一種基于無(wú)線微蜂窩組網(wǎng)技術(shù)的能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于無(wú)線微蜂窩組網(wǎng)技術(shù)的能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，包括微控制器模組，存儲(chǔ)器模組，無(wú)線自組網(wǎng)射頻收發(fā)模組，以太網(wǎng)接口模組，RFID射頻識(shí)別模組，蜂鳴器預(yù)警模組，語(yǔ)音通信模組，以及人機(jī)接口模組。其中微控制器模組是網(wǎng)關(guān)核心，按照一定算法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和任務(wù)調(diào)度控制，無(wú)線自組網(wǎng)射頻收發(fā)模組完成與無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收發(fā)，以太網(wǎng)接口模組提供網(wǎng)關(guān)與Internet網(wǎng)絡(luò)通信的接口，RFID射頻識(shí)別模組為數(shù)據(jù)采集設(shè)備的定位提供服務(wù)，蜂鳴器預(yù)警模組和語(yǔ)音通信模組實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)信息情況下的網(wǎng)關(guān)本地報(bào)警、網(wǎng)關(guān)與遠(yuǎn)程服務(wù)器IP語(yǔ)音通話的服務(wù)。本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)設(shè)備體積小、重量輕、功能強(qiáng)大，能可靠地實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)組網(wǎng)和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，并提供多種實(shí)用性輔助服務(wù)，為能耗數(shù)據(jù)信息采集提供全面保證。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種基于無(wú)線微蜂窩組網(wǎng)技術(shù)的能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種用于實(shí)現(xiàn)基于無(wú)線微蜂 窩組網(wǎng)技術(shù)的多功能異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在眾多的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信【技術(shù)領(lǐng)域】，無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)以其低功耗、低成本、布網(wǎng)及使用 靈活、可靠性高等特點(diǎn)，在工業(yè)企業(yè)能耗數(shù)據(jù)信息采集領(lǐng)域展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。但無(wú) 線自組網(wǎng)一般不以孤立網(wǎng)絡(luò)的形式存在，而是需要通過(guò)一定的方式與其他外部網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)， 以便眾多遠(yuǎn)程設(shè)備方便地對(duì)其進(jìn)行管理、控制與訪問(wèn)。這就要求有一種安全可靠的協(xié)議轉(zhuǎn) 換裝置完成異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中不同類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信。
[0003] 目前已公開(kāi)的一些專(zhuān)利信息也存在一些不足，具體表現(xiàn)在：（1)現(xiàn)有網(wǎng)關(guān)設(shè)備大 多處理能力較差，存儲(chǔ)資源過(guò)于有限，無(wú)法滿(mǎn)足高速數(shù)據(jù)處理，大容量的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)以 及多功能服務(wù)的要求；（2)現(xiàn)有網(wǎng)關(guān)設(shè)備大多不提供本地預(yù)警系統(tǒng)，這大大增加了能耗數(shù) 據(jù)信息能耗數(shù)據(jù)信息導(dǎo)致重大事故的危險(xiǎn)。（3)現(xiàn)有網(wǎng)關(guān)設(shè)備大多不具有嵌入式音頻通 信系統(tǒng)，使得現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員無(wú)法方便地與企業(yè)管理人員隨時(shí)隨地建立語(yǔ)音通信，這給異常 事件發(fā)生時(shí)的能耗數(shù)據(jù)信息協(xié)調(diào)工作帶來(lái)不便；（4)現(xiàn)有網(wǎng)關(guān)設(shè)備大多不具備本地人機(jī)接 口，對(duì)于網(wǎng)關(guān)設(shè)備眾多環(huán)境變量的重新設(shè)置以及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員實(shí)時(shí)了解能耗數(shù)據(jù)信息制造 了極大的障礙； 鑒于目前能耗數(shù)據(jù)采集對(duì)無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)功能多元化的應(yīng)用需求，結(jié)合無(wú)線自組網(wǎng) 絡(luò)的自身特點(diǎn)，本發(fā)明提升了網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的性能，增加了眾多實(shí)用的服務(wù)功能，使網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)更 適合工業(yè)企業(yè)能耗數(shù)據(jù)信息采集的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有同類(lèi)技術(shù)產(chǎn)品的眾多不足，提供一種無(wú)線傳感器 監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程安全監(jiān)控管理中心所在的Internet網(wǎng)絡(luò)之間互聯(lián)的理想解決方案，而且 實(shí)現(xiàn)眾多實(shí)用性功能，如本地預(yù)警，語(yǔ)音通信以及智能人機(jī)接口的基于無(wú)線微蜂窩組網(wǎng)技 術(shù)的能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案為： 存儲(chǔ)器模組：包括2M的NOR FLASH、64M的NAND FLASH和64M的SDRAM。其中N0R FLASH用于存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的備用引導(dǎo)裝載程序，可以在系統(tǒng)崩潰時(shí)完成系統(tǒng)的正常引導(dǎo)，并 能夠重新燒寫(xiě)Linux嵌入式操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)；NAND FLASH作為大容量非易失性存儲(chǔ) 器，用于存放Linux系統(tǒng)引導(dǎo)裝載程序、操作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像、可讀寫(xiě)的yaffs文件系統(tǒng)，用戶(hù) 程序和數(shù)據(jù)，為操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序的高效運(yùn)行提供支持。
[0006] 無(wú)線自組網(wǎng)射頻收發(fā)模組：是網(wǎng)關(guān)設(shè)備與無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)的接口模組，采用 470-510MHZ的工業(yè)通信頻段與無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)匯聚點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線射頻通信，并通過(guò)通用異步串 行接口與微控制器模組直連；用于提供網(wǎng)關(guān)設(shè)備的空中接口，與無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯聚 點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的無(wú)線雙向收發(fā)，同時(shí)通過(guò)通用異步串行口與微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
[0007] 以太網(wǎng)接口模組：是網(wǎng)關(guān)設(shè)備與Internet的接口模組，通過(guò)16位數(shù)據(jù)總線與微控 制器模組連接，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器與RJ45接口相連；用于提供網(wǎng)關(guān)設(shè)備與Internet網(wǎng) 絡(luò)的通信接口，保證無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)能夠上行傳輸至Internet遠(yuǎn)程服務(wù)器，現(xiàn)時(shí) 能夠接收遠(yuǎn)程服務(wù)器的下行指令數(shù)據(jù)。
[0008] RFID射頻識(shí)別模組：與微控制器模組通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串口連接，采用2. 4GHz的工業(yè)通信 頻段進(jìn)行通信，用于現(xiàn)場(chǎng)人員的考勤以及模糊定位，通過(guò)主動(dòng)方式檢測(cè)進(jìn)入其識(shí)別范圍的 RFID卡，并通過(guò)對(duì)某個(gè)目標(biāo)的ID自動(dòng)識(shí)別得到對(duì)象的個(gè)體信息，并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。
[0009] 蜂鳴器預(yù)警模組：采用壓電式有源蜂鳴器，并與微控制器模組通過(guò)通用10 口相 連；用于能耗數(shù)據(jù)信息情況下的網(wǎng)關(guān)本地報(bào)警。通過(guò)將網(wǎng)關(guān)接收到的無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)采集數(shù) 據(jù)與相應(yīng)系統(tǒng)預(yù)設(shè)報(bào)警臨界值對(duì)比，當(dāng)某一能耗數(shù)據(jù)信息值異常時(shí)，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作， 達(dá)到本地預(yù)警功能。
[0010] 語(yǔ)音通信模組：采用專(zhuān)業(yè)音頻編解碼器構(gòu)建網(wǎng)關(guān)的嵌入式音頻系統(tǒng)，并與微控制 器模組通過(guò)I2S音頻總線相連；用于網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)關(guān)之間以及網(wǎng)關(guān)與遠(yuǎn)程服務(wù)器之間的IP語(yǔ)音 通信。語(yǔ)音通信模組能夠?qū)IC接口輸入的模擬音頻信號(hào)進(jìn)行采樣、量化，并將得到的數(shù)字 音頻信號(hào)存儲(chǔ)于預(yù)設(shè)緩存中，并將緩存數(shù)據(jù)打包發(fā)送到目的主機(jī)；同時(shí)語(yǔ)音通信模組能夠 將網(wǎng)關(guān)接收到的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解包，并通過(guò)DA轉(zhuǎn)換恢復(fù)得到目的主機(jī)；同時(shí)語(yǔ)音通信 模組能夠?qū)⒕W(wǎng)關(guān)接收到的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解包，并通過(guò)DA轉(zhuǎn)換恢復(fù)得到目的主機(jī)端的 原始模擬音頻信號(hào)，由SPK接口輸出。
[0011] 人機(jī)接口模組采用TFT-IXD模塊，并通過(guò)四線電阻式觸摸屏接口與微控制器模組 相連；用于為本地智能的人機(jī)交互操作提供服務(wù)，主要實(shí)現(xiàn)本地IP地址和遠(yuǎn)程服務(wù)器IP地 址的配置，網(wǎng)絡(luò)通信狀況的在線測(cè)試，無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)環(huán)境數(shù)據(jù)的本地實(shí)時(shí)顯示，語(yǔ)音通信的 撥號(hào)、接聽(tīng)、振鈴顯示等操作。
[0012] 其中，微控制器模組采用ATMEL9260控制器，主頻達(dá)400MHz，運(yùn)算能力強(qiáng)大，通過(guò) 移植嵌入式Linux操作系統(tǒng)可以可靠地完成傳感數(shù)據(jù)接收、轉(zhuǎn)發(fā)處理，實(shí)時(shí)語(yǔ)音通信，智能 人機(jī)交互等多任務(wù)并行操作。
[0013] 其中，存儲(chǔ)器模組中，NAND FLASH通過(guò)8位數(shù)據(jù)總線與微控制器相連，NOR FLASH 通過(guò)16位數(shù)據(jù)總線與微控制器相連，SDRAM通過(guò)32位數(shù)據(jù)總線與微控制器相連。
[0014] 其中，無(wú)線自組網(wǎng)射頻收發(fā)模組采用CC1110射頻芯片，工作于470-510MHZ的工業(yè) 通信頻段。由于CC1110與ATMEL9260工作電壓同為3. 3V，無(wú)線自組網(wǎng)射頻收發(fā)模組與微控 制器模組之間通過(guò)三線串行接口 RX、TX、GND直連。
[0015] 其中，以太網(wǎng)接口模組采用CS8900作為網(wǎng)絡(luò)控制芯片，通過(guò)16位數(shù)據(jù)總線與微控 制器模組連接，并通過(guò)GTS FC-518LS網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器與RJ45接口相連接。
[0016] 其中，RFID射頻識(shí)別模組采用基于NRF2401的成熟工作級(jí)模塊，使用2. 4GHz的頻 段進(jìn)行通信，覆蓋范圍0-50米，ATMEL9260的通用異步收發(fā)器UART2通過(guò)MAX3232芯片實(shí) 現(xiàn)TTL/CM0S電平到TIA/EIA-232-F電平的轉(zhuǎn)換，為RFID射頻識(shí)別模組提供標(biāo)準(zhǔn)串口接入。
[0017] 其中，蜂鳴器預(yù)警模組采用壓電式有源蜂鳴器HYD-2319,并與微控制器的通用10 口 GPB0相連接。
[0018] 其中，語(yǔ)音通信模組采用UDA1341音頻編解碼器構(gòu)建網(wǎng)關(guān)設(shè)備的嵌入式音頻系 統(tǒng)，并與微控制器模組通過(guò)I2S音頻總線相連。
[0019] 其中，人機(jī)接口模組采用TFT-IXD模塊，通過(guò)四線電阻式觸摸屏接口與微控制器 相連，利用四線電阻式觸摸屏提供人機(jī)交互界面。
[0020] 相比現(xiàn)有同類(lèi)技術(shù)產(chǎn)品，本發(fā)明具有以下有益效果： (1) 本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)設(shè)備中央控制器采用ATMEL9260芯片，主頻高達(dá)400MHz，處理能力十 分強(qiáng)大，能夠運(yùn)行嵌入式Linux操作系統(tǒng)，為網(wǎng)關(guān)設(shè)備的多任務(wù)并行操作以及系統(tǒng)資源的 有效1?度提供穩(wěn)定可罪的硬件保證； (2) 本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)設(shè)備存儲(chǔ)資源豐富，64M的NAND FLASH提供了大容量的存儲(chǔ)空間， 不但可以存放大量用戶(hù)程序、數(shù)據(jù)，而且可以保證無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存儲(chǔ)，64M的 SDRAM則為網(wǎng)關(guān)設(shè)備提供了足夠的內(nèi)存空間，使得網(wǎng)關(guān)設(shè)備的性能不會(huì)因多任務(wù)的并發(fā)執(zhí) 行而受到影響； (3) 本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)設(shè)備引入了本地預(yù)警功能，能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù) 判斷能耗數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)信息，并發(fā)此為依據(jù)決定是否由Linux操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)蜂鳴 器工作。通過(guò)本地預(yù)警功能，現(xiàn)場(chǎng)人員能夠在能耗數(shù)據(jù)信息能耗數(shù)據(jù)信息出現(xiàn)的第一時(shí)間 得到通知，這為企業(yè)正常生產(chǎn)提供了進(jìn)一步的保障； (4) 本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)設(shè)備具有與其他網(wǎng)關(guān)設(shè)備以及遠(yuǎn)程服務(wù)器語(yǔ)音通話的功能，通過(guò)音 頻編解碼器構(gòu)建的嵌入式音頻通信系統(tǒng)，能夠保證任意時(shí)刻現(xiàn)場(chǎng)人員方便地與企業(yè)管理人 員建立語(yǔ)音通信，為企業(yè)正常生產(chǎn)提供了又一層保障； (5) 本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)設(shè)備具有智能的人機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)設(shè)備各種功能的一體化管理， 通過(guò)人機(jī)交互接口，可以方便地配置本地IP地址、遠(yuǎn)程服務(wù)器IP地址，實(shí)時(shí)顯示傳感器網(wǎng) 絡(luò)采集的能耗數(shù)據(jù)信息值，并能夠?qū)φZ(yǔ)音通信進(jìn)行撥號(hào)、接聽(tīng)、掛斷等操作，這避免了通常 情況下采用大型PC設(shè)備通過(guò)超級(jí)終端對(duì)網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行逐個(gè)操作所帶來(lái)的不便。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的硬件原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，以便于更清楚的理解本 發(fā)明要求保護(hù)的技術(shù)思想。
[0023] 由于本系統(tǒng)的目標(biāo)是將工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)所需的眾多能耗數(shù)據(jù)信息(如電、水、蒸汽、 空壓氣和燃燒油等等）以及采集設(shè)備定位信息等相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并周期性向遠(yuǎn)程 服務(wù)器傳輸，保證企業(yè)管理人員能夠通過(guò)訪問(wèn)服務(wù)器隨時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況并能夠針對(duì)能 耗數(shù)據(jù)信息事件做出快速有效地調(diào)整。系統(tǒng)總體框架可分為三個(gè)部分，分別是現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線自 組網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集部分、網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換部分以及遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器部分。無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)位 于整體系統(tǒng)的最底層，由一組傳感器終端節(jié)點(diǎn)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器部分。無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)位 于整個(gè)系統(tǒng)的最底層，由一組傳感器終端節(jié)點(diǎn)以自組織方式構(gòu)成，分布于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)巷道的 感知區(qū)域，能夠協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對(duì)象的信息。網(wǎng)關(guān)是監(jiān) 控系統(tǒng)正常運(yùn)行的核心一環(huán)，是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分，主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能： ①對(duì)無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的匯聚、處理和存儲(chǔ)；@現(xiàn)Internet遠(yuǎn)程服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互。除此 以外，網(wǎng)關(guān)還具有其他附加功能，增強(qiáng)了網(wǎng)關(guān)的人性化與實(shí)用性，比如采用RFID射頻模塊 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備的定位，網(wǎng)關(guān)與其他網(wǎng)關(guān)以及網(wǎng)關(guān)與遠(yuǎn)程服務(wù)器之間的實(shí)時(shí)語(yǔ)音通信， 本地人機(jī)交互等等。遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器位于整個(gè)系統(tǒng)的最上層，提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力 和存儲(chǔ)能力，通過(guò)訪問(wèn)該服務(wù)器，管理人員可以實(shí)時(shí)查詢(xún)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的各種能耗數(shù)據(jù)信息，調(diào) 取系統(tǒng)存儲(chǔ)的歷史記錄，發(fā)送指令信息，控制無(wú)線自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)行為，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理。
[0024] 如圖1所示，網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)主要包括微控制器模組，存儲(chǔ)器模組，無(wú)線自組網(wǎng)射頻收發(fā) 模組，以太網(wǎng)接口模組，RFID射頻識(shí)別模組，蜂鳴器預(yù)警模組，語(yǔ)音通信模組，以及人機(jī)接口 模組。其中，微控制器模組是網(wǎng)關(guān)設(shè)備的核心模組，與其他模組通過(guò)不同的接口電路相連， 以控制不同模組的協(xié)同工作并處理相關(guān)數(shù)據(jù)。微控制器采用ATMEL9260嵌入式芯片，該控 制器基于ARM920T內(nèi)核，內(nèi)含高性能32位RISC控制器，主頻達(dá)400MHz，處理能力強(qiáng)大，通過(guò) 移植嵌入式Linux操作系統(tǒng)，有效地解決了網(wǎng)關(guān)與無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)的射頻收發(fā)、與Internet 網(wǎng)絡(luò)的有線雙工通信、本地實(shí)時(shí)預(yù)警、與遠(yuǎn)程服務(wù)器實(shí)時(shí)語(yǔ)音通信等多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行的調(diào) 度問(wèn)題。
[0025] 本發(fā)明的存儲(chǔ)器模組中NOR FLASH采用Am29LV160D，存儲(chǔ)容量為2M，通過(guò)16位 數(shù)據(jù)總線與微控制器相連。由于采用16位數(shù)據(jù)模式，NOR FLASH的地址總線偏移一位與 微控制器相連，即NOR FLASH的ADDR(n)引腳與微控制器的SA (n+1)引腳相連，其中n的 取值范圍是〇?19。NOR FLASH作為網(wǎng)關(guān)的后備資源，用于存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的備用引導(dǎo)裝載 程序。NOR FLASH也可采用K9F1208D0A，存儲(chǔ)容量為64M，通過(guò)8位數(shù)據(jù)總線與微控制器相 連，由微控制器內(nèi)部的NAND FLASH控制器直接控制。NAND FLASH是網(wǎng)關(guān)設(shè)備的非易失性 存儲(chǔ)器，主要用于存放Linux系統(tǒng)引導(dǎo)裝載程序、操作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像、可讀寫(xiě)的yaffs文件 系統(tǒng)，用戶(hù)應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)等內(nèi)容。SDRAM可采用HY57V561620,每片HY57V561620的存儲(chǔ) 容量為32M，規(guī)格為48 &成8\411\168^8，通過(guò)兩塊芯片的數(shù)據(jù)總線串行連接方式組成641 的SDRAM，并通過(guò)32位數(shù)據(jù)總線與微控制器相連。由于采用32位數(shù)據(jù)模式，SDRAM的地址 總線偏移兩位與微控制器相連，其中ACTA12為行地址線，ACTA8同時(shí)復(fù)用為列地址線，BA0 與BAI為Bank選擇線。SDRAM是網(wǎng)關(guān)設(shè)備的內(nèi)在，為操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序的高效運(yùn)行提供 了支持。
[0026] 本發(fā)明的無(wú)線自組網(wǎng)射頻收發(fā)模組以及以太網(wǎng)接口模組是完成協(xié)議轉(zhuǎn)換，保證底 層傳感數(shù)據(jù)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)年P(guān)鍵。
[0027] 無(wú)線自組網(wǎng)射頻收發(fā)模組采用射頻芯片，工作于470-510MHZ的工業(yè)通信頻段，直 接與無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)的傳輸匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，負(fù)責(zé)對(duì)底層周期性發(fā)送的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線 接收，其中傳輸匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的接收、整理，并按照 預(yù)定協(xié)議所規(guī)定的格式打包數(shù)據(jù)，最后通過(guò)無(wú)線方式向網(wǎng)關(guān)的無(wú)線自組網(wǎng)射頻收發(fā)模組轉(zhuǎn) 發(fā)數(shù)據(jù)。無(wú)線自組網(wǎng)射頻收發(fā)模組與微控制器模組之間采用串口接口方式連接，微控制器 模組在接收到無(wú)線自組網(wǎng)射頻收發(fā)模組的傳感器數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、處理，并將結(jié)果 存入緩存，發(fā)送給以太網(wǎng)接口模組。
[0028] 以太網(wǎng)接口模組采用以太網(wǎng)控制器CS8900,其內(nèi)部集成了 4K字節(jié)的片上存儲(chǔ) 器，lOBase-T的收發(fā)濾波器，并且提供8位和16位兩種數(shù)據(jù)接口。本發(fā)明中，以太網(wǎng)接口 模組與微控制器模組通過(guò)20位的地址總線和16位的數(shù)據(jù)總線相連，與Internet則通過(guò) GTSFC-518LS網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器以及RJ45接口相連。以太網(wǎng)接口模組主要對(duì)經(jīng)過(guò)微控制器模 組融合的底層傳感數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)IP數(shù)據(jù)包格式直接發(fā)送到Internet遠(yuǎn)程服務(wù)器，同時(shí)也將 接收到的Internet服務(wù)器指令經(jīng)過(guò)解包后通過(guò)數(shù)據(jù)總線送達(dá)微控制器模組執(zhí)行，除此以 處，以太網(wǎng)接口模組也給網(wǎng)關(guān)的其他功能如IP語(yǔ)音通信等提供了硬件支持。
[0029] 本發(fā)明的RFID射頻識(shí)別模組采用基于NRF2401的成熟工業(yè)級(jí)模塊，使用2. 4GHz 的頻段進(jìn)行通信，覆蓋范圍0-50米。為便于應(yīng)用擴(kuò)展，RFID射頻識(shí)別模組與微控制器模組 采用串口作為標(biāo)準(zhǔn)接口。微控制器模組的通用異步收發(fā)器UART2通過(guò)MAX3232芯片實(shí)現(xiàn) TTL/CM0S電平到TIA/EIA-232-F電平的轉(zhuǎn)換，從而為RFID射頻識(shí)別模組提供標(biāo)準(zhǔn)串口接 入。
[0030] 本發(fā)明的蜂鳴器預(yù)警模組采用壓電式有源蜂鳴器HYD-2319,并與微控制器模組的 通用10 口 GPB0相連接。網(wǎng)關(guān)接收到底層傳感數(shù)據(jù)后，通過(guò)與系統(tǒng)中預(yù)設(shè)各種報(bào)警臨界值 進(jìn)行對(duì)比，判斷各能耗數(shù)據(jù)信息是否異常。若存在能耗數(shù)據(jù)信息異常的情況，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)將 GPB0引腳置高驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作，警示本地現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行處理。
[0031] 本發(fā)明的語(yǔ)音通信模組采用UDA1341音頻編解碼器，與微控制器模組通過(guò)I2S音 頻總線相連。其中BCK為串行時(shí)鐘，對(duì)應(yīng)數(shù)字音頻的每一位數(shù)據(jù)；WS為幀時(shí)鐘，用于切換左 右聲道的數(shù)據(jù)；SDATA0與SDATAI為串行數(shù)據(jù)，是用于二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的音頻數(shù)據(jù)，這三種 信號(hào)是語(yǔ)音通信模組與微控制器模組接口電路的核心。語(yǔ)音通信模組具有MIC和SPK接 口，其能夠?qū)IC接口輸入的模擬音頻信號(hào)進(jìn)行采樣、量化，并將得到的數(shù)字音頻信號(hào)存儲(chǔ) 于預(yù)設(shè)緩存中，并將緩存數(shù)據(jù)打包發(fā)送到目的主機(jī)；同時(shí)能夠?qū)⒕W(wǎng)關(guān)接收到的數(shù)字音頻數(shù) 據(jù)進(jìn)行解包，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換恢復(fù)得到目的主機(jī)端的原始模擬音頻信號(hào)，由SPK接口輸出。
[0032] 本發(fā)明的人機(jī)接口模組采用3. 5英寸TFT-IXD模塊，通過(guò)四線電阻式觸摸屏接口 與微控制器相連。TSXM、TSXP、TSYM和TSYP為四線電阻式觸摸屏接口，主要用于確定觸摸 點(diǎn)坐標(biāo)。此外為方便其他類(lèi)型觸摸屏的擴(kuò)展應(yīng)用，接口電路還提供了 3. 3V和5V電源選擇 功能，可根據(jù)觸摸屏電源電壓正確選擇跳線連接方式。人機(jī)接口模組在網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中扮演著 十分重要的角色，可實(shí)現(xiàn)本地IP地址的配置，遠(yuǎn)程服務(wù)器IP地址的設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)通信狀況的 在線測(cè)試，無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)環(huán)境數(shù)據(jù)的本地實(shí)時(shí)顯示，語(yǔ)音通信的撥號(hào)、接聽(tīng)、振鈴顯示等等， 這大大降低了大型PC設(shè)備通過(guò)超級(jí)終端設(shè)置網(wǎng)關(guān)所帶來(lái)的不便，同時(shí)也給現(xiàn)場(chǎng)人員隨時(shí) 了解能耗數(shù)據(jù)狀況提供了支持。
[0033] 本發(fā)明的語(yǔ)音通信模組在網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中作為獨(dú)立進(jìn)程存在，與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互并 發(fā)執(zhí)行。程序啟動(dòng)后,創(chuàng)建監(jiān)聽(tīng)線程監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)信令，并可根據(jù)來(lái)電請(qǐng)求信令執(zhí)行應(yīng)答請(qǐng)求、 拒接來(lái)電等操作；同時(shí)，程序也可隨時(shí)發(fā)送會(huì)話請(qǐng)求信令，請(qǐng)求目的終端進(jìn)行通信。一旦網(wǎng) 關(guān)與目的終端建立起UDP通信鏈路，則可接收遠(yuǎn)程發(fā)送的語(yǔ)音數(shù)據(jù)包，并解析存入緩存，將 緩存信息寫(xiě)入DSP音頻設(shè)備文件，則可從SPK接口輸出語(yǔ)音信息，達(dá)到接聽(tīng)目的；同時(shí)，本地 人員的語(yǔ)音信息也會(huì)通過(guò)MIC接口存入DSP音頻設(shè)備文件，通過(guò)讀取該文件可獲得音頻數(shù) 據(jù)信息，打包后通過(guò)UDP協(xié)議可發(fā)送語(yǔ)音信息到目的終端。除此以處，程序還可通過(guò)查詢(xún)本 地語(yǔ)音通話數(shù)據(jù)為庫(kù)，獲取歷史來(lái)電記錄和去電記錄。
[0034] 本發(fā)明的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互方法具體為，程序啟動(dòng)后依次執(zhí)行以下幾個(gè)步驟： (1)設(shè)置串口，用于微控制器模組與無(wú)線自組網(wǎng)射頻收發(fā)模組以及RFID射頻識(shí)別模組進(jìn)行 通信，主要包括串口波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)位、串口最大讀取時(shí)間、串口最大讀 取長(zhǎng)度的設(shè)置；（2)初始化網(wǎng)絡(luò)，用于微控制器模組與以太網(wǎng)接口模組進(jìn)行通信，主要包括 設(shè)定網(wǎng)絡(luò)通信端口，設(shè)置遠(yuǎn)程服務(wù)器IP地址等操作；（3)連接服務(wù)，通過(guò)發(fā)送連接請(qǐng)求與遠(yuǎn) 程服務(wù)器建立UDP連接；（4)通過(guò)Fork函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程，子進(jìn)程是對(duì)父進(jìn)程的復(fù)制，二者 并行工作；（5)父進(jìn)程監(jiān)聽(tīng)串口，實(shí)時(shí)接收無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的底層數(shù)據(jù)，并進(jìn)行有效性校 驗(yàn)，對(duì)有效數(shù)據(jù)計(jì)算、分類(lèi)、比較后打包發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器，在此過(guò)程一旦發(fā)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)信 息值異常，立即進(jìn)行本地報(bào)警；（6)子進(jìn)程監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)端口，與遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，接 收到遠(yuǎn)程發(fā)送的指令信息后，進(jìn)行指令解析，并執(zhí)行相應(yīng)操作，實(shí)時(shí)管理人員對(duì)網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程 控制。
[0035] 對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各 種相應(yīng)的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范 圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于無(wú)線微蜂窩組網(wǎng)技術(shù)的能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特征在于，包括微控制 器模組，存儲(chǔ)器模組，無(wú)線自組網(wǎng)射頻收發(fā)模組，以太網(wǎng)接口模組，RFID射頻識(shí)別模組，蜂鳴 器預(yù)警模組，語(yǔ)音通信模組，以及人機(jī)接口模組； 所述徽控制器模組是網(wǎng)關(guān)設(shè)備的核心模組，與其他模組通過(guò)不同的接口電路相連，以 控制不同模組的協(xié)同工作并處理相關(guān)數(shù)據(jù)；所述微控制器采用ATMEL9260嵌入式芯片， 該控制器基于ARM920T內(nèi)核，內(nèi)含高性能32位RISC控制器，主頻達(dá)400MHz，處理能力強(qiáng) 大，通過(guò)移植嵌入式Linux操作系統(tǒng)，有效地解決了網(wǎng)關(guān)與無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)的射頻收發(fā)、與 Internet網(wǎng)絡(luò)的有線雙工通信、本地實(shí)時(shí)預(yù)警、與遠(yuǎn)程服務(wù)器實(shí)時(shí)語(yǔ)音通信的多任務(wù)并發(fā) 執(zhí)行的調(diào)度問(wèn)題； 所述存儲(chǔ)器模組包括64M的NANDFLASH，2M的NORFLASD和64M的同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ) 器SDRAM，并通過(guò)數(shù)據(jù)總線與微控制器模組相連接； 所述無(wú)線自組網(wǎng)射頻收發(fā)模組是網(wǎng)關(guān)設(shè)備與無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)的接口模組，采用 470-510MHZ的工業(yè)通信頻段與無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線射頻通信，并通過(guò)通用異步 串行接口與微控制器模組直連； 所述以太網(wǎng)接口模組是網(wǎng)關(guān)設(shè)備與Internet的接口模組，通過(guò)16位數(shù)據(jù)總線與微控 制器模組連接，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器與RJ45接口相連；用于提供網(wǎng)關(guān)設(shè)備與Internet網(wǎng) 絡(luò)的通信接口，保證無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)能夠上行傳輸至Internet遠(yuǎn)程服務(wù)器，同時(shí) 能夠接收遠(yuǎn)程服務(wù)器的下行指令數(shù)據(jù)； 所述RFID射頻識(shí)別模組與微控制器模組通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串口連接，采用2. 4GHZ的工業(yè)通信 頻段進(jìn)行通信； 所述蜂鳴器預(yù)警模組采用壓電式有源蜂鳴器，并與微控制器模組通過(guò)通用10 口相連； 所述語(yǔ)音通信模組采用專(zhuān)業(yè)音頻編解碼器構(gòu)建網(wǎng)關(guān)的嵌入式音頻系統(tǒng)，并與微控制器 模組通過(guò)I2S音頻總線相連； 所述人機(jī)接口模組采用TFT-IXD模塊，并通過(guò)四線電阻式觸摸屏接口與微控制器模組 相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線微蜂窩組網(wǎng)技術(shù)的能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特 征在于，所述存儲(chǔ)器模組中的NANDFLASH通過(guò)8位數(shù)據(jù)總線與微控制器模組相連，做為 大容量非易失性存儲(chǔ)器，用于存放Linux系統(tǒng)引導(dǎo)裝載程序、操作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像、可讀寫(xiě)的 yaffs文件系統(tǒng)，用戶(hù)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)；所述SDRAM通過(guò)32位數(shù)據(jù)總線與微控制器模組相 連，用于系統(tǒng)啟動(dòng)后加載運(yùn)行操作系統(tǒng)、用戶(hù)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)，為操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序的高 效運(yùn)行提供支持。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線微蜂窩組網(wǎng)技術(shù)的能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特 征在于，無(wú)線自組網(wǎng)射頻收發(fā)模組提供網(wǎng)關(guān)設(shè)備的空中接口，與無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯聚 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的無(wú)線雙向收發(fā)，同時(shí)通過(guò)通用異步串行口與微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
【文檔編號(hào)】H04L12/66GK104378285SQ201410509054
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】黎聲零, 黎宇, 李平, 陳德成, 樂(lè)立強(qiáng), 宋金驥, 張毅榮, 王來(lái), 李燕珊 申請(qǐng)人:廣東斯靈通科技有限公司