本發(fā)明涉及一種通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種通用型物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)傳輸終端。

背景技術(shù)：

數(shù)據(jù)顯示，2017年全球物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將達(dá)到4500億美元，而我國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模則有望達(dá)到7500億元，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，從個人電子產(chǎn)品到工業(yè)機(jī)械和傳感器等相關(guān)應(yīng)用逐漸的接入網(wǎng)絡(luò)。通信是網(wǎng)絡(luò)連接的基礎(chǔ)。沒有通信，物聯(lián)網(wǎng)感知的大量信息無法進(jìn)行有效地交換和共享，從而也不能利用基于這些物理世界的數(shù)據(jù)產(chǎn)生豐富的多層次的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。無線通信因其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、克服有線通信在某些情況下布線困難等優(yōu)勢成為現(xiàn)階段研究的重點(diǎn)。

現(xiàn)有無線數(shù)傳方案有以下幾種：

其中采用Bluetooth、Zigbee和Wifi技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸終端工作頻段是2.4GHz，基于移動通信的4g頻段由于運(yùn)營商不同，大致分布在1800MHz-1900MHz、2.3GHz和2.5GHz等專用頻段上。從現(xiàn)有無線通信方案可以看出，每種無線傳輸方案都有各自的優(yōu)勢，比如采用Bluetooth技術(shù)的方案相較其他方案，功耗較低，基于跳頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)安全傳輸，但數(shù)據(jù)傳輸率較低、通信距離較短；基于Zigbee技術(shù)的方案相比其他方案的優(yōu)勢是可以實(shí)現(xiàn)局域內(nèi)快速組網(wǎng)，同時功耗較低，缺點(diǎn)是隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增多，無線數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)間傳輸延時較高，相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸率較低；WiFi技術(shù)與上述兩種方案相比，數(shù)據(jù)傳輸率較高，在物理層增加功率放大器模塊可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線數(shù)據(jù)傳輸，同時與網(wǎng)關(guān)相連可以直接連接Internet。但是WiFi技術(shù)功耗較大，雖然可以基于Mesh組網(wǎng)，但其對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對通信數(shù)據(jù)傳輸影響較大?；赪iFi技術(shù)的無線通信終端還具有數(shù)據(jù)安全性沒法保障的缺點(diǎn)；3G/4G或者GSM等基于蜂窩技術(shù)的無線通信方案可以使用現(xiàn)有基站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線傳輸，缺點(diǎn)是在基站沒法覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)，無法使用。

現(xiàn)有無線通信方案的硬件結(jié)構(gòu)如圖1示，主要由MCU電路和射頻芯片電路兩部分構(gòu)成，MCU主要作用是運(yùn)行相應(yīng)協(xié)議棧，完成控制并把數(shù)據(jù)通過某種協(xié)議傳輸?shù)缴漕l芯片，射頻芯片主要完成調(diào)制、解調(diào)，把調(diào)制好的無線電磁波信號傳到物理空間和從物理空間接受電磁波信?；贐luetooth和WiFi的應(yīng)用一般采用這種方案。

采用Zigbee技術(shù)的方案與與采用Bluetooth和WiFi技術(shù)方案不同點(diǎn)在于，有良好的自組網(wǎng)特性。如圖2所示，在采用Zigbee技術(shù)方案中，節(jié)點(diǎn)分為3種類型，分別為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)主要任務(wù)是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，一旦網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完畢，退化為路由器節(jié)點(diǎn)。路由器節(jié)點(diǎn)主要完成數(shù)據(jù)路由功能，終端節(jié)點(diǎn)主要完成數(shù)據(jù)采集和發(fā)送。

從以上現(xiàn)有無線數(shù)據(jù)傳輸方案可以看出，現(xiàn)有方案只能應(yīng)用于某些特定條件下。比如在低功耗方面，Bluetooth有天然的優(yōu)勢，而當(dāng)對數(shù)據(jù)傳輸率較大時，WiFi優(yōu)勢明顯，Zigbee的優(yōu)勢在于組網(wǎng)簡單方便。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)市場對無線通信技術(shù)的需求越來越全面，尤其是權(quán)衡工作頻段、功耗、數(shù)據(jù)傳輸率、通信距離和能否自由組網(wǎng)等方面，現(xiàn)有無線通信方案無法同時滿足物聯(lián)網(wǎng)全方面發(fā)展?，F(xiàn)階段，市場上尚未存在一種解決上述問題的物聯(lián)網(wǎng)通用無線數(shù)據(jù)傳輸終端。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是：提供一種通用型物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)傳輸終端，該無線數(shù)據(jù)傳輸終端具有可根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中實(shí)際通信條件自動切換通訊方式、安全保密通訊、組網(wǎng)方便等優(yōu)勢。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種通用型物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)傳輸終端，包括一個主MCU、外網(wǎng)連接部分、若干分MCU及與各分MCU分別相對應(yīng)的射頻芯片；所述若干分MCU分別與各自對應(yīng)的射頻芯片通信連接，構(gòu)成各無線數(shù)傳子模塊，所述主MCU分別與各分MCU通信連接，用于對各無線數(shù)傳子模塊的片選，時鐘的同步和數(shù)據(jù)的處理，各無線數(shù)傳子模塊中的分MCU再控制對應(yīng)射頻芯片完成無線數(shù)據(jù)收發(fā)，主MCU還通過外網(wǎng)連接部分實(shí)現(xiàn)與終端外的網(wǎng)絡(luò)連接。

優(yōu)選的，所述主MCU為MCU0，各分MCU分別為MCU1、MCU2、MCU3和MCU4，MCU1、MCU2、MCU3和MCU4對應(yīng)連接的射頻芯片分別為Bluetooth芯片、Zigbee芯片、WiFi芯片和特定頻率無線數(shù)傳芯片。

優(yōu)選的，所述主MCU通過I²C協(xié)議分別連接四個分MCU，各分MCU分別通過SPI協(xié)議連接Bluetooth芯片、Zigbee芯片、WiFi芯片和特定頻率的無線數(shù)傳芯片。

優(yōu)選的，所述MCU1和Bluetooth芯片連接構(gòu)成低功耗無線傳輸模塊，用于處理對通信距離要求不高，數(shù)據(jù)傳輸速率較低和對數(shù)據(jù)安全性有苛刻要求的無線數(shù)傳。

優(yōu)選的，所述MCU2和Zigbee芯片連接構(gòu)成無線自組網(wǎng)傳輸模塊，當(dāng)環(huán)境對組網(wǎng)有需求的時候，基于該子模塊進(jìn)行組網(wǎng)。

優(yōu)選的，所述MCU3和WiFi芯片連接構(gòu)成大功率無線傳輸模塊，當(dāng)對數(shù)據(jù)傳輸速率要求較高，通信距離較遠(yuǎn)的時候，轉(zhuǎn)到該模塊進(jìn)行無線數(shù)傳。

優(yōu)選的，所述MCU3和WiFi芯片連接構(gòu)成大功率無線傳輸模塊還增加有功率放大電路，滿足對通信距離的要求。

優(yōu)選的，所述MCU4和特定頻率無線數(shù)傳芯片連接構(gòu)成特定頻率的無線數(shù)傳模塊；當(dāng)對無線數(shù)傳的傳輸頻段有要求時，修改和調(diào)整此無線數(shù)傳模塊的射頻芯片。

優(yōu)選的，所述外網(wǎng)連接部分包括分別與主MCU連接的光纖接口、RJ45接口、WiFi無線接口和AC網(wǎng)橋接口。

優(yōu)選的，所述主MCU采用STM32系列單片機(jī)，各分MCU采用STM8系列或者采用8051內(nèi)核的單片機(jī)。

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，當(dāng)對組網(wǎng)有需求時，無線數(shù)據(jù)傳輸終端基于Zigbee芯片構(gòu)成的無線自組網(wǎng)傳輸模塊形成自組網(wǎng)，無線通信數(shù)據(jù)在自組的局域網(wǎng)內(nèi)通信；當(dāng)對數(shù)據(jù)傳輸率和通信距離要求時較高，主MCU自動切換到WiFi芯片構(gòu)成的大功率無線傳輸模塊進(jìn)行通信；當(dāng)對數(shù)據(jù)傳輸量較少，通信距離較近，同時對數(shù)據(jù)安全性有要求時，主MCU自動切換轉(zhuǎn)換到Bluetooth芯片構(gòu)成的低功耗無線傳輸模塊通信；當(dāng)對無線傳輸?shù)念l段有要求時，可切換到特定頻率的無線數(shù)傳子模塊進(jìn)行傳輸。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明所提供的通用型物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)傳輸終端，采用一個主MCU和若干不同類型的無線數(shù)傳子模塊，可根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中實(shí)際通信條件自動切換通訊方式，具有安全保密通訊、組網(wǎng)方便等優(yōu)勢，比較全面的滿足物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對無線通信硬件的需求。

附圖說明

圖1為基于Bluetooth或者WiFi技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸模型；

圖2 為基于Zigbee技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸模型；

圖3為本發(fā)明所提出的的通用型物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)傳輸終端的模型。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

如圖3所示，本發(fā)明所揭示的通用型物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)傳輸終端，包括一個主MCU(MCU0)、四個分MCU（MCU1、MCU2、MCU3、MCU4）和相對應(yīng)的4種不同類型的無線射頻芯片，以及外網(wǎng)連接部分。主MCU一般采用性能較為強(qiáng)勁的MCU芯片，如STM32系列單片機(jī)；分MCU采用性能一般的MCU芯片，如STM8系列或者采用8051內(nèi)核的單片機(jī)，4種無線射頻芯片分別為Bluetooth芯片、Zigbee芯片、WiFi芯片和特定頻率無線數(shù)傳芯片，現(xiàn)階段也有不少廠商把MCU和單片射頻芯片做在一起，但本質(zhì)上和本發(fā)明結(jié)構(gòu)沒區(qū)別。主MCU通過I2C協(xié)議分別連接四個分MCU，四個分MCU通過SPI協(xié)議連接Bluetooth芯片、Zigbee芯片和WiFi芯片和特定頻率無線數(shù)傳芯片，特定頻率選為433MHz，實(shí)際可根據(jù)需求更改。

外網(wǎng)連接部分由4種不同類型接口組成，分為有線連接和無線連接。有線連接為光纖接口、RJ45接口和AC網(wǎng)橋接口，無線連接為WiFi無線接口。WiFi無線連接可選2.4GHz的802.11bgn和5.8GHz的802.11ac。主MCU根據(jù)不同情況或請求通過不同的接口實(shí)現(xiàn)與終端外的Internet連接。除了以上四種類型接口，根據(jù)不同需求還可以添加各種手段連接公網(wǎng)通訊，如GSM，北斗短報文通訊模塊等。

MCU1和Bluetooth射頻芯片連接構(gòu)成低功耗無線傳輸模塊，主要處理對通信距離要求不高，數(shù)據(jù)傳輸速率較低和對數(shù)據(jù)安全性有苛刻要求的無線數(shù)傳。MCU2和Zigbee射頻芯片連接構(gòu)成無線自組網(wǎng)傳輸模塊，當(dāng)環(huán)境對組網(wǎng)有需求的時候，基于該子模塊可以迅速組網(wǎng)，在該局域網(wǎng)內(nèi)的所有無線終端可以自由無線數(shù)據(jù)傳輸。MCU3和WiFi模塊連接構(gòu)成大功率無線傳輸模塊，當(dāng)對數(shù)據(jù)傳輸速率要求較高，通信距離較遠(yuǎn)的時候，可以轉(zhuǎn)到該模塊進(jìn)行無線數(shù)傳；同時如果對通信距離有要求的話，可以在該模塊后方加功率放大電路。MCU4和433MHz無線數(shù)傳芯片連接構(gòu)成在433MHz頻段傳輸?shù)臒o線數(shù)傳模塊。當(dāng)需要在433MHz頻段傳輸時，可調(diào)整主MCU切換到該分模塊。

MCU0通過I²C分別連接MCU1、MCU2、MCU3、MCU4，MCU0采用性能較為強(qiáng)勁的MCU芯片，MCU0的主要作用是基于某種機(jī)制片選各子模塊電路，時鐘的同步和數(shù)據(jù)的處理，物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)傳輸終端通過MCU0控制各子模塊，子模塊中MCU再控制射頻芯片完成無線數(shù)據(jù)收發(fā)。子模塊可以存在2種模塊同時運(yùn)行的情況，比如Zigbee模塊和WiFi模塊同時運(yùn)行，或者Zigbee模塊和Bluetooth模塊同時運(yùn)行。

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，當(dāng)對組網(wǎng)有需求時，本發(fā)明所公開的無線數(shù)據(jù)傳輸終端可以基于Zigbee芯片構(gòu)成的無線自組網(wǎng)傳輸模塊形成自組網(wǎng)，無線通信數(shù)據(jù)在自組的局域網(wǎng)內(nèi)通信；當(dāng)對數(shù)據(jù)傳輸率和通信距離要求時較高，主MCU自動切換到WiFi芯片構(gòu)成的大功率無線傳輸模塊進(jìn)行通信，WiFi芯片構(gòu)成的大功率無線傳輸模塊還增加有功率放大電路，滿足對通信距離的要求；當(dāng)對數(shù)據(jù)傳輸量較少，通信距離較近，同時對數(shù)據(jù)安全性有要求時，主MCU自動切換轉(zhuǎn)換到Bluetooth芯片構(gòu)成的低功耗無線傳輸模塊通信；當(dāng)對無線傳輸?shù)念l段有要求時，可切換到特定頻率的無線數(shù)傳子模塊進(jìn)行傳輸。通過上面的介紹，可看出本發(fā)明比較全面的滿足物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對無線通信硬件的需求。

需要特別說明的是，本發(fā)明的主MCU后面所接的無線數(shù)傳子模塊可以不止四個，還可以再接一些其他頻點(diǎn)的特定頻率無線數(shù)傳芯片或不同制式的射頻芯片，以滿足不同的信號傳輸需求。任何在此基礎(chǔ)上做出的改進(jìn)的技術(shù)都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。