專(zhuān)利名稱：自適應(yīng)雙向自動(dòng)切換無(wú)線通訊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種無(wú)線通訊裝置，具體地說(shuō)是一種自適應(yīng)雙向自動(dòng)切換無(wú)線通訊裝置。
背景技術(shù)：
通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)(GPRS)是GSM移動(dòng)電話用戶可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它經(jīng)常被描述成位于第二代OG)和第三代(3G)移動(dòng)通訊技術(shù)之間的“2. 5G”技術(shù)。它通過(guò)利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。GPRS由ETSI進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，在 ReleaSe97之后被集成進(jìn)GSM標(biāo)準(zhǔn)，目前由3GPP負(fù)責(zé)。GPRS最大連接速度可達(dá)到70+libps， 但是延遲比較高，典型的要大約600-700毫秒，往返時(shí)間經(jīng)常達(dá)到1秒，連接質(zhì)量不穩(wěn)定，很易受到影響產(chǎn)生大幅波動(dòng)。GPRS有賴于移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商，通常按發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)。 GPRS的移動(dòng)終端分為三類(lèi)A類(lèi)終端可以同時(shí)傳送GSM語(yǔ)音與傳送GPRS數(shù)據(jù)；B類(lèi)終端可以同時(shí)以GSM和GPRS方式在網(wǎng)絡(luò)登記，可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換使用GPRS服務(wù)或是GSM服務(wù)，但不能同時(shí)傳送語(yǔ)音與傳送數(shù)據(jù)；C類(lèi)終端只能傳送GPRS數(shù)據(jù)。ZigBee是一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)定，主要由霍尼韋爾、飛思卡爾、三菱電機(jī)、摩托羅等公司組成的ZigBee聯(lián)盟制定，從1998年開(kāi)始發(fā)展。底層是采用IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的媒體存取層與實(shí)體層。主要特色有低速、低耗電、低成本、支援大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、支援多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、低?fù)雜度、快速、可靠、安全。ZigBee協(xié)定層從下到上分別為實(shí)體層(PHY)、媒體存取層(MAC)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。網(wǎng)絡(luò)裝置的角色可分為ZigBee Coordinator, ZigBee Router、ZigBee End Device 等三種。支援網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆?Mar、Tree、Mesh 等三種。在現(xiàn)有應(yīng)用中，GPRS因?yàn)榭梢灾苯永靡苿?dòng)運(yùn)營(yíng)商架設(shè)的通訊網(wǎng)絡(luò)，較容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通訊；而ZigBee的低功耗、自組織和免協(xié)議專(zhuān)利費(fèi)的特性，適合現(xiàn)場(chǎng)多結(jié)點(diǎn)的短距離通訊；二者相結(jié)合，以ZigBee單模塊通訊裝置作為終端節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)組成局域網(wǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)短距離通訊，GRPS作為中心節(jié)點(diǎn)將ZigBee局域網(wǎng)傳輸?shù)默F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)距離上位機(jī)進(jìn)行收發(fā)通訊。這種模式對(duì)于終端易于維護(hù)的場(chǎng)合較為適用，但是難以勝任一些關(guān)鍵領(lǐng)域的遠(yuǎn)距離監(jiān)控應(yīng)用(例如風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等)。這些領(lǐng)域的監(jiān)控對(duì)終端的通訊可靠性和低維護(hù)頻次要求很高，現(xiàn)有的ZigBee單模塊通訊裝置因功耗低可以減少電池更換次數(shù)以降低維護(hù)頻次，但ZigBee模塊一旦失效，可能導(dǎo)致整個(gè)ZigBee單模塊通訊裝置與上位機(jī)的通訊失效，難以保證其通訊可靠性。有鑒于此，針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種能改善上述缺失的融合GPRS、ZigBee雙通訊模塊的自適應(yīng)雙向自動(dòng)切換無(wú)線通訊裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供自適應(yīng)雙向自動(dòng)切換無(wú)線通訊裝置，該設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)采集或控制設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互及協(xié)議轉(zhuǎn)換，并與GRPS及ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互及協(xié)議轉(zhuǎn)換?？朔F(xiàn)有ZigBee單模塊通訊裝置的缺點(diǎn)和不足，在ZigBee通訊失效時(shí)，仍然能夠保證通訊裝置能夠與上位機(jī)進(jìn)行通訊，在ZigBee通訊恢復(fù)時(shí)，能夠切換到ZigBee網(wǎng)絡(luò)保持低功耗運(yùn)行。為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型提供了自適應(yīng)雙向自動(dòng)切換無(wú)線通訊裝置，包括具有管理功能并負(fù)責(zé)切換網(wǎng)絡(luò)的核心控制模塊、與現(xiàn)場(chǎng)采集或控制設(shè)備通訊的串口通訊模塊、與ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行收發(fā)通訊的ZigBee通訊模塊、與GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行收發(fā)通訊的GPRS通訊模塊；所述串口通訊模塊與核心控制模塊相互連接，所述ZigBee通訊模塊和GPRS通訊模塊分別連接于核心控制模塊；另外還包括有電源模塊，該電源模塊分別連接核心控制模塊、 串口通訊模塊、ZigBee通訊模塊、GPRS通訊模塊，并且為他們提供電力。所述ZigBee通訊模塊、GPRS通訊模塊根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接質(zhì)量由核心控制模塊控制二者進(jìn)行自動(dòng)切換。所述電源模塊集內(nèi)置電池與外部供電于一體。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型在集成ZigBee模塊的通訊裝置的基礎(chǔ)上，增加GPRS 模塊，并實(shí)現(xiàn)兩種模塊的自適應(yīng)雙向切換?？梢愿鶕?jù)工作環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)連接質(zhì)量狀況在 GRPS網(wǎng)絡(luò)與ZigBee網(wǎng)絡(luò)之間自動(dòng)切換。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)可靠的情況下，自動(dòng)關(guān)閉GPRS模塊并自動(dòng)選擇ZigBee線路，充分利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)的低功耗特性；在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中斷的情況下，自動(dòng)啟動(dòng)GPRS模塊，保證通訊正常。該裝置同時(shí)具備低功耗和網(wǎng)絡(luò)高可靠性的特性。

圖1為本實(shí)用新型自適應(yīng)雙向自動(dòng)切換無(wú)線通訊裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型自適應(yīng)雙向自動(dòng)切換無(wú)線通訊裝置的電路圖；圖3為本實(shí)用新型自適應(yīng)雙向自動(dòng)切換無(wú)線通訊裝置的通訊流程圖；圖4為本實(shí)用新型自適應(yīng)雙向自動(dòng)切換無(wú)線通訊裝置的應(yīng)用實(shí)例圖。
具體實(shí)施方式
有關(guān)本實(shí)用新型的詳細(xì)說(shuō)明及技術(shù)內(nèi)容，配合附圖說(shuō)明如下，然而附圖僅提供參考與說(shuō)明之用，并非用來(lái)對(duì)本實(shí)用新型加以限制。圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理框圖，本實(shí)用新型的自適應(yīng)雙向自動(dòng)切換無(wú)線通訊裝置，包括具有管理功能并負(fù)責(zé)切換網(wǎng)絡(luò)的核心控制模塊，該模塊的功能主要在于協(xié)調(diào)控制其他模塊的運(yùn)行，檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接質(zhì)量并切換網(wǎng)絡(luò)；設(shè)置其他模塊的運(yùn)行參數(shù)、壓縮與解壓縮數(shù)據(jù)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換、定時(shí)控制等；與現(xiàn)場(chǎng)采集或控制設(shè)備通訊的串口通訊模塊；與ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行收發(fā)通訊的ZigBee通訊模塊；與GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行收發(fā)通訊的GPRS通訊模塊；所述串口通訊模塊與核心控制模塊相互連接，所述ZigBee通訊模塊和GPRS通訊模塊分別連接于核心控制模塊；另外還包括有電源模塊，該電源模塊分別連接核心控制模塊、串口通訊模塊、 ZigBee通訊模塊、GPRS通訊模塊，并且為他們提供電力。所述電源模塊集內(nèi)置電池與外部
供電于一體。
4[0023]所述ZigBee通訊模塊、GPRS通訊模塊根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接質(zhì)量由核心控制模塊控制二者進(jìn)行自動(dòng)切換。圖2為本實(shí)用新型的電路原理圖。核心控制模塊選用了美國(guó)德州儀器(Tl)推出的MSP430系列單片機(jī)，它是一種16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集(RISC)的混合信號(hào)處理器。GPRS通訊模塊選用了西門(mén)子的MC35i GSM/GPRS雙模模塊，它采用緊湊型設(shè)計(jì)，為用戶提供了簡(jiǎn)單，內(nèi)嵌式的無(wú)線GPRS模塊連接。ZigBee通訊模塊選用了 Chipcon As公司推出的符合2. 4GHzIEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器CC2420，該芯片具有成本低、功耗小，適合使用電池進(jìn)行供電等特點(diǎn)。如圖3所示，核心控制模塊的控制程序啟動(dòng)后的工作流程如下(1)首先啟動(dòng)Zigbee通訊模塊；(2)之后核心控制模塊與Zigbee模塊進(jìn)行通訊以獲取Zigbee網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通狀況；(3)如果可以連通且通訊質(zhì)量良好，則選用Zigbee網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)進(jìn)行通訊；(4)如果不可以連通或者聯(lián)通質(zhì)量不佳，則啟動(dòng)GPRS通訊模塊(5)在與上位機(jī)進(jìn)行工況數(shù)據(jù)的通訊的同時(shí)，將Zigbee網(wǎng)絡(luò)故障上傳給上位機(jī)， 上位機(jī)可以據(jù)此記錄該信息，以便讓專(zhuān)業(yè)人員及時(shí)獲知并排除Zigbee網(wǎng)絡(luò)故障；(6)此外，核心控制模塊還會(huì)在選擇GPRS通訊模塊之后，定時(shí)檢查Zigbee網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)情況；(7)如果檢測(cè)到Zigbee網(wǎng)絡(luò)正常，將會(huì)關(guān)閉GPRS通訊模塊，選擇Zigbee線路，以獲得更長(zhǎng)的電池使用時(shí)間，保證裝置的可用。核心控制模塊在選擇了 Zigbee線路的正常運(yùn)行階段也會(huì)輪詢檢測(cè)Zigbee線路， 如果通訊質(zhì)量不佳，將切換到GPRS線路以保證通訊質(zhì)量。Zigbee線路質(zhì)量的輪詢檢測(cè)與自動(dòng)切換能夠?qū)崿F(xiàn)該裝置無(wú)線通訊的高可用性，實(shí)現(xiàn)雙通訊線路的冗余備份。圖4為本實(shí)用新型的應(yīng)用示例圖，本實(shí)用新型的裝置可用于風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)場(chǎng)即遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，檢測(cè)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的震動(dòng)、溫度等傳感信息，之后通過(guò)Zigbee子網(wǎng)連接到 GPRS骨干網(wǎng)絡(luò)，或者在Zigbee子網(wǎng)不正常時(shí)，直接連接到GPRS骨干網(wǎng)絡(luò)，將傳感信息發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的上位機(jī)。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，非用以限定本實(shí)用新型的專(zhuān)利范圍，其他運(yùn)用本實(shí)用新型的專(zhuān)利精神的等效變化，均應(yīng)俱屬本實(shí)用新型的專(zhuān)利范圍。
權(quán)利要求1.自適應(yīng)雙向自動(dòng)切換無(wú)線通訊裝置，其特征在于包括具有管理功能并負(fù)責(zé)切換網(wǎng)絡(luò)的核心控制模塊、與現(xiàn)場(chǎng)采集或控制設(shè)備通訊的串口通訊模塊、與ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行收發(fā)通訊的ZigBee通訊模塊、與GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行收發(fā)通訊的GPRS通訊模塊；所述串口通訊模塊與核心控制模塊相互連接，所述ZigBee通訊模塊和GPRS通訊模塊分別連接于核心控制模塊；另外還包括有電源模塊，該電源模塊分別連接核心控制模塊、串口通訊模塊、ZigBee通訊模塊、GPRS通訊模塊，并且為他們提供電力。
2.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)雙向自動(dòng)切換無(wú)線通訊裝置，其特征在于所述ZigBee 通訊模塊、GPRS通訊模塊根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接質(zhì)量由核心控制模塊控制二者進(jìn)行自動(dòng)切換。
3.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)雙向自動(dòng)切換無(wú)線通訊裝置，其特征在于所述電源模塊集內(nèi)置電池與外部供電于一體。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供自適應(yīng)雙向自動(dòng)切換無(wú)線通訊裝置，該裝置的核心特點(diǎn)之一在于該裝置可以根據(jù)工作環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)連接質(zhì)量狀況在GRPS網(wǎng)絡(luò)與ZigBee網(wǎng)絡(luò)之間自動(dòng)切換。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)可靠的情況下，自動(dòng)關(guān)閉GPRS模塊并自動(dòng)選擇ZigBee線路，充分利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)的微功耗特性；在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中斷的情況下，自動(dòng)啟動(dòng)GPRS模塊，保證通訊正常。該特點(diǎn)可以保證終端的通訊質(zhì)量并實(shí)現(xiàn)終端模塊的功耗最低化，滿足終端的低功耗高可靠性要求。該裝置包括管理其他模塊并負(fù)責(zé)切換網(wǎng)絡(luò)的核心控制模塊、為其他模塊供電的電源模塊、與GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行收發(fā)通訊的GPRS通訊模塊、與ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行收發(fā)通訊的ZigBee通訊模塊、與現(xiàn)場(chǎng)采集或控制設(shè)備通訊的串口通訊模塊。
文檔編號(hào)H04W36/00GK202334914SQ20112044823
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者彭秋生, 戴文明, 曾穎群 申請(qǐng)人:嘉興德瑞納自動(dòng)化技術(shù)有限公司