窄帶中小範圍無線數據採集系統的製作方法

2023-07-10 09:33:06 8

專利名稱：窄帶中小範圍無線數據採集系統的製作方法
技術領域：
窄帶中小範圍無線數據採集系統
技術領域：
本實用新型涉及無線數據採集網絡領域，尤其是適用於小範圍、低成本、窄帶數據採集、控制及傳輸的窄帶中小範圍無線數據採集系統。
背景技術：
目前，普遍的2.4G無線組網方案為採用藍牙、wifi和zigbee。藍牙適合於短距離無線數據交換，普遍使用於手機，耳機以及滑鼠等設備中。wifi適合於高速無線接入網，在無線區域網普遍使用。zigbee則適合於工業控制向無線組網發展。雖然，上述三種無線組網方案都有成文的規範進行參考和穩定的無線模塊進行開發，採用難度較小，但由於組網的總體設備成本較高、功耗較大，對於低端市場和窄帶數據無線組網而言並不是理想的解決方案。

實用新型內容本實用新型的目的在於針對以上所述2.4G無線通信組網方案在低端市場和窄帶數據無線組網方面的不足之處，採用2.4G NRF24L01模塊和自定義網絡協議實現無線組網的窄帶中小範圍無線數據採集系統，在完全滿足無線組網要求的前提下，以克服藍牙、wifi和zigbee等無線組網方案成本高、功耗大的缺點。為了實現上述目的，本實用新型是這樣實現的:窄帶中小範圍無線數據採集系統，包括終端和網絡伺服器，所述終端和網絡伺服器內均設置2.4G nRF24L01無線模塊，終端與網絡伺服器通過 內設的2.4G nRF24L01無線模塊進行無線通信。可以通過處理單元對2.4GnRF24L01無線模塊進行配置和實現數據通信，同時將數據鏈路層協議在硬體底層表達；通過自定義通信協議，實現一個穩定的一主多從的星形網絡系統，可以滿足小範圍、多節點網絡的數據採集的需要。所述網絡伺服器設置的2.4G nRF24L01無線模塊優選NRF24L01P+PA+LNA無線模塊，以克服不帶天線時無線通訊距離有限，錯誤率高的缺陷，同時便於組建星形網絡。所述網絡伺服器的2.4G nRF24L01無線模塊設置在USB設備內，USB設備與網絡伺服器通過USB接口連接，所述USB設備內還設置加密模塊。網絡伺服器採用處理單元與2.4G nRF24L01無線模塊連接，處理單元上採用配置成USB HID設備的方式與計算機進行通信，從而實現無線網絡的便攜接入和免驅動安裝等特點；另外藉助USB技術即插即用的特點，使無線網絡具有便攜組建網絡節點的特點，並能通過上位機實現將設備網絡數據與遠程網際網路進行通信控制。本實用新型是針對於手機防盜器的網絡版設計的，具體要求實現命令傳輸，配置傳輸，文件傳輸及設備報警上傳四大基本功能；網絡層面上需要實現少量的數據雙向傳輸，50-100m範圍內的網絡覆蓋能力，小設備數額的無線網絡組建功能。考慮到產品的需求，無線組網方案摒棄了藍牙，wifi, zigbee等2.4G經典無線網絡方案，而採用「基於2.4GNRF24L01模塊+自定義無線組網協議」來實現，克服以上方案設備成本高、功耗大的劣勢。[0008]與現有技術相比，本實用新型有如下優點:1.通過低成本的2.4G nRF24L01無線模塊組網，建立的無線網絡成本大大降低，且由於網絡協議為自定義協議，具有良好的裁剪功能，開發人員在考慮網絡系統的時候能夠更好的實現與目標產品的良好匹配。2.使用USB HID設備接口技術為星形網絡與PC機提供連接接口，使網絡組建時具有即插即用的優點，並且可以通過網絡伺服器端的USB接口獲得設備網絡中的相關數據，與網際網路上的設備進行通信與控制。

圖1為本實用新型窄帶中小範圍無線數據採集系統的組網框架圖；圖2為本實用新型窄帶中 小範圍無線數據採集系統的IP規劃圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細的描述說明。窄帶中小範圍無線數據採集系統，如圖1所示，其包括終端和網絡伺服器，所述終端內設置2.4G nRF24L01無線模塊，所述網絡伺服器也設置2.4G nRF24L01無線模塊，終端與網絡伺服器通過內設的2.4G nRF24L01無線模塊進行無線通信。通過處理單元對2.4GnRF24L01無線模塊進行配置和實現數據通信，數據鏈路層協議在硬體底層表達；通過自定義通信協議，實現一個穩定的一主多從的星形網絡系統，可以滿足小範圍、多節點網絡的數據採集的需要。所述網絡伺服器設置的2.4G nRF24L01無線模塊優選NRF24L01P+PA+LNA無線模塊，藉此克服不帶天線時無線通訊距離有限，錯誤率高的缺陷，同時便於組建星形網絡。所述網絡伺服器的2.4G nRF24L01無線模塊設置在USB設備內，所述USB設備與網絡伺服器通過USB接口連接，在所述USB設備內還設置加密模塊，使其有網絡加密功能。所述加密模塊可以是加密鎖(加密狗)。網絡伺服器採用處理單元與2.4G nRF24L01無線模塊連接，處理單元上採用配置成USB HID設備的方式與計算機進行通信，從而實現無線網絡的便攜接入和免驅動安裝等特點；另外藉助USB技術的即插即用的特點，使無線網絡具有便攜組建網絡節點的特點，並能通過上位機實現將設備網絡數據與遠程網際網路進行通信控制。本實用新型使用的2.4G nRF24L01無線模塊工作在2.4G全球開放ISM頻段，免許可證使用，採用GFSK調製，最高工作頻率2Mbps，具有傳輸穩定，抗幹擾強的性能。另外，
2.4G nRF24L01無線模塊提供SPI接口，可以方便的與低速處理單元連接，便於開發。USB設備端採用STM32晶片為處理單元，其中加密鎖端採用新唐120晶片，僅需提供片內SPI功能引腳3根和GPIO功能引腳3根便可以實現對無線模塊的良好控制。本實用新型方案基於NRF24L01模塊的特性組建網絡的協議部分。根據NRF24L01模塊的傳輸特點，將模塊通道O中的5個字節的有效地址的前3位元組作為網絡的邏輯劃分，用以避免相鄰網絡可能出現的重疊和幹擾。另外2個字節，分別用以區分網絡所屬功能和區分設備與網絡伺服器。網絡功能分為四個基本傳輸方式，分別賦予四種不同的邏輯通道，可以避免設備不同功能操作時所可能發生的誤操作。設備地址規劃中，網絡伺服器採用固定地址，終端採用由設備O逐次遞加的方式設定地址，以期具有良好的可擴展性和便易編程的優點。在數據傳輸方面，根據NRF24L01模塊的傳輸特點，數據傳輸僅進行點對點的傳輸，且邏輯上每次通信僅存在一個通信節點。無線傳輸組網網絡地址規劃如圖2所示。本實用新型將網絡中心節點與USB技術結合，採用新唐120單晶片方案，設計了USB無線加密狗，實現了網絡設備即插即用，便攜組建無線區域網。USB無線加密狗採用新唐120晶片內置的SPI功能控制無線模塊NRF24L01，採用晶片內置的USB控制器編程實現將設備模擬為USB HID設備，從而保證了即插即拔和免驅動安裝的產品特性。USB HID設備傳輸屬慢速USB設備，但在本實用新型的無線網絡中完全可以承擔數據的傳輸。並且其具有開發方便，傳輸穩定的良好優點。並且與上位機軟體具有良好的接口和穩定的傳輸，可以將無線網絡中的數據便捷的提供給上位機軟體操作，繼而與網際網路進行通信控制。 儘管本實用新型是參照具體實施例來描述，但這種描述並不意味著對本實用新型構成限制。參照本實用新型的描述，所公開的實施例的其他變化，對於本領域技術人員都是可以預料的，這種的變化應屬於所屬權利要求所限定的範圍內。
權利要求1.窄帶中小範圍無線數據採集系統，包括終端和網絡伺服器，其特徵在於，所述終端和網絡伺服器內均設置2.4G nRF24L01無線模塊，終端與網絡伺服器通過內設的2.4GnRF24L01無線模塊進行無線通信。
2.按照權利要求1所述的窄帶中小範圍無線數據採集系統，其特徵在於，所述網絡伺服器設置的2.4G nRF24L01無線模塊選用NRF24L01P+PA+LNA無線模塊。
3.按照權利要求2所述的窄帶中小範圍無線數據採集系統，其特徵在於，所述網絡伺服器的2.4G nRF24L01無線模塊設置在USB設備內，USB設備與網絡伺服器通過USB接口連接，所述USB設備內還設置加 密模塊。
專利摘要本實用新型公開一種窄帶中小範圍無線數據採集系統，包括終端和網絡伺服器，所述終端和網絡伺服器內均設置2.4G nRF24L01無線模塊，終端與網絡伺服器通過內設的2.4G nRF24L01無線模塊進行無線通信；所述網絡伺服器設置的2.4G nRF24L01無線模塊優選NRF24L01P+PA+LNA無線模塊。本實用新型有如下優點通過低成本的2.4G nRF24L01無線模塊組網，建立的無線網絡成本大大降低，且由於網絡協議為自定義協議，具有良好的裁剪功能，開發人員在考慮網絡系統的時候能夠更好的實現與目標產品的良好匹配；使用USB HID設備接口技術為星形網絡與PC機提供連接接口，使網絡組建時具有即插即用的優點，並且可以通過網絡伺服器端的USB接口獲得設備網絡中的相關數據，與網際網路上的設備進行通信與控制。
文檔編號G06F13/38GK203149815SQ20132019368
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月16日 優先權日2013年4月16日
發明者任宇鷹 申請人:廣州邁得豪電子科技有限公司