本發(fā)明涉及工控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種wifi光載無線交換系統(tǒng)中的基于2.4ghz的zigbee主從分布式網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的工業(yè)通訊方式——現(xiàn)場總線，存在傳輸距離短、互操作性差、傳輸速率低、需人工布線等缺點。因此，為了實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的無人值守和遠程控制，找到一種便捷有效的方式來解決上述問題，則成為技術(shù)發(fā)展的趨勢。

一篇公開號為cn103200702a的中國發(fā)明專利申請揭示了一種分布式光載無線-wifi-modbus網(wǎng)絡(luò)，包括：光載無線交換系統(tǒng)，modbus主機和至少兩個modbus從機；所述光載無線交換系統(tǒng)與modbus主機之間、所述modbus主機與modbus從機間通過輻射天線進行無線通信；前述modbus主機與modbus從機間的通信方式為通過無線通信模塊的射頻信號進行無線通信；所述光載無線交換系統(tǒng)包括中心站和光線鏈路，連接在中心站和遠端射頻單元之間的光纖鏈路用來實現(xiàn)wifi無線射頻信號的分發(fā)，中心站用來進行信號交換、控制和處理，遠端射頻單元用來實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換和射頻功率放大。該專利申請?zhí)岢龅姆植际焦廨d無線-wifi-modbus網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了終端數(shù)據(jù)的無線采集和集中管控，且網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建靈活、安全、可靠。但當某一臺wifi-modbus主機出現(xiàn)故障時，會導(dǎo)致大量的modbus從機不能工作，嚴重影響整個網(wǎng)絡(luò)的正常工作，網(wǎng)絡(luò)后期的維護管理極為麻煩。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提出一種網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、健壯的分布式光載無線-wifi-zigbee網(wǎng)絡(luò)。

為實現(xiàn)該目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明中的分布式光載無線-wifi-zigbee網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，包括：光載無線交換系統(tǒng)、分布式主機、分布式從機(若干)、zigbee無線模塊、wifi模塊。

所述的光載無線交換系統(tǒng)結(jié)合光載無線技術(shù)和wifi(wirelessfidelity，無線保真技術(shù))無線寬帶局域網(wǎng)技術(shù)，利用中心站(cs，centralstation)和遠端基站(bs，basestation)之間的光纖鏈路實現(xiàn)wifi無線射頻(rf，radiofrequency)信號的分發(fā)，而信號交換、控制和處理模塊都集中在中心站(cs)，遠端基站(bs)僅實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換和射頻功率放大功能。這樣，將復(fù)雜、昂貴的設(shè)備集中到中心站點，讓多個遠端基站共享這些設(shè)備，從而減少基站的功耗和成本，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性，同時可以利用光載無線交換系統(tǒng)實現(xiàn)頻譜帶寬資源的動態(tài)分配。

所述的分布式主機由微處理器、zigbee無線接口、wifi網(wǎng)絡(luò)接口、i/o接口等硬件及軟件系統(tǒng)構(gòu)成。分布式主機通過wifi網(wǎng)絡(luò)接口實現(xiàn)主機和光載無線交換系統(tǒng)的通信；分布式主機通過zigbee無線接口實現(xiàn)分布式主機對分布式從機的控制和數(shù)據(jù)的采集；分布式主機通過i/o接口控制zigbee無線模塊及wifi模塊實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，完成數(shù)據(jù)的收發(fā)和狀態(tài)的顯示；軟件系統(tǒng)包括單片機控制軟件和應(yīng)用軟件，單片機控制系統(tǒng)包含主機無線zigbee(z-stack)協(xié)議，應(yīng)用軟件具有上位機傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、wifi模塊配置系統(tǒng)等功能。

所述的分布式從機由微處理器、存儲器、zigbee無線接口、i/o接口等硬件及軟件系統(tǒng)構(gòu)成。分布式從機通過zigbee無線接口實現(xiàn)分布式主機和分布式從機的實時通信，完成分布式主機的命令；分布式從機通過i/o接口控制zigbee無線模塊實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，完成數(shù)據(jù)的收發(fā)和狀態(tài)的顯示；軟件系統(tǒng)包含分布式從機無線zigbee(z-stack)協(xié)議。

所述zigbee無線模塊使用2.4ghz免費ism頻段免許可證，最大傳輸數(shù)率達200kbps，并可軟件修改波特率，開闊地傳輸距離達到200米，具有無線喚醒等功能，靈敏度達到-90dbm，可靠性高，可廣泛應(yīng)用于各種場合的短距離無線通信領(lǐng)域(如無線抄表、工業(yè)遙控、低功耗手持設(shè)備等)。基于zigbee無線模塊實現(xiàn)了無線數(shù)據(jù)傳輸，提高了可靠性。

所述wifi模塊為串口或ttl電平轉(zhuǎn)wifi通信的一種傳輸轉(zhuǎn)換模塊，uart-wifi模塊是基于uart接口的符合wifi無線網(wǎng)絡(luò)標準的嵌入式模塊，內(nèi)置無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議ieee802.11協(xié)議棧以及tcp/ip協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口或ttl電平數(shù)據(jù)到無線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。根據(jù)主控制器的硬件電路設(shè)計，可以實現(xiàn)zigbee與wifi的相互轉(zhuǎn)換，從而靈活方便的接入分布式光載無線wifi網(wǎng)絡(luò)。

工作過程描述：

工作前搭建好所需的硬件環(huán)境，包括光載無線系統(tǒng)的搭建、分布式無線zigbee主從機系統(tǒng)的搭建、終端采集系統(tǒng)的搭建(溫濕度傳感器、氣體傳感器、人體傳感器等)。

系統(tǒng)初始化工作時，分布式主機配置好各個寄存器的參數(shù)、wifi模塊的參數(shù)、zigbee無線模塊的參數(shù)等，分布式從機配置好各個寄存器的參數(shù)、zigbee無線模塊的參數(shù)等。為保證通信正常進行，需設(shè)定光載無線交換系統(tǒng)的遠端wifi網(wǎng)絡(luò)和分布式主機的wifi模塊具有相同的ssid(網(wǎng)絡(luò)名)、認證密碼、工作頻道、工作模式等；分布式主機與分布式從機zigbee無線模塊的網(wǎng)絡(luò)id和信道等參數(shù)一致。

控制中心通過光載無線交換系統(tǒng)將wifi信號覆蓋到遠端分布式天線系統(tǒng)，分布式主機的wifi模塊接到分布式系統(tǒng)中，分布式主機負責將wifi信號轉(zhuǎn)換為zigbee無線信號發(fā)射出去，這樣控制中心發(fā)送指令，經(jīng)光載無線交換系統(tǒng)再由分布式主機的wifi模塊，將其轉(zhuǎn)換為zigbee無線信號發(fā)送給分布式從機，分布式從機再通過rs232/rs485串行接口將指令發(fā)送至各種終端傳感器，對傳感器完成相應(yīng)的控制和數(shù)據(jù)的采集，傳感器通過相同的方式將采集的數(shù)據(jù)回發(fā)給控制中心，從而實現(xiàn)了高速、靈活、安全的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，完成了數(shù)據(jù)的無線采集、控制與管理。

本發(fā)明的有益效果是：

在現(xiàn)有的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，沒有出現(xiàn)采用本發(fā)明的分布式光載無線-wifi-zigbee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)的。本發(fā)明的分布式光載無線-wifi-zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和理念屬首創(chuàng)。

本發(fā)明應(yīng)用在各種工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)濟、便捷，產(chǎn)品的互操作性好，大大減少了人工布置通信線路并很好的實現(xiàn)了資源的共享及遠程的集中監(jiān)控和管理，對進一步提高整個工控領(lǐng)域的集成度和自動化程度有著積極的意義。

在本發(fā)明中采用zigbee無線通訊技術(shù)有效覆蓋50～200米，分布式的主機與分布式的從機通過zigbee協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信；分布式主機再通過wifi把數(shù)據(jù)進一步傳輸至光載無線交換系統(tǒng)。由于wifi接入點可以集中在控制室，則可以通過wifi接入多點分布式從機，而從機由于采用了zigbee通信技術(shù)，即無需每個從機都用wifi通信，降低了成本，另外采用zigbee協(xié)議實現(xiàn)了按兩個字節(jié)的短地址查詢并通信的功能，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性和靈活性，實現(xiàn)了分布式數(shù)據(jù)的采集。

與分布式光載無線-wifi-modbus網(wǎng)絡(luò)相比，分布式光載無線-wifi-zigbee網(wǎng)絡(luò)具備網(wǎng)絡(luò)自動愈合功能。在一般的分布式光載無線-wifi-zigbee網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，一臺光載無線交換系統(tǒng)會攜帶多臺wifi-zigbee主機，每一臺wifi-zigbee主機也可攜帶一臺或多臺zigbee從機。假如某一臺zigbee從機處于兩臺wifi-zigbee主機的重疊網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)，當其中一臺wifi-zigbee主機因為某種因素造成損壞，無法正常工作時，該zigbee從機會自動接入另一臺wifi-zigbee主機的zigbee網(wǎng)絡(luò)，而無需進行任何人為調(diào)整配置，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和健壯性，便于后期網(wǎng)絡(luò)的維護和管理。

附圖說明

圖1為分布式光載無線-wifi-zigbee網(wǎng)絡(luò)原理框圖。

圖2為分布式從機的原理框圖。

圖3為分布式主機的原理框圖。

圖4分布式光載無線-wifi-zigbee網(wǎng)絡(luò)的控制軟件流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和示例性實施例對本發(fā)明作進一步地描述，其中附圖中相同的標號全部指的是相同的部件。此外，如果已知技術(shù)的詳細描述對于示出本發(fā)明的特征是不必要的，則將其省略。

如圖1所示，一種分布式光載無線-wifi-zigbee網(wǎng)絡(luò)包括：光載無線交換系統(tǒng)1，分布式主機2，分布式從機3(若干)，zigbee無線模塊，wifi模。

其中，光載無線交換系統(tǒng)1是結(jié)合光載無線技術(shù)和wifi(wirelessfidelity，無線保真技術(shù))無線寬帶局域網(wǎng)技術(shù)，利用中心站(cs，centralstation)和遠端基站(bs，basestation)之間的光纖鏈路實現(xiàn)wifi無線射頻(rf，radiofrequency)信號的分發(fā)，而信號交換、控制和處理模塊都集中在中心站(cs)，遠端基站(bs)僅實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換和射頻功率放大功能。

輻射天線101、201為wifi模塊的輻射天線，工作在2.4ghz頻段，收發(fā)wifi無線射頻信號。

輻射天線211、301為zigbee無線模塊的輻射天線，工作在2.4ghz頻段，收發(fā)2.4g無線射頻信號。

虛線表示從機可以為1～255個。

如圖2所示，所述分布式從機3由zigbee模塊304、微處理器303、rs232/rs485模塊305、電源模塊302、接口306構(gòu)成，實現(xiàn)通過rs232/rs485模塊305及接口306采集外部信號，通過zigbee模塊304與分布式主機進行通信，并把數(shù)據(jù)按照z-stack協(xié)議處理。

電源模塊302為給分布式從機提供電源，其工作在0.7v～5.5v，200ma。實線307為電源模塊給從機其它電路提供電源。微處理器303由內(nèi)存儲器、i/o接口等硬件及軟件系統(tǒng)構(gòu)成。實雙向線308為微處理器與zigbee無線模塊進行半雙工通信線路。zigbee無線模塊304使用2.4ghz免費ism頻段免許可證，最大傳輸數(shù)率達200kbps，并可軟件修改波特率，開闊地傳輸距離達到200米，具有無線喚醒等功能，靈敏度達到-90dbm，發(fā)射功率最大為10dbm。輻射天線301工作在2.4ghz頻段，收發(fā)zigbee無線射頻信號。實雙向線309為微處理器與rs232/rs485半雙工通信線路。rs232/rs485模塊305為微處理器的ttl電平與外部接口rs232/rs485電平提供轉(zhuǎn)換作用。實雙向線310為外部設(shè)備與rs232/rs485半雙工通信線路。接口306為與外部設(shè)備連接的rs232/rs485的接口。

如圖3所示，所述分布式主機2包括：wifi模塊205、zigbee模塊204、微處理器203、電源模塊202，實現(xiàn)wifi信號與zigbee信號的轉(zhuǎn)換，并把數(shù)據(jù)按照z-stack協(xié)議處理。

實雙向線208為微處理器與zigbee無線模塊204進行半雙工通信線路。zigbee無線模塊204使用2.4ghz免費ism頻段免許可證，最大傳輸數(shù)率達200kbps，并可軟件修改波特率，開闊地傳輸距離達到200米，具有無線喚醒等功能，靈敏度達到-90dbm，發(fā)射功率最大為10dbm。輻射天線211工作在2.4ghz頻段，收發(fā)zigbee無線射頻信號。

實雙向線209為微處理器與wifi模塊205進行半雙工通信線路。wifi模塊205為串口或ttl電平轉(zhuǎn)wifi通信的一種傳輸轉(zhuǎn)換模塊，uart-wifi模塊是基于uart接口的符合wifi無線網(wǎng)絡(luò)標準的嵌入式模塊，內(nèi)置無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議ieee802.11協(xié)議棧以及tcp/ip協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口或ttl電平數(shù)據(jù)到無線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。在本發(fā)明中wifi模塊主要是通過ieee802.11協(xié)議棧使得在光載無線交換系統(tǒng)與分布式主機間通信。輻射天線201工作在2.4ghz頻段，收發(fā)wifi無線射頻信號。

電源模塊202為給分布式主機提供電源，其工作在5.0v～10v，500ma。實線207為電源模塊給分布式主機其它電路提供電源。微處理器203，由內(nèi)存儲器、i/o接口等硬件及軟件系統(tǒng)構(gòu)成。

如圖4所示，系統(tǒng)初始工作時，分布式主機配置好各個寄存器的參數(shù)、wifi模塊的參數(shù)、zigbee無線模塊的參數(shù)等，分布式從機配置好各個寄存器的參數(shù)、zigbe無線模塊的參數(shù)等。為保證通信正常進行，需設(shè)定光載無線交換系統(tǒng)的遠端wifi網(wǎng)絡(luò)和分布式主機的wifi模塊具有相同的ssid(網(wǎng)絡(luò)名)、認證密碼、工作頻道、工作模式等；分布式主機和分布式從機的zigbee無線模塊的網(wǎng)絡(luò)號和信道等參數(shù)一致。

分布式主機監(jiān)控是否有數(shù)據(jù)發(fā)給分布式主機，如果接收到數(shù)據(jù)則先把數(shù)據(jù)放入緩存，沒有則繼續(xù)監(jiān)控分布式主機是否有接收到數(shù)據(jù)。

分布式主機接收到數(shù)據(jù)以后判斷數(shù)據(jù)是經(jīng)過wifi從光載無線交換系統(tǒng)發(fā)送來的還是其它方式發(fā)送給分布式主機的，如果是光載無線交換系統(tǒng)發(fā)來的那么分布式主機按照自定義協(xié)議解析數(shù)據(jù)并重新按照自動以協(xié)議通過zigbee發(fā)送給分布式從機。

如果分布式主機接收到數(shù)據(jù)不是從光載無線交換系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)那么就判斷數(shù)據(jù)是否是從zigbee模塊接收的數(shù)據(jù)，如果是，那么按照z-stack協(xié)議解析數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)按照z-stack協(xié)議通過wifi發(fā)送給光載無線交換系統(tǒng)，然后繼續(xù)監(jiān)控分布式主機是否接收到數(shù)據(jù)；如果不是則繼續(xù)監(jiān)控分布式主機是否接收到數(shù)據(jù)。

如果分布式從機接收到zigbee數(shù)據(jù)，那么分布式從機按照z-stack協(xié)議解析數(shù)據(jù)并按照z-stack協(xié)議處理數(shù)據(jù)，可以是讀取外部rs232/rs485的數(shù)據(jù)等，然后再把數(shù)據(jù)通過zigbee模塊發(fā)送給分布式主機。

雖然上面已經(jīng)示出了本發(fā)明的一些示例性實施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在不脫離本發(fā)明的原理或精神的情況下，可以對這些示例性實施例做出改變，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。