專利名稱：一種帶有g(shù)ps的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有GPS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)關(guān)設(shè)備。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前在國際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識高度集 成的前沿?zé)狳c研究領(lǐng)域。傳感器技術(shù)、微機電系統(tǒng)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無線通信等技術(shù)的進步，推 動了現(xiàn)代無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擴展了人們的信息獲取能力，將 客觀世界的物理信息同傳輸網(wǎng)絡(luò)連接在一起，在下一代網(wǎng)絡(luò)中將為人們提供最直接、最有 效、最真實的信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠獲取客觀物理信息，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，能 應(yīng)用于軍事國防、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境檢測、搶險救災(zāi)、危險區(qū)域遠程控 制等領(lǐng)域，已經(jīng)引起了許多國家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，被認為是對21世紀(jì)產(chǎn)生巨大 影響力的技術(shù)之一。建立在IEEE 802. 15. 4(LR_WPAN,低速率無線個人區(qū)域網(wǎng))上的ZigBee協(xié)議是 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)首選的組網(wǎng)技術(shù)之一，大量傳感器節(jié)點之間通過ZigBee協(xié)議進行自組網(wǎng)， 而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備則對網(wǎng)絡(luò)進行各種管理和維護工作，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行相關(guān)處 理，或通過嵌入式Internet技術(shù)實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的連接，從而使接入到互聯(lián)網(wǎng)的 ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有監(jiān)測數(shù)據(jù)的透明轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控、診斷和管理的功能。傳統(tǒng)無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備一般采用單片機處理器設(shè)計，往往需要擴展較多的硬件接口電路，因此存在 功耗高、體積大、抗干擾能力弱，軟件開發(fā)周期長的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決以上問題，本發(fā)明提供一種帶有GPS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其不僅 可對大量傳感器節(jié)點之間通過ZigBee協(xié)議進行自組網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行各種管理和 維護，接收并顯示網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)健康狀態(tài)、監(jiān)測數(shù)據(jù)等工作，還由于網(wǎng)關(guān)設(shè)備帶有GPS 功能，因此可實時提供設(shè)備自身的地理位置信息和UTC時間，可為ZigBee網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié) 點之間進行高精度時間同步提供基準(zhǔn)時鐘源；并可實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)互連，從而 使接入到互聯(lián)網(wǎng)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有監(jiān)測數(shù)據(jù)的透明轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控、診斷和管理的功 能。本發(fā)明為達到上述目的，采用如下技術(shù)方案提供一種帶有GPS的無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，由GPS數(shù)據(jù)采集單元、無線射頻收發(fā)單元、ARMll嵌入式處理器控制單元、以太 網(wǎng)接口控制單元、觸摸屏器接口控制單元、按鍵接口控制單元、USB接口和SD卡接口控制單 元組成。所述按鍵接口控制單元與所述ARMl 1嵌入式處理器控制單元單向電連接。所述GPS 數(shù)據(jù)采集單元采用LEA_4A芯片，所述無線射頻收發(fā)單元采用CC2530芯片，所述ARMll嵌入 式處理器控制單元采用S3C6410芯片，所述以太網(wǎng)接口控制單元采用DM9000AE芯片，所述 觸摸屏器接口控制單元采用AT043TN24 V. 1芯片。所述GPS數(shù)據(jù)采集單元、所述無線射頻收發(fā)單元、所述以太網(wǎng)接口控制單元、所述觸摸屏器接口控制單元及所述USB接口和SD卡 接口控制單元分別與所述ARMl 1嵌入式處理器控制單元雙向電連接。本發(fā)明的處理控制單元采用ARMll處理器，而傳統(tǒng)技術(shù)多采用ARM7、ARM9處理器。 ARMll處理器比傳統(tǒng)ARM處理器具有優(yōu)越性，其在提供高性能的同時，還保證了低功耗及面 積的有限性。ARMll處理器的流水線與以前的ARM內(nèi)核不同，其由8級流水線組成，比以前 的ARM內(nèi)核提高了至少40%的吞吐量，8級流水線可使8條指令同時被執(zhí)行。ARMll處理器 通過forwarding來避免流水線中的數(shù)據(jù)沖突，且通過實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)預(yù)測技術(shù)來保持最佳流水 線效率。ARMll處理器通過這些特殊技術(shù)的使用來使其處理優(yōu)化到更高的流水線吞吐量的 同時，還能保持和8級流水線(ARM9處理器)一樣的有效性。本發(fā)明的GPS數(shù)據(jù)采集單元實時采集設(shè)備自身的地理位置信息和UTC時間，并將 測量數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)紸RMll嵌入式處理器控制單元進行處理。無線射頻收發(fā)單元接收 ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)健康狀態(tài)、監(jiān)測數(shù)據(jù)等相關(guān)信息，通過串口傳 輸?shù)紸RMll嵌入式處理器控制單元進行處理后，由觸摸屏器接口控制單元進行顯示和接收 用戶鍵入的網(wǎng)絡(luò)管理等命令，或通過以太網(wǎng)接口控制單元與互聯(lián)網(wǎng)互連。所述GPS數(shù)據(jù)采集單元與所述ARMl 1嵌入式處理器控制單元雙向電連接。S3C6410 的 A15 引腳 GPH6、G11 引腳 GPH7、C16 引腳 GPH8、H9 引腳 GPH9、D19 引腳 X_uRXD2、A21 引腳 X_uTXD2 分別與 LEA_4A 的第 22 引腳 GPSMDDE2、第 21 引腳 GPSMDDE5、第 9 引腳 GPSMDDE6、 第23引腳GPSMDDE7、第3引腳TxDl、第4引腳RxDl相連，LEA_4A的第5引腳VDD_I0、第6 引腳VCC接3. 3V電源，LEA_4A的第16引腳RF_IN接天線Fl，LEA_4A的第19引腳V_ANT、 第18引腳VCC_RF接地，LEA_4A的第17引腳GND通過電阻Rl接地。所述無線射頻收發(fā)單元與所述ARMll嵌入式處理器控制單元雙向電連接。 S3C6410 的 B21 引腳 X_uTXD3 與 CC2530 的第 17 引腳 RX 相連，S3C6410 的 J14 引腳 X_uRXD3 與CC2530的第16引腳相連，CC2530的第10引腳DVDD、第39引腳AVDD_DREG、第21引腳 AVDD5/AVDD_S0C、第 31 引腳 AVDD_GUARD 接 3. 3V 電源，并分別通過電容 Cl、C4、C2、C3 接 地，CC2530的第1引腳DGND_USB、第2引腳USB_M、第3引腳USB_P、第4引腳DVDD_USB均 接地，CC2530的第20引腳RESET_N接電阻Rl和電容C5，電阻Rl接3. 3V電源，電容C5接 地，CC2530的第41引腳GND Exposed接地，CC2530的第30引腳RBIAS通過電阻R2接地， CC2530的第25引腳RF_P通過C7接電感Li、電感L2、電容C11，電感Ll接地，CC2530的第 26引腳RF_N通過電容C8接電感L2、電感L3、電容C12，電容C12接地，電感L3接電容C9、 CIO、Cll,電容C9接地，電容ClO接天線和電容C17，電容C17接地，CC2530的第32引腳 P2. 4/X0SC32_Q2、第 33 引腳 P2. 3/X0SC32_Ql 分別通過電容 C16、電容 C15 接地，CC2530 的 第 32 引腳 P2. 4/X0SC32_Q2、第 33 引腳 P2. 3/X0SC32_Ql 通過晶振 Y2 相連，CC2530 的第 22 引腳X0SC_Q1、第23引腳X0SC_Q2分別通過電容C14、電容C13接地，CC2530的第22引腳 X0SC_Q1、第23引腳X0SC_Q2通過晶振Yl相連，CC2530的第40引腳通過電容C6接地。所述以太網(wǎng)接口控制單元與所述ARMll嵌入式處理器控制單元雙向電連接。 S3C6410 的 AC19 引腳 X_EINT7 接 DM9000AE 的第 34 引腳 INT，S3C6410 的 Dl 引腳 XmO_ADDR2 接 DM9000AE 的第 32 引腳 CMD，S3C6410 的 L4 引腳 Xm0_0En 接 DM9000AE 的 35 引腳 I0R#， S3C6410 的 J2 引腳 XmO_WEn 接 DM9000AE 的第 36 引腳 I0W#，S3C6410 的 R3 引腳 XmO_CSnl 接 DM9000AE 的 37 引腳 CS#，S3C6410 的 AD16 引腳 X_nRST0UT 接 DM9000AE 的 40 引腳 PWRST#，S3C6410 的 N2 弓丨腳 XmO_DATAO.Nl 弓丨腳 XmO_DATAl、M7 弓丨腳 XmO_DATA2、N3 弓丨腳 XmO_DATA3、 M8 弓丨腳 XmO_DATA4、P2 弓丨腳 XmO_DATA5、N4 弓丨腳 XmO_DATA6、P3 弓丨腳 XmO_DATA7、M2 弓丨腳 Xm0_ DATA8、M4 弓丨腳 XmO_DATA9、L7 弓丨腳 XmO_DATA 10、M3 弓丨腳 XmO_DATA 11、L8 弓丨腳 XmO_DATA 12、 L2 引腳 XmO_DATA13、K4 引腳 XmO_DATA14、Kl 引腳 XmO_DATA15 分別與 DM9000AE 的第 18 引 腳SD0、第17引腳SDUH 16引腳SD2、第14引腳SD3、第13引腳SD4、第12引腳SD5、第11 引腳SD6、第10引腳SD7、第31引腳SD8、第29引腳SD9、第28引腳SD10、第27引腳SDlU 第26引腳SD12、第25引腳SD13、第24引腳SD14、第22引腳SD15相連，DM9000AE的第43 引腳X2、第41引腳Xl分別通過電容Cl、C2接地，DM9000AE的第43引腳X2、第41引腳Xl 通過晶振Yl相連，DM9000AE的第8引腳TX-與電阻Rl和NET (U3元件)的第2引腳TD-相 連，DM9000AE的第7引腳TX+與電阻R2和NET的第1引腳TD+相連，DM9000AE的第4引腳 RX-與電阻R3和NET的第6引腳RX-相連，DM9000AE的第3引腳RX+與電阻R4和NET的 第3引腳RX+相連，電阻Rl及電阻R2與電容C3相連，電阻R3及電阻R4與電容C4相連， 電容C3、C4接地，DM9000AE的第38引腳LED2與NET的第10引腳LEDG-相連，DM9000AE的 第39引腳LEDl與NET的第11引腳LEDY-相連，NET的第9引腳LEDG+、第12引腳LEDY+ 接3. 3V電源，NET的第8引腳CHS_GND接地。本發(fā)明提供的帶有GPS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備具有以下優(yōu)點1.本發(fā)明以低功耗、資源豐富的ARMll嵌入式處理器為核心，通過網(wǎng)絡(luò)芯片 DM9000AE和符合協(xié)議IEEE802. 15. 4的芯片CC2530，分別接入以太網(wǎng)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)，其具 有測量精度高、抗干擾能力強、功耗低、成本低廉和體積小巧的特點，可實時提供網(wǎng)關(guān)設(shè)備 自身的地理位置信息和UTC時間，特別適合于需要進行精確時間同步的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和 進行網(wǎng)絡(luò)延伸的遠程監(jiān)控場合，具有廣闊的市場前景。2.本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)設(shè)備以一片ARMll嵌入式處理器S3C6410芯片和少量外圍電路即 可構(gòu)成完整的控制系統(tǒng)，由于充分利用了嵌入式處理器內(nèi)部資源，使系統(tǒng)硬、軟件設(shè)計達到 了最小化。


圖1是本發(fā)明的帶有GPS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備硬件系統(tǒng)構(gòu)成圖。圖2是本發(fā)明的ARMll嵌入式處理器控制單元與GPS數(shù)據(jù)采集單元連接電路圖。圖3是本發(fā)明的ARMll嵌入式處理器控制單元與無線射頻收發(fā)單元連接電路圖。圖4是本發(fā)明的ARMll嵌入式處理器控制單元與以太網(wǎng)接口控制單元的連接電路 圖。圖5是本發(fā)明的ARMl 1嵌入式處理器控制單元與觸摸屏器接口控制單元的連接電 路圖。圖6是本發(fā)明的ARMll嵌入式處理器控制單元與按鍵接口控制單元的連接電路 圖。圖7是本發(fā)明的ARMll嵌入式處理器控制單元外擴的USB接口和SD卡接口控制單元。
具體實施例方式
下面以具體實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。圖1是本發(fā)明的帶有GPS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備硬件系統(tǒng)構(gòu)成圖。所述帶 有GPS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備由GPS數(shù)據(jù)采集單元10、無線射頻收發(fā)單元11、ARMll 嵌入式處理器控制單元12、以太網(wǎng)接口控制單元13、觸摸屏器接口控制單元14、按鍵接口 控制單元15、USB接口和SD卡接口控制單元16組成。所述GPS數(shù)據(jù)采集單元采用LEA_4A 芯片，所述無線射頻收發(fā)單元采用CC2530芯片，所述ARMll嵌入式處理器控制單元采用 S3C6410芯片，所述以太網(wǎng)接口控制單元采用DM9000AE芯片，所述觸摸屏器接口控制單元 采用AT043TN24 V. 1芯片。所述ARMll嵌入式處理器控制單元分別與所述GPS數(shù)據(jù)采集單 元、所述無線射頻收發(fā)單元、所述以太網(wǎng)接口控制單元、所述觸摸屏器接口控制單元、所述 按鍵接口控制單元、所述USB接口和SD卡接口控制單元電連接。在工作中，GPS數(shù)據(jù)采集單元實時采集設(shè)備自身的地理位置信息和UTC時間，并將 測量數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)紸RMll嵌入式處理器控制單元進行處理。無線射頻收發(fā)單元用于 接收ZigBee網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)器發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)健康狀態(tài)、監(jiān)測數(shù)據(jù)等相關(guān)信息，通 過串口發(fā)送到ARMl 1嵌入式處理器控制單元進行數(shù)據(jù)包解析、存儲、顯示等相關(guān)處理后，并 通過以太網(wǎng)接口控制單元發(fā)送給遠方的用戶終端；或用于接收用戶通過觸摸屏器接口控制 單元、按鍵接口控制單元、以太網(wǎng)接口控制單元發(fā)送給ZigBee網(wǎng)絡(luò)的各種命令，ARMll嵌入 式處理器控制單元將接收上述各種命令存儲、壓縮和打包，并形成完整的幀格式數(shù)據(jù)包，然 后通過串口傳輸給無線射頻收發(fā)單元。無線射頻收發(fā)單元主要負責(zé)數(shù)據(jù)包的發(fā)送與接收， 當(dāng)ARMll嵌入式處理器控制單元需要發(fā)送數(shù)據(jù)包時，無線射頻收發(fā)單元就打開無線發(fā)送信 道發(fā)送數(shù)據(jù)包；在無線射頻收發(fā)單元接收到數(shù)據(jù)包之后，打開接收信道并把數(shù)據(jù)包通過串 口傳輸給ARMll嵌入式處理器控制單元以供進一步處理。 圖2顯示本發(fā)明的GPS數(shù)據(jù)采集單元及其與ARMll嵌入式處理器控制單元的連接 電路圖，GPS單元利用串口與ARMl 1嵌入式處理器控制單元雙向電連接。所述GPS數(shù)據(jù)采集 單元采用LEA_4A芯片，通過控制LEA_4A的第22、21、9、23引腳來設(shè)置GPS的不同工作模式。 將S3C6410的A15引腳設(shè)置為低電平，GPS精度工作在正常模式，將S3C6410的A15引腳設(shè) 置為高電平，GPS精度工作在高精度模式。設(shè)置S3C6410的G11、C16引腳不同的高低電平， 串口有4種工作方式(1)將S3C6410的第G11、C16引腳同時設(shè)置為低電平時，GPS串口以 高精度方式1工作，波特率19. 2Kb, NMEA協(xié)議；(2)低精度方式2，波特率4. 8Kb, NMEA協(xié)議； (3)中等精度方式3，波特率9. 6Kb，NMEA協(xié)議；(4)精度可擴展方式4，波特率1152Kb，UBX 協(xié)議。可通過設(shè)置S3C6410的H9引腳狀態(tài)來控制LEA_4A的USB的供電模式，當(dāng)將S3C6410 的H9引腳設(shè)置為低電平時，LEA_4A的USB接口為總線供電模式；當(dāng)將S3C6410的H9弓丨腳 設(shè)置為高電平時，LEA_4A的USB接口為自供電模式。因此可根據(jù)不同的應(yīng)用場景來選擇合 適的工作方式，本發(fā)明設(shè)置S3C6410的第Gil、C16引腳同時為低電平，GPS串口工作在第 1種方式。無源天線Fl耦合GPS衛(wèi)星的發(fā)送信號，F(xiàn)l把所接收的GPS信號經(jīng)過LEA_4A的 第16引腳輸入，LEA_4A對所接收的GPS信號進行解調(diào)，將解調(diào)的節(jié)點設(shè)備自身地理位置信 息和UTC時間等數(shù)據(jù)存儲在LEA_4A的寄存器中，通過串口將上述信息傳輸?shù)絊3C6410中， S3C6410就可以從串口接收到的數(shù)據(jù)包中提取出時間、經(jīng)度、緯度等信息。圖3顯示本發(fā)明的無線射頻收發(fā)單元及其與ARMl 1嵌入式處理器控制單元的連接電路圖，無線射頻收發(fā)單元與ARMll嵌入式處理器控制單元雙向電連接。無線收發(fā)控制單 元的核心部件是CC2530，它是基于IEEE802. 15. 4協(xié)議和ZigBee協(xié)議應(yīng)用的片上系統(tǒng)芯片， CC2530集成了業(yè)界領(lǐng)先的RF收發(fā)器和增強工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051MCU內(nèi)核，能夠以極低的成本完 成功能強大的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計。無線收發(fā)控制單元對節(jié)點采集的數(shù)據(jù)進行存儲、 壓縮和打包，并形成完整的幀格式數(shù)據(jù)包以無線方式發(fā)送，或者接收ZigBee網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)器 的數(shù)據(jù)包，通過串口傳輸給ARMl 1嵌入式處理器控制單元以供進一步處理。圖4顯示本發(fā)明的以太網(wǎng)接口控制單元及其與ARMll嵌入式處理器控制單元的 連接電路圖，以太網(wǎng)接口控制單元與ARMll嵌入式處理器控制單元雙向電連接，該圖主要 繪示數(shù)據(jù)信號引腳和控制信號引腳的連接關(guān)系。所述以太網(wǎng)接口控制單元采用DM9000AE 芯片，其中data
為數(shù)據(jù)信號引腳，INT、CMD、I0R#、I0W#、CS#、PWRST#為控制信號 引腳。INT為中斷信號引腳，當(dāng)DM9000AE從網(wǎng)絡(luò)中接收到數(shù)據(jù)時，通過INT引腳產(chǎn)生一個 中斷信號，通知微處理器接收數(shù)據(jù)；CMD為地址、數(shù)據(jù)選擇引腳，當(dāng)CMD引腳為低電平時， data
傳輸?shù)氖堑刂沸盘?，?dāng)CMD為高電平時，dataW:15]傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)信號；I0R# 引腳為讀選擇，當(dāng)I0R#為低電平時對DM9000AE執(zhí)行讀取操作，當(dāng)I0R#為高電平時無效； I0ff#引腳為寫選擇，當(dāng)I0W#為低電平時對DM9000AE執(zhí)行寫入操作，當(dāng)I0W#為高電平時無 效；〔5#引腳為片選信號，低電平有效；PWRST#為上電復(fù)位引腳，當(dāng)PWRST#產(chǎn)生20ms的低電 平時，DM9000AE復(fù)位。在圖4中，以太網(wǎng)控制器單元的工作原理為當(dāng)DM9000AE接收到一個數(shù)據(jù)包通過 CRC校驗之后存入RX FIFO，在INT引腳上產(chǎn)生一個中斷信號，在每一個接收到的數(shù)據(jù)包前 面都有一個4字節(jié)的頭，可用MRCMDX和MRCMD寄存器來讀取接收到的數(shù)據(jù)包的信息，其中 第一個字節(jié)是接收數(shù)據(jù)標(biāo)志，通過讀取這一位來判斷是否有數(shù)據(jù)到達，如果這一位是0x01， 表示有數(shù)據(jù)被接收且保存到RX SRAM中，這時候可以將數(shù)據(jù)讀出并進行處理；如果這一位 是0x00，表示沒有接收到數(shù)據(jù)；如果既不是0x01又不是0x00則認為有異常發(fā)生，這時就要 將DM9000AE芯片重啟以使芯片恢復(fù)到正常狀態(tài)。第二個字節(jié)是狀態(tài)信息，這個字節(jié)是接收 數(shù)據(jù)包的狀態(tài)字，其中的內(nèi)容與接收狀態(tài)寄存器RSR中的內(nèi)容相同。可以用來判斷所接收 的數(shù)據(jù)包是否正常，或發(fā)生了何種異常，這樣就可以針對不同的異常進行不同的操作，實現(xiàn) 對接收任務(wù)的控制。第3字節(jié)、第4字節(jié)存有接收到的數(shù)據(jù)包的長度，在讀取數(shù)據(jù)包的時候 要用這個長度來進行控制。這四個字節(jié)的包頭是DM9000AE在接收數(shù)據(jù)的時候添加的信息， 不屬于數(shù)據(jù)包的內(nèi)容。從第5個字節(jié)開始的數(shù)據(jù)才是真正的數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，其長度在第3、 4字節(jié)中定義。當(dāng)發(fā)送一包數(shù)據(jù)時，先檢查DM9000AE的工作模式，然后把要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入 TX FIFO SRAM，然后把要發(fā)送數(shù)據(jù)長度的高字節(jié)寫入MDRAH寄存器，把要發(fā)送數(shù)據(jù)長度的低 字節(jié)寫入MDRAL寄存器，最后設(shè)置傳送標(biāo)志，將TCR寄存器的第0位置設(shè)置為1，DM9000AE 就會將存入發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。圖5顯示本發(fā)明的觸摸屏器接口控制單元及其與ARMl 1嵌入式處理器控制單元的 連接電路圖，觸摸屏器接口控制單元與ARMll嵌入式處理器控制單元雙向電連接。觸摸屏 器接口控制單元采用 LCD 芯片 AT043TN24V. LS3C6410 的 AD19 引腳 X_EINT11/GPN11、AA25 引腳 X_LCD_HSYNC/GPJ8、W22 引腳 X_LCD_VSYNC/GPJ9、AA24 引腳 X_LCD_VDEN/GPJ10、V19 引 腳 X_LCD_VCLK/GPJ11、AE3 引腳 X_ADC_AIN4、AD4 引腳 X_ADC_AIN5、AE4 引腳 X_ADC_AIN6、 AC3引腳X_ADC_AIN7分別與LCD的第31引腳DISP、第32引腳HSYNC、第33引腳VSYNC、第34引腳DE、第30引腳PCLK、第37引腳XI、第38引腳Y1、第39引腳X2、第40引腳Y2相連， S3C6410 的 AE21 引腳 X_VD0/GPI0、W14 引腳 X_VD1/GPI1、AE22 引腳 X_VD2/GPI2、V13 引腳 X_VD3/GPI3、AD21 引腳 X_VD4/GPI4、AB20 引腳 X_VD5/GPI5、W15 引腳 X_VD6/GPI6、AE23 引 腳 X_VD7/GPI7、V14 引腳 X_VD8/GPI8、AC21 引腳 X_VD9/GPI9、AC22 引腳 X_VD10/GPI10、W16 引腳 X_VD11/GPI11、V15 引腳 X_VD12/GPI12、AD23 引腳 X_VD13/GPI13、W17 引腳 X_VD14/ GPI14、AC24 引腳 X_VD15/GPI15、V16 引腳 X_VD16/GPJ0、AD24 引腳 X_VD17/GPJ1、Y22 引腳 X_VD18/GPJ2、AC25 引腳 X_VD19/GPJ3、AB25 引腳 X_VD20/GPJ4、AB24 引腳 X_VD21/GPJ5、W18 引腳X_VD22/GPJ6、AB23引腳X_VD23/GPJ7分別與LCD的第5引腳R0、第6引腳Rl、第7引 腳R2、第8引腳R3、第9引腳R4、第10引腳R5、第11引腳R6、第12引腳R7、第13引腳GO、 第14引腳G1、第15引腳G2、第16引腳G3、第17引腳G4、第18引腳G5、第19引腳G6、第 20引腳G7、第21引腳B0、第22引腳Bi、第23引腳B2、第24引腳B3、第25引腳B4、第26 引腳B5、第27引腳B6、第28引腳B7相連，LCD的第36引腳GND、第3引腳GND、第29引腳 GND接地，LCD的第35引腳NC懸空，LCD第1引腳VLED-通過電阻Rl接地，第2引腳VLED+ 通過電容Cl接地，芯片YB1518的第3引腳FB接LCD的第1弓丨腳VLED-，YB1518的第1引 腳SW接電感Ll和肖特基二極管Dl正端，肖特基二極管Dl負端接IXD的第2引腳VLED+， YB5158的第5引腳VIN接電感L1、5V電源、電容C3、電容C2，電容C3和C2接地，YB5158 第2引腳GND接地，YB5158第4引腳CTRL接電阻R2和R3，電阻R3接5V電源，電阻R2與 S3C6410 的 D23 引腳 X_PwmT0UTl/GPF15 相連。其工作原理為IXD將點陣像素分為紅、綠、藍3個子像素，每個子像素占8個位， 分別對應(yīng)IXD的RW 7]、G W 7]、B W 7]引腳。顯示一幅圖像時，首先在IXD的VSYNC弓丨 腳上產(chǎn)生一個高電平，表示一幀掃描的開始，接著在IXD的HSYNC引腳上產(chǎn)生一個高電平， 表示一行掃描的開始，這時如果LCD的DE引腳為高電平，則在LCD的時鐘信號PCLK的每個 上升沿，數(shù)據(jù)VDW:23]就寫入對應(yīng)的像素點，以后每個點都這樣逐行逐個的掃描下去。IXD 的XI、Yl、X2、Y2引腳為觸摸引腳，AT043TN24V. 1帶一個4線電阻的觸摸屏，當(dāng)有外表壓力 作用在觸摸屏上某一點時，觸摸屏的一個導(dǎo)電層接通X方向電源，在另一個導(dǎo)電層就可以 檢測到這個電壓，對取得的電壓信號進行A/D轉(zhuǎn)換，將得到的電壓值與所加電源電壓的大 小進行比較就可以得到觸摸點的X方向的坐標(biāo)，同理也可以算出Y方向的坐標(biāo)。圖6顯示本發(fā)明的ARMl 1嵌入式處理器控制單元與按鍵接口控制單元的連接電路 圖，按鍵接口控制單元與ARMll嵌入式處理器控制單元單向電連接。S3C6410的AE17引腳 X_EINT0/KpR0W0/GPN0接電阻Rl和按鍵Kl的第1、第2引腳，按鍵Kl的第3、第4引腳接 地，電阻Rl接3. 3V電源，S3C6410的VlO引腳X_EINTl/KpROffl/GPNl接電阻R2和按鍵K2 的第1、第2引腳，按鍵K2的第3、第4引腳接地，電阻R2接3. 3V電源，S3C6410的AD17引 腳X_EINT2/KpR0W2/GPN2接電阻R3和按鍵K3的第1、第2引腳，按鍵K3的第3、第4引腳 接地，電阻R3接3. 3V電源，S3C6410的AB17引腳X_EINT3/KpR0W3/GPN3接電阻R4和按鍵 K4的第1、第2引腳，按鍵K4的第3、第4引腳接地，電阻R4接3. 3V電源，S3C6410的AE18 引腳X_EINT4/KpR0W4/GPN4接電阻R5和按鍵K5的第1、第2引腳，按鍵K5的第3、第4引 腳接地，電阻R5接3. 3V電源，S3C6410的AC18引腳X_EINT5/KpR0W5/GPN5接電阻R6和按 鍵K6的第1、第2引腳，按鍵K6的第3、第4引腳接地，電阻R6接3. 3V電源。按鍵的工作原理為每個按鍵都跟S3C6410的一個外部中斷引腳連接，在按鍵未按下時引腳上信號為高電平，在按鍵按下時，引腳上產(chǎn)生一個低電平，S3C6410就會產(chǎn)生一 個中斷信號，通過中斷方式調(diào)用對應(yīng)的按鍵中斷服務(wù)子程序，完成按鍵指定的功能。圖7顯示本發(fā)明的ARMll嵌入式處理器控制單元外擴的USB接口和SD卡接口控 制單元連接電路圖，USB接口和SD卡接口控制單元與ARMl 1嵌入式處理器控制單元雙向電 連接。可外接帶SD接口、USB接口的設(shè)備，如U盤、SD卡等。如通過SD卡可實現(xiàn)本網(wǎng)關(guān)設(shè) 備的操作系統(tǒng)裝載。S3C6410 的 A17 引腳 X_MmcCDNO/MmcCDN1/GPG6 與電阻 R8、SD 接 口的第 11 引腳 nCD 相連，電阻 R8 接 3. 3V 電源，S3C6410 的 N17 引腳 Xhi_DATA16/EINT21/GPL13 與電阻 R7、SD 接口的第10引腳WP相連，電阻R7接3. 3V電源，S3C6410的H13引腳X_MmcDATA0_l/GPG3 與電阻R6、SD接口的第8引腳DATl相連，電阻R6接3. 3V電源，S3C6410的B18引腳X_ MmcDATA0_0/ADDR_CF2/GPG2與電阻R5、SD接口的第7引腳DATO相連，電阻R5接3. 3V電 源，S3C6410 的 A18 引腳 X_MmcCLK0/ADDR_CF0/GPG0 與電阻 R4、SD 接口的第 5 引腳 CLK 相 連，電阻 R5 接 3. 3V 電源，S3C6410 的 G13 引腳 X_MmcCMDO/ADDR_CF 1 /GPG1 與電阻 R3、SD 接 口的第2引腳CMD相連，電阻R3接3. 3V電源，S3C6410的G12引腳X_MmcDATA0_3/GPG5與 電阻R2、SD接口的第1引腳CD/DAT3相連，電阻R2接3. 3V電源，S3C6410的C18引腳X_ MmcDATA0_2/GPG4與電阻Rl、SD接口的第9引腳DAT2相連，電阻Rl接3. 3V電源，SD接口 的第6引腳VSS2、第3引腳VSSl、第12引腳VSS3、第13引腳VSS4接地，SD接口的第4引 腳VDD接3. 3V電源和電容C2，電容C2接地。S3C6410的P22引腳X_UsbDN接電阻R9和USB接口的第2引腳D-，電阻R9接地， S3C6410的N22引腳X_UsbDP與電阻RlO和USB接口的第3引腳D+相連，電阻RlO接地， USB接口的第4引腳、第5引腳NC、第6引腳NC、第7引腳NC、第8引腳NCGND接地，USB的 第1引腳VBUS接電感Li，電感Ll接5V電源和電容Cl，電容Cl接地。在整個網(wǎng)關(guān)設(shè)備系統(tǒng)中，首先移植一個Linux操作系統(tǒng)以及網(wǎng)卡驅(qū)動，對串口接 收到的數(shù)據(jù)進行適當(dāng)?shù)奶幚?，通過TCP/IP協(xié)議發(fā)送給遠方的用戶終端，整個系統(tǒng)的硬、軟 件結(jié)構(gòu)分為三層，最底層的是由GPS模塊、ARMll處理器、以太網(wǎng)控制器、IXD、ZigBee無線 通信模塊、按鍵、SD卡和USB接口組成的硬件；中間層是由Linux操作系統(tǒng)和硬件驅(qū)動程序 構(gòu)成，硬件驅(qū)動程序包括GPS模塊驅(qū)動、網(wǎng)卡驅(qū)動、串口驅(qū)動、IXD驅(qū)動、按鍵驅(qū)動、USB驅(qū)動、 SD卡驅(qū)動等，通過Linux操作系統(tǒng)能很好地實現(xiàn)整個系統(tǒng)硬件資源和軟件資源的管理，以 及各個任務(wù)的調(diào)度；通過網(wǎng)卡、串口等硬件驅(qū)動，給上層應(yīng)用程序提供操作底層各個硬件的 接口，使上層應(yīng)用程序做到硬件無關(guān)性；最上層的是應(yīng)用層，包括對GPS測量數(shù)據(jù)解析、網(wǎng) 絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)健康狀態(tài)、監(jiān)測數(shù)據(jù)等相關(guān)信息處理，數(shù)據(jù)的顯示，接收用戶鍵入的命令， 以及通過以太網(wǎng)接口控制單元與互聯(lián)網(wǎng)的互連，利用TCP/IP協(xié)議對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)程序等。
權(quán)利要求
一種帶有GPS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于由GPS數(shù)據(jù)采集單元(10)、無線射頻收發(fā)單元(11)、ARM11嵌入式處理器控制單元(12)、以太網(wǎng)接口控制單元(13)、觸摸屏器接口控制單元(14)、按鍵接口控制單元(15)、USB接口和SD卡接口控制單元(16)組成；其中GPS數(shù)據(jù)采集單元采用LEA_4A芯片，無線射頻收發(fā)單元采用CC2530芯片，ARM11嵌入式處理器控制單元采用S3C6410芯片，以太網(wǎng)接口控制單元采用DM9000AE芯片，觸摸屏器接口控制單元采用AT043TN24 V.1芯片；且其中GPS數(shù)據(jù)采集單元、無線射頻收發(fā)單元、以太網(wǎng)接口控制單元、觸摸屏器接口控制單元及USB接口和SD卡接口控制單元分別與ARM11嵌入式處理器控制單元雙向電連接，按鍵接口控制單元與ARM11嵌入式處理器控制單元單向電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有GPS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于S3C6410 的 A15 引腳 GPH6、G11 引腳 GPH7、C16 引腳 GPH8、H9 引腳 GPH9、D19 引腳 X_uRXD2、A21 引腳 X_uTXD2 分別與 LEA_4A 的第 22 引腳 GPSMDDE2、第 21 引腳 GPSMDDE5、第 9 引腳 GPSMDDE6、 第23引腳GPSMDDE7、第3引腳TxDl、第4引腳RxDl相連，LEA_4A的第5引腳VDD_IO、第6 引腳VCC接3. 3V電源，LEA_4A的第16引腳RF_IN接天線Fl，LEA_4A的第19引腳V_ANT、 第18引腳VCC_RF接地，LEA_4A的第17引腳GND通過電阻Rl接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有GPS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于S3C6410 的 B21 引腳 X_uTXD3 與 CC2530 的第 17 引腳 RX 相連，S3C6410 的 J14 引腳 X_uRXD3 與 CC2530 的第16引腳相連，CC2530的第10引腳DVDD、第39引腳AVDD_DREG、第21引腳AVDD5/AVDD_ SOC、第31引腳AVDD_GUARD接3. 3V電源，并分別通過電容C1、C4、C2、C3接地，CC2530的第 1引腳DGND_USB、第2引腳USB_M、第3引腳USB_P、第4引腳DVDD_USB均接地，CC2530的第 20引腳RESET_N接電阻Rl和電容C5，電阻Rl接3. 3V電源，電容C5接地，CC2530的第41 引腳GND Exposed接地，CC2530的第30引腳RBIAS通過電阻R2接地，CC2530的第25引腳 RF_P通過C7接電感Li、電感L2、電容C11，電感Ll接地，CC2530的第26引腳RF_N通過電 容C8接電感L2、電感L3、電容C12，電容C12接地，電感L3接電容C9、CIO、Cll,電容C9接 地，電容ClO接天線和電容C17，電容C17接地，CC2530的第32引腳P2. 4/X0SC32_Q2、第33 引腳P2. 3/X0SC32_Ql分別通過電容C16、電容C15接地，CC2530的第32引腳P2. 4/X0SC32_ Q2、第33引腳P2. 3/X0SC32_Ql通過晶振Y2相連，CC2530的第22引腳X0SC_Q1、第23引腳 X0SC_Q2分別通過電容C14、電容C13接地，CC2530的第22引腳X0SC_Q1、第23引腳X0SC_ Q2通過晶振Yl相連，CC2530的第40引腳通過電容C6接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有GPS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于S3C6410 的 AC19 引腳 X_EINT7 接 DM9000AE 的第 34 引腳 INT，S3C6410 的 Dl 引腳 XmO_ADDR2 接 DM9000AE 的第 32 引腳 CMD，S3C6410 的 L4 引腳 Xm0_0En 接 DM9000AE 的 35 引腳 I0R#， S3C6410 的 J2 引腳 XmO_WEn 接 DM9000AE 的第 36 引腳 I0W#，S3C6410 的 R3 引腳 XmO_CSnl 接 DM9000AE 的 37 引腳 CS#，S3C6410 的 AD16 引腳 X_nRST0UT 接 DM9000AE 的 40 引腳 PWRST#， S3C6410 的 N2 弓丨腳 XmO_DATAO.Nl 弓丨腳 XmO_DATAl、M7 弓丨腳 XmO_DATA2、N3 弓丨腳 XmO_DATA3、 M8 弓丨腳 XmO_DATA4、P2 弓丨腳 XmO_DATA5、N4 弓丨腳 XmO_DATA6、P3 弓丨腳 XmO_DATA7、M2 弓丨腳 Xm0_ DATA8、M4 弓丨腳 XmO_DATA9、L7 弓丨腳 Xm0_DATA10、M3 弓丨腳 XmO_DATAll、L8 弓丨腳 XmO_DATA12、 L2 引腳XmO_DATA13、K4 引腳 XmO_DATA14、Kl 引腳 XmO_DATA15 分別與 DM9000AE 的第 18 引腳SDO、第17引腳SD1、第16引腳SD2、第14引腳SD3、第13引腳SD4、第12引腳SD5、第11引腳SD6、第10引腳SD7、第31引腳SD8、第29引腳SD9、第28引腳SD10、第27引腳SD11、第 26引腳SD12、第25引腳SD13、第24引腳SD14、第22引腳SD15相連，DM9000AE的第43引 腳X2、第41引腳Xl分別通過電容C1、C2接地，DM9000AE的第43引腳X2、第41引腳Xl通 過晶振Yl相連，DM9000AE的第8引腳TX-與電阻Rl和NET的第2引腳TD-相連，DM9000AE 的第7引腳TX+與電阻R2和NET的第1引腳TD+相連，DM9000AE的第4引腳RX-與電阻R3 和NET的第6引腳RX-相連，DM9000AE的第3引腳RX+與電阻R4和NET的第3引腳RX+相 連，電阻Rl及電阻R2與電容C3相連，電阻R3及電阻R4與電容C4相連，電容C3、C4接地， DM9000AE的第38引腳LED2與NET的第10引腳LEDG-相連，DM9000AE的第39引腳LEDl 與NET的第11引腳LEDY-相連，NET的第9引腳LEDG+、第12引腳LEDY+接3. 3V電源，NET 的第8引腳CHS_GND接地。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶有GPS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，由GPS數(shù)據(jù)采集單元、無線射頻收發(fā)單元、ARM11嵌入式處理器控制單元、以太網(wǎng)接口控制單元、觸摸屏器接口控制單元、按鍵接口控制單元、USB接口和SD卡接口控制單元組成。GPS數(shù)據(jù)采集單元采用LEA_4A芯片，無線射頻收發(fā)單元采用CC2530芯片，ARM11嵌入式處理器控制單元采用S3C6410芯片，以太網(wǎng)接口控制單元采用DM9000AE芯片，觸摸屏器接口控制單元采用AT043TN24 V.1芯片。本發(fā)明的帶有GPS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備可實時地提供網(wǎng)關(guān)設(shè)備自身的地理位置信息和UTC時間，特別適合于需要進行精確時間同步的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和進行網(wǎng)絡(luò)延伸的遠程監(jiān)控場合。
文檔編號H04W88/16GK101986766SQ20101052861
公開日2011年3月16日 申請日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者彭岳其, 沈耀東, 王典洪, 肖萬源, 陳分雄, 韓家寶 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)