基於ZigBee技術的遠程監控網關的製作方法
2023-06-11 11:23:06
專利名稱：基於ZigBee技術的遠程監控網關的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於實現ZigBee網絡、公共行動電話網絡和互聯 網之間相互通信的基於Z i gBee技術的遠程監控網關。背景才支術近年來，作為未來泛在網絡(Ubiquitous Network )社會的主要技術 之一，無線傳感器網絡(wireless sensor network, WSN)的研究開發取 得了日新月日的進步，其應用正在向人類生活的各個領域延伸和擴展。MIT 技術評論(Technology Review)在預測未來技術發展的報告中，將其列為 改變世界的10大新技術之一。2001年，Honeywell、 Invensys、三菱電機、 Motorola、 Phi 1 ips等世界知名公司聯合組建了 ZigBee聯盟，於2005年1 月發表了基於802. 15. 4標準的第一個ZigBee規範Ver. 1. 0。從此，基於 Z i gBee規範的無線傳感器網絡技術變成了研究熱點。ZigBee、藍牙(Bluetooth)、超寬帶(Ultra Wide Band, UWB)是現 代短距離無線通信的主要技術，雖然UWB和藍牙的數據傳輸速率都比Z i gBee 高，但是在傳輸距離和能量消耗方面，ZigBee佔據著絕對的優勢。鑑於此， 基於ZigBee規範構建的無線傳感器網絡被業界公認為是較為合理和適用 的。目前，溫度、溼度、位移、加速度、氣體、光強等各種各樣的傳感器 技術研究得到了快速發展，其應用範圍也非常廣泛。但是，只有將傳感器 技術與無線網絡技術融合在一起，才能構成適用的系統，才能實現通信無 處不在(Ubiquitous Network)的功能。很多研究者預測，ZigBee技術將 被廣泛應用於環境監測、災害救助、工業控制、農業監控、智能交通、醫 院監護、礦井監測等領域。這些應用都是典型的遠程監控系統，而ZigBee^支術主要^皮用於前端的 信息採集和控制中，所以必須將ZigBee技術、移動通信技術、Internet及 自動控制技術相結合才能實現適用的遠程監控系統。目前，公共行動電話3網和Internet是飛速發展的遠程通信技術，在未來的工業生產和人們生活 中將起到舉足輕重的作用。將ZigBee技術與這兩種技術相結合，在遠程監 控應用中具有技術前瞻性和很好的應用前景，並且是構建泛在網絡、實現 通信無處不在系統的重要基礎。
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種用於實現ZigBee網絡、公 共行動電話網和Internet網絡之間相互通信的基於ZigBee技術的遠程監 控網關。
為了解決上述技術問題，本實用新型設計了一種基於ZigBee技術的遠 程監控網關，其包括用於作為終端節點自動加入已建立的ZigBee無線網 絡並與ZigBee無線網絡進行無線通訊的ZigBee模塊、與ZigBee模塊的數 據專#入車#出端相連的用於完成ZigBee無線網症各、GSM網絡和Internet網之 間的數據交換和協議變換的單片機系統模塊、與單片機系統模塊相連的用 於與GSM網絡相無線通訊的GSM模塊、以及與單片機系統模塊相連的用於 與乙太網相if關的乙太網^f莫塊。
所述ZigBee模塊釆用型號為CC2430的射頻晶片。
所述單片機系統模塊連接有用於錄放語音的語音模塊，且語音模塊的 語音輸出端與GSM模塊的語音輸入端相連。
所述單片機系統模塊連接有用於輸入GSM模塊撥打的電話號碼和控制 命令的觸控螢幕模塊。
所述ZigBee模塊包括微控制器、與微控制器相連的用於連接射頻天 線的ZigBee射頻前端和內存。
單片機系統模塊是網關的控制核心，其主要功能是完成ZigBee無線 傳感器網絡、GSM行動網路和Internet之間的數據交換和協議變換；完成 GSM模塊的參數設置；控制觸控螢幕模塊；控制語音模塊的錄音和放音。
ZigBee模塊的主要功能作為ZigBee網絡的協調器，建立和管理 ZigBee網絡；將ZigBee網絡的各種數據發送給單片機系統模塊並接收、處 理單片機系統模塊的控制命令。
GSM模塊的主要功能實現網關與公用行動網路相互通信(發簡訊、打 電話)。
4乙太網模塊的主要功能實現網關與PC機通過乙太網相互通信，即PC 機可以遠程訪問網關上的WEB伺服器。
語音模塊的主要功能根據具體應用背景，網關撥打固定電話或移動 電話，進行相關的語音提示。
觸控螢幕模塊，是網關的輸入和顯示界面，主要功能根據具體應用背 景，顯示相關信息；設置GSM模塊撥打的電話號碼；根據具體應用背景， 控制網關的工作狀態。
與現有技術相比，本實用新型具有以下積極效果(l)本實用新型的 基於ZigBee技術的遠程監控網關，解決了所述三種網絡的相互兼容問題， 系統可以廣泛應用於當前各種遠程監控系統，克服了當前遠程監控系統的 功能單一、布線複雜和成本高的缺點。而且，本網關的各個模塊採用插件 連接，可以根據需要靈活的選擇所需要的模塊，從而降低了成本，也易於 維修和升級，減小技術更新帶來的成本增加等問題。(2)根據上述三種網 絡技術的特點，ZigBee技術可以被用於組建ZigBee無線傳感器網絡，用於 檢測各種現場信息和控制各種現場設備；GSM和乙太網技術可以被用於遠程 傳送ZigBee網絡數據和遠程控制現場設備。該網關可以被廣泛應用於各種 遠程監控系統。
為了使本實用新型的內容更容易被清楚的理解，下面根據的具體實施 例並結合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中
圖1為應用基於ZigBee技術的遠程監控網關的遠程監控應用示意圖。 圖2為基於ZigBee技術的遠程監控網關的系統框圖。 圖3為單片機系統模塊的主程序框圖。
具體實施方式
實施例1
見圖1-2,本實施例的基於ZigBee技術的遠程監控網關包括用於作 為終端節點自動加入已建立的ZigBee無線網絡10並與ZigBee無線網絡10 進行無線通訊的ZigBee模塊1、與ZigBee模塊1的數據輸入輸出端相連的 用於完成ZigBee無線網絡10、 GSM網絡11 (即公共行動電話網絡)和 Internet網之間的數據交換和協議變換的單片機系統模塊2、與單片機系
5統模塊2相連的用於與GSM網絡11相無線通訊的GSM模塊3、以及與單片 機系統模塊2相連的用於與乙太網12相聯的乙太網模塊4。乙太網模塊4 用於力口入Internet網。
所述單片機系統模塊2採用16位低功耗單片機MSP430為控制核心， 豐富的片內外設可使整個電路變得異常簡化，大量的寄存器以及片內數據 存儲器使之具有強大的處理能力，而且減小了系統的功耗和體積。
所述ZigBee模塊1採用型號為CC24 30的射頻晶片。它是TI公司推出 的用以實現嵌入式ZigBee應用的片上系統，支持2.4GHz IEEE 802.15.4 協議。它可用於各種ZigBee無線網絡節點，包括協調器、路由器核終端設 備等。
GSM模塊3採用國內常用的工業級具備GPRS功能的GSM通信模塊，通 過ZIF連接器分別與電源電路、啟動與關機電路、數據通信電路、語音通 信電路、SIM卡電路、指示燈電路等連接。
所述單片機系統模塊2連接有用於錄放語音的語音模塊7。語音模塊7 的核心器件是美國ISD公司的4002晶片，該晶片採用多電平直接模擬量存 儲技術，每個採樣值直接存貯在片內閃爍存貯器中，因此能夠非常真實、自 然地再現語音、音樂、音調和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓 縮造成的量化噪聲和"金屬聲"。
所述單片機系統模塊2連接有用於輸入GSM模塊3撥打的電話號碼和 控制命令的觸控螢幕模塊8。
所述ZigBee模塊2包括微控制器、與微控制器相連的用於連接射頻 天線的ZigBee射頻前端和內存。
單片機系統模塊2的程序流程圖如圖3所示。當網關上電啟動時，單 片機系統首先對GSM才莫塊和觸控螢幕進行初始化。在初始化完成後，系統對
觸控螢幕進行循環查詢，響應菜單的各種操作，並等待各模塊的中斷信號。 當產生串口接收中斷，執行相關中斷服務程序ZigBee模塊1發送數據給 單片機系統模塊2，單片機系統模塊2將接收的數據發送給GSM模塊3或以 太網模塊4，從而可以實現遠程傳送監測的數據；GSM模塊3或乙太網模塊 4將數據發送給單片機系統模塊2,單片機系統模塊2將收的數據發送給 ZigBee模塊1。
ZigBee才莫塊有獨立的MCU，與遠程監控網關的MCU通過串口通信。當ZigBee模塊l接收到ZigBee網絡的數據，通過串口發送給單片機系統模塊 2 。當單片機系統將GSM模塊3或乙太網模塊4的數據發送給Zi gBee模塊1 ， ZigBee模塊1將根據數據的種類，發送到ZigBee網絡的相應節點。
GSM模塊3的工作流程如下①GSM模塊3收到手機發送的簡訊息，通 過串口將簡訊息內容發送給單片機系統；②單片機系統模塊2控制GSM模 塊3通過簡訊息發送收到的ZigBee模塊1的數據；③單片機系統模塊2根 據具體應用場景，控制GSM模塊3撥打固定電話或手機，進行語音提示。
乙太網模塊4的工作流程如下①乙太網模塊4接收遠程PC機的命令， 並發送給單片機系統模塊2;②乙太網模塊4接收單片機系統模塊2發送的 數據，並發送到遠程單片機的網頁或管理平臺上。
語音模塊7的語音輸出與GSM模塊3的語音輸入相連接，但GSM模塊3 撥打固定電話或手機時，自動放音，從而使電話的另一端聽到播放錄好的 語音提示。
觸控螢幕8的主菜單包括手機號碼設置、與被設手機電話測試、與被設 手機簡訊測試。點擊手機號碼設置，菜單進入號碼設置界面；點擊與被設 手機電話測試，家庭網關撥打所設手機的電話號碼；點擊與被設手機簡訊 測試，家庭網向所i殳手才幾的電話發送簡訊息。
顯然，本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作 的舉例，而並非是對本實用新型實施方式的限定。對於所屬領域的普通技 術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。 這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬於本實用新型的精 神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本實用新型的保護範圍之中。
權利要求1、一種基於ZigBee技術的遠程監控網關，其特徵在於包括用於作為終端節點自動加入已建立的ZigBee無線網絡(10)並與ZigBee無線網絡(10)進行無線通訊的ZigBee模塊(1)、與ZigBee模塊(1)的數據輸入輸出端相連的用於完成ZigBee無線網絡(10)、GSM網絡(11)和Internet網之間的數據交換和協議變換的單片機系統模塊(2)、與單片機系統模塊(2)相連的用於與GSM網絡(11)相無線通訊的GSM模塊(3)、以及與單片機系統模塊(2)相連的用於與乙太網(12)相聯的乙太網模塊(4)。
2、 根據權利要求1所述的基於ZigBee技術的遠程監控網關，其特徵 在於所述ZigBee模塊(2)採用型號為CC2430的射頻晶片。
3、 根據權利要求1或2所述的基於ZigBee技術的遠程監控網關，其 特徵在於所述單片機系統模塊(2 )連接有用於錄放語音的語音模塊(7 ), 且語音模塊(7 )的語音輸出端與GSM模塊(3 )的語音輸入端相連。
4、 根據權利要求3所述的基於ZigBee技術的遠程監控網關，其特徵 在於所述單片機系統模塊(2)連接有用於輸入GSM模塊(3)撥打的電 話號碼和控制命令的觸控螢幕模塊(8 )。
5、 根據權利要求4所述的基於ZigBee技術的遠程監控網關，其特徵 在於所述ZigBee模塊(2)包括微控制器、與微控制器相連的用於連 才妄射頻天線的ZigBee射頻前端和內存。
專利摘要本實用新型涉及一種基於ZigBee技術的遠程監控網關，其包括用於作為終端節點自動加入已建立的ZigBee無線網絡並與ZigBee無線網絡進行無線通訊的ZigBee模塊、與ZigBee模塊的數據輸入輸出端相連的用於完成ZigBee無線網絡、GSM網絡和Internet網之間的數據交換和協議變換的單片機系統模塊、與單片機系統模塊相連的用於與GSM網絡相無線通訊的GSM模塊、以及與單片機系統模塊相連的用於與乙太網相聯的乙太網模塊。本實用新型解決了三種網絡的相互兼容問題，可廣泛應用於當前各種遠程監控系統，克服了當前遠程監控系統的功能單一、布線複雜和成本高的缺點。
文檔編號H04W88/16GK201294641SQ20082018668
公開日2009年8月19日 申請日期2008年10月31日 優先權日2008年10月31日
發明者洋 俞, 史國棟, 偉 宋, 崔恆穎, 王璟珂, 波 薛, 賈中寧 申請人:江蘇技術師範學院