎng)通信模塊，通過以太網(wǎng)模塊與上位機進行通信，其傳輸速率能充分滿足數(shù)據(jù)信息傳輸需求，特別適合于傳輸大量數(shù)據(jù)的場合。提高網(wǎng)關(guān)與上位機間的通信速率，便于信息的傳輸和處理。另外，本發(fā)明將無線通信技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，結(jié)構(gòu)簡單且設(shè)計合理。權(quán)利要求1.一種基于無線通信與以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于包括-無線通信模塊，運行無線通信協(xié)議，負責(zé)無線通信功能；-以太網(wǎng)通信模塊，通過串口與無線通信模塊相連。2.按照權(quán)利要求l所述基于無線通信與以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于在所述無線通信模塊中由微控制器存儲有無線通信協(xié)議，通過SPI接口操作射頻器(RF)。3.按照權(quán)利要求1或2所述基于無線通信與以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于所述無線通信協(xié)議負責(zé)無線數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、設(shè)備的管理和維護，以及網(wǎng)絡(luò)配置、網(wǎng)絡(luò)同步、收集并處理釆集的數(shù)據(jù)，對要發(fā)送的數(shù)據(jù)按照所定義的格式進行封裝，并通過射頻器發(fā)送；同時對射頻器接收的數(shù)據(jù)進行解析，按照數(shù)據(jù)的內(nèi)容執(zhí)行相應(yīng)操作。4.按照權(quán)利要求l或2所述基于無線通信與以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于所述無線通信協(xié)議的工作步驟為通過接收處理來自射頻器的喚醒幀完成基本信息收集工作，將數(shù)據(jù)寫入信息表；通過發(fā)送數(shù)據(jù)請求幀，獲取所釆集的信息數(shù)據(jù)，并等待接收來自射頻器RF的數(shù)據(jù)響應(yīng)幀；接收到數(shù)據(jù)響應(yīng)幀后，通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到以太網(wǎng)通信模塊；通過發(fā)送網(wǎng)絡(luò)同步幀，發(fā)布當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息。5.按照權(quán)利要求3或4所述基于無線通信與以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于其中所定義格式為每種類型的幀具有統(tǒng)一的幀頭部分，及可選的數(shù)據(jù)部分；所述幀頭部分包括網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識；源地址；目的地址；幀類型，分別為喚醒幀、數(shù)據(jù)請求幀、數(shù)據(jù)響應(yīng)幀和網(wǎng)絡(luò)同步幀；幀序列號。6.按照權(quán)利要求5所述基于無線通信與以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于所述數(shù)據(jù)響應(yīng)幀和網(wǎng)絡(luò)同步幀具有數(shù)據(jù)部分；數(shù)據(jù)響應(yīng)幀的數(shù)據(jù)部分用來表示所釆集的數(shù)據(jù)信息，網(wǎng)絡(luò)同步幀的數(shù)據(jù)部分用來表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時間信息。全文摘要本發(fā)明涉及自動控制領(lǐng)域，具體說是一種基于無線通信與以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。包括無線通信模塊和以太網(wǎng)通信模塊兩部分，其中無線通信模塊運行無線通信協(xié)議棧，負責(zé)通信，設(shè)備管理與維護；以太網(wǎng)通信模塊提供與以太網(wǎng)的連接，將來自無線通信模塊的信息發(fā)送到以太網(wǎng)，同時接收來自以太網(wǎng)的信息提供給無線通信模塊。本發(fā)明實現(xiàn)了無線通信到以太網(wǎng)通信的轉(zhuǎn)換功能，具有結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝、使用方便等特點。文檔編號H04L12/28GK101414985SQ200710157519公開日2009年4月22日申請日期2007年10月17日優(yōu)先權(quán)日2007年10月17日發(fā)明者于海斌,徐皚冬,王樂輝,王忠鋒,白占元,趙雪峰申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所