基於蜂群通信方式的多模無線數據收發設備的製作方法

2023-05-17 16:04:06

專利名稱：基於蜂群通信方式的多模無線數據收發設備的製作方法
技術領域：
本發明是一種雙模無線數據收發設備，用於解決基於蜂群通信方式(ZigBee)的數據傳輸問題，屬於短距離、低速率的無線通信技術領域。
背景技術：
隨著通信技術、嵌入式計算技術和傳感器技術的飛速發展和日益成熟，具有感知能力、計算能力和通信能力的微型傳感器開始在世界範圍內出現。由於傳感網絡的巨大應用價值，它已經引起了世界許多國家的軍事部門、工業界和學術界的極大關注。這種傳感網絡綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、分布式信息處理技術和通信技術，能夠協作地實時檢測、感知和採集網絡分布區域內的各種環境或監測對象的信息，並對這些信息進行處理，獲得詳盡而準確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。例如，傳感網絡可以向正在準備進行登陸作戰的部隊指揮官報告敵方岸灘的詳實特徵信息，如叢林地帶的地面堅硬度、乾濕度等，為指定作戰方案提供可靠的信息。傳感網絡可以使人們在任何時間、地點和任何環境條件下獲取大量詳實而可靠的信息。因此，這種網絡系統可以被廣泛地應用於國防軍事、國家安全、環境檢測、交通管理、醫療衛生、製造業、反恐抗災等領域。傳感網絡是信息感知和採集的一場革命，傳感網絡尤其是無線傳感網絡作為一個全新的研究領域，在基礎理論和工程技術兩個層面向科技工作者提出了大量的挑戰性研究課題。
無線傳感網絡是由一組傳感器以Ad Hoc方式構成的無線網絡，其目的是協作地感知、採集和處理網絡覆蓋的地理區域中感知對象的信息，然後發布給觀察者。無線傳感網絡中的節點可以自由移動，網絡的拓撲結構也會隨著節點的移動而不斷的動態變化。節點間以Ad Hoc方式進行通信，每個節點都可以充當路由器的角色，而且每個節點都具備動態搜索、定位和恢復連接的能力。Zigbee技術是無線傳感網絡技術典型特徵，以低速、低成本、低功耗、網絡可延展成為當前學術界企業界共同的關注的熱點技術，無線收發設備是無線傳感網絡節點功能實現的關鍵部件。

發明內容
技術問題本發明的目的是提供經濟實用，使用開放無線電頻段，可實現自組織聯網的基於蜂群通信方式的多模無線數據收發設備。
技術方案本發明的基於蜂群通信方式的多模無線數據收發設備，有機地將新興的短距離、低速率無線網絡技術ZigBee和應用廣泛的嵌入式DSP系統相結合，從而為數據採集提供了無線透明傳輸的功能，其電路構成為第一天線與第一無線模塊相接，第二天線與第二無線模塊相接，第一無線模塊的數據接口通過連接線、第二無線模塊的第二數據接口通過連接線分別與第一控制邏輯電路的數據接口端相接，第一控制邏輯電路的數據地址線通過連接線與DSP處理器中的數據地址總線相接，晶振通過連接線與DSP處理器中的參考時鐘輸入相接，DSP處理器中的主復位輸入通過連接線與看門狗電路相接，DSP處理器中的HPI接口通過連接線與微處理器單元相接，DSP處理器中的數據地址總線通過連接線與數據和程序擴展存儲器相接、通過連接線與第二控制邏輯電路相接，第二控制邏輯電路通過連接線、與高速接口相接，第二控制邏輯電路通過連接線與數據和程序擴展存儲器相接。
高速接口包括USB接口和網卡接口。
其具體工作原理是將第一無線模塊或第二無線模塊(通過控制邏輯電路進行切換)作為無線中繼器使用，數據終端設備的數據由高速接口讀入DSP處理器，然後再通過第一控制邏輯電路傳給無線模塊。
該發明用於解決基於ZigBee標準的數據傳輸問題，即可使單個或多個ZigBee數據終端通過本發明，以多模無線方式將其各自的數據傳送給網絡中的ZigBee協調器，協調器負責為建立和啟動網絡這一過程設置參數，其中包括選擇一個射頻信道、唯一的網絡標識符以及一系列操作參數。由於路由器和終端設備被整合到網絡之中，所以它們從協調器或從任何已經處於網絡中的路由器那裡可以獲得有關網絡的信息。這些信息可以讓其他設備設置操作參數，並因此加入網絡之中。
有益效果該發明具有如下優點1、其900M，2.4G開放頻段的雙模設計保證了網絡可靠性；2、應用CPLD實現在線可編程的無線模式設置，使用戶能實現個性定製式無線傳感網絡自由構架；3、開放頻段的雙模設計，用戶不必顧慮走無線公網帶來的流量費用增加和信息安全問題；4、高可靠低成本型號的MCU和DSP的共平臺設計，使無線傳感網的節點設備兼具了控制與信號處理能力，用戶可以自由選配加載數據處理軟體或網絡延展控制軟體。
5、網絡接口，高速串行接口，存儲擴展接口採用可編程設計模式，提升了無線傳感網絡節點硬體電路的保密性和通用性以及功能擴展的冗餘性。
其在線可編程的開放頻段無線多模設計方法，使用戶能實現個性定製式無線傳感網絡自由構架，也就是不需要進行繁瑣的布線就可以在企、事業一些室內外應用場合，提供一種短距離、不受障礙物影響、成本低、抗幹擾性強、易於擴展的無線數據傳輸方式，客戶可以方便、快捷地使用該設備進行數據傳輸，在家庭信息網絡中，在工業現場環境中，在臨時集會中，在野外勘測試驗中，在軍事公安突發行動中等應用中快速布網，完成數據採集處理與傳輸，不僅可以免除線路施工成本，其900M，2.4G開放頻段的雙模設計保證了網絡可靠性，同時還不必顧慮走無線公網帶來的流量費用增加和信息安全問題。


圖1是本發明的無線數據收發設備電路原理框圖。圖中有第一天線1；第二天線3；第一無線模塊2、射頻前端21、功率控制22、基帶控制23、數據接口24；第二無線模塊4、第二射頻前端41、第二功率控制42、第二基帶控制43、第二數據接口44；第一控制邏輯電路5；晶振6；復位、看門狗電路7；DSP處理器8、HPI接口81、數據地址總線82、參考時鐘輸入83、主復位輸入84；微處理器單元9；數據和程序擴展存儲器10；第二控制邏輯電路11；高速接口12。
圖2是晶振6；復位/看門狗電路7；DSP處理器8的電路原理圖。
圖3是第一無線模塊2、第二無線模塊4、第一控制邏輯電路5的電路原理圖。
圖4是微處理器單元9、數據和程序存儲器10的電路原理圖。
圖5是第二控制邏輯電路11、高速接口12及電源的電路原理圖。
具體實施例方式
天線用於接收和發射電磁波；無線模塊用作無線中繼器；DSP系統以DSP處理器作為核心，數據和程序存儲器外圍電路，微控制器C51單元用作PC命令的控制器。無線模塊(2.4GHz、868和915MHz)1、第一無線模塊2第一天線1和和第一無線模塊2採用RFWaves公司的RFW102實現；利用RFW-D100晶片支持的鏈路管理協議，可以簡化上層協議的開發過程。
2、第二無線模塊4第二天線3和和第二無線模塊4採用「訊通科技」的PTR8000實現，它內部整合了nordic公司的nRF905晶片，內置完整的通信協議和CRC，只需通過SPI即可完成所有的無線收發傳輸。
3、DSP系統+外圍電路DSP處理器8用TI公司生產的TMS320VC5402實現；晶振6頻率為20MHz，復位/看門狗5用美信公司的MAX708實現；數據和程序存儲器10用ISSI公司的IS61LV25616來實現和SST公司的SST39VF040(4Mbit)；控制邏輯5和11採用Xilinx公司的XC95144實現；微處理器單元9採用Atmel公司的微處理器AT89C51；高速接口12的USB和乙太網部分分別採用Cypress公司的CY7C68013和Realtek公司的RTL8019AS實現。
第一天線1與第一無線模塊2相接，第二天線3與第二無線模塊4相接，第一無線模塊2的數據接口24通過連接線13、第二無線模塊4的第二數據接口44通過連接線14分別與第一控制邏輯電路5的數據接口端相接，第一控制邏輯電路5的數據地址線通過連接線15與DSP處理器8中的數據地址總線82相接，晶振6通過連接線16與DSP處理器8中的參考時鐘輸入83相接，DSP處理器8中的主復位輸入84通過連接線17與看門狗電路7相接，DSP處理器8中的HPI接口81通過連接線18與微處理器單元9相接，DSP處理器8中的數據地址總線82通過連接線19與數據和程序擴展存儲器10相接、通過連接線20與第二控制邏輯電路11相接，第二控制邏輯電路11通過連接線22、23與高速接口12相接，第二控制邏輯電路11通過連接線21與數據和程序擴展存儲器10相接。高速接口12包括USB接口和網卡接口。
其中第一無線模塊2包括基帶(後端)和射頻(2.4GHz前端)兩個部分，實現了無線傳輸的功能，建立起數據終端與控制端PC機的無線連接。第一天線1用於接收和向外輻射2.4GHz電磁波，經第一無線模塊2的處理後經過控制邏輯5送到DSP系統。類似於第一無線模塊2，第二無線模塊4同樣包括基帶(後端)和射頻(前端)兩個部分，實現無線傳輸的功能，所不同的是，第二無線模塊4工作於更低的頻段(868MHz和915MHz)。
DSP系統的核心是DSP處理器8，其外圍電路主要包括數據和程序擴展存儲器10。數據和程序存儲器10用於暫時存貯一些臨時數據以及系統要運行的程序(當程序佔用內存較大時)，與8內部的數據地址總線82相連；微處理器單元9主要用於藉助PC端對系統進行控制，與8內部的HPI接口81相連。
其中晶振6為DSP處理器8提供時鐘信號，與8內部的參考始終輸入83相連；看門狗7可用於用動復位，也可用於監視電壓，電壓過低復位，與8內部的主復位輸入84相連；第二控制邏輯11提供系統與高速接口12(USB，乙太網)的連接，通過這些接口與數據採集設備進行數據交互。
權利要求
1.一種基於蜂群通信方式的多模無線數據收發設備，由天線、微處理器單元、高速接口所組成，其特徵在於第一天線(1)與第一無線模塊(2)相接，第二天線(3)與第二無線模塊(4)相接，第一無線模塊(2)的數據接口(24)通過連接線(13)、第二無線模塊(4)的第二數據接口(44)通過連接線(14)分別與第一控制邏輯電路(5)的數據接口端相接，第一控制邏輯電路(5)的數據地址線通過連接線(15)與DSP處理器(8)中的數據地址總線(82)相接，晶振(6)通過連接線(16)與DSP處理器(8)中的參考時鐘輸入(83)相接，DSP處理器(8)中的主復位輸入(84)通過連接線(17)與看門狗電路(7)相接，DSP處理器(8)中的HPI接口(81)通過連接線(18)與微處理器單元(9)相接，DSP處理器(8)中的數據地址總線(82)通過連接線(19)與數據和程序擴展存儲器(10)相接、通過連接線(20)與第二控制邏輯電路(11)相接，第二控制邏輯電路(11)通過連接線(22、23)與高速接口(12)相接，第二控制邏輯電路(11)通過連接線(21)與數據和程序擴展存儲器(10)相接。
2.根據權利要求1所述的基於蜂群通信方式的多模無線數據收發設備，其特徵在於高速接口(12)包括USB接口和網卡接口。
全文摘要
基於蜂群通信方式的多模無線數據收發設備是一種雙模無線數據收發設備，用於解決基於蜂群通信方式(ZigBee)的數據傳輸問題，第一天線(1)與第一無線模塊(2)相接，第二天線(3)與第二無線模塊(4)相接，第一無線模塊(2)的數據接口(24)通過連接線(13)、第二無線模塊(4)的第二數據接口(44)通過連接線(14)分別與第一控制邏輯電路(5)的數據接口端相接，第一控制邏輯電路(5)的數據地址線、晶振(6)、看門狗電路(7)、微處理器單元(9)、數據和程序擴展存儲器(10)、第二控制邏輯電路(11)分別通過連接線與DSP處理器(8)相接，第二控制邏輯電路(11)通過連接線(22、23)與高速接口(12)相接。
文檔編號H04W88/06GK1642332SQ20051003761
公開日2005年7月20日 申請日期2005年1月6日 優先權日2005年1月6日
發明者徐平平, 李建清, 畢光國, 宓霖, 曾澄 申請人:東南大學