專利名稱：一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集群組網(wǎng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種組網(wǎng)控制器，尤其是一種基 于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集群組網(wǎng)控制器。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是支撐物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是建立在ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)上的測控網(wǎng)絡(luò)。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)是一個正在發(fā)展中的低成本、低功耗、低功率的短距離無 線通信標(biāo)準(zhǔn)，它是專為低速率傳感器和控制網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范。基于Zigbee技術(shù) 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由三種邏輯設(shè)備組成協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備。協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起 者，所以一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)只能有一個協(xié)調(diào)器，從理論上來說可以有65535個節(jié)點(diǎn)(路由器 或終端設(shè)備)。而從目前能夠?qū)嶋H工作的情況來看，在一個以Zigbee2006協(xié)議為基礎(chǔ)的無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)最多可以容納500個節(jié)點(diǎn)，而在一個以Zigbee2007PrO協(xié)議為基礎(chǔ)的無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)最多可以容納1000個節(jié)點(diǎn)。另一方面Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的深度和路由 級數(shù)是有限的，目前可以可靠運(yùn)行的路由級數(shù)在10級左右，每級路由距離50 100米，所 以最長可靠距離也就1000米左右?，F(xiàn)有技術(shù)是給每個Zigbee網(wǎng)絡(luò)配備一個GPRS網(wǎng)關(guān)，通過網(wǎng)關(guān)把數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù) 處理中心。對于分布范圍在1平方公里以內(nèi)的小網(wǎng)絡(luò)，這種方案是可行的。而對于大面積 (幾十到幾百平方公里)分布的工況，例如一個中等城市的路燈管理，以5萬盞燈來計(jì)算，如 果每個網(wǎng)關(guān)管理1000盞燈，那么就需要50個GPRS網(wǎng)關(guān)，每個GPRS設(shè)備不但本身成本高， 還要向移動公司繳納運(yùn)行費(fèi)用。而對于長距離線性工況，例如幾十公里的隧道，由于隧道中 可能就沒有移動網(wǎng)絡(luò)信號，GPRS網(wǎng)關(guān)的方案根本就不能采用。由此可見，現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在實(shí)踐中存在的主要缺陷及技術(shù)不足是每個 Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍小，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)能夠可靠加入的節(jié)點(diǎn)數(shù)量有限；對于大面 積或長距離的應(yīng)用場合，需要增加大量的GPRS網(wǎng)關(guān)，不僅造成設(shè)備成本很高，而且要長期 向GPRS網(wǎng)的擁有者支付大量的移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行費(fèi)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集 群組網(wǎng)控制器，該控制器可以把相鄰的小規(guī)模的Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連接起來，形成實(shí) 用的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠解決Zigbee網(wǎng)絡(luò)實(shí)際節(jié)點(diǎn)數(shù)量受限制的問題，同時減少 GPRS網(wǎng)關(guān)的數(shù)量。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的這種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集群組網(wǎng)控制器，包括電源模塊，其特征在于還包括有單 片機(jī)最小系統(tǒng)電路單元、路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊，所述單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單元通過串 口分別與路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊連接，所述電源單元向單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單元、路由 器模塊和協(xié)調(diào)器模塊提供電能。[0008]上述路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊分別設(shè)置在兩個相鄰的Zigbee網(wǎng)絡(luò)中。本實(shí)用新型的一種方案是上述路由器模塊或協(xié)調(diào)器模塊是由微處理器和Zigbee射頻芯片組合而成。上述微處理器采用MSP430F2168單片機(jī)，所述Zigbee射頻芯片采用CC2420或 CC2520 芯片。本實(shí)用新型的另一種方案是路由器模塊或協(xié)調(diào)器模塊由Zigbee片上系統(tǒng)級芯片 (SOC)實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步的，以上單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單元包括單片機(jī)以及與單片機(jī)連接的串行接 口、外部存儲器、外部看門狗和編程接口。上述單片機(jī)采用MSP430F247型單片機(jī)；所述編程接口是JTAG編程接口。本實(shí)用新型具備以下優(yōu)點(diǎn)該種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集群組網(wǎng)控制器以單片機(jī)為控制核心，通過其中的路由器 模塊和協(xié)調(diào)器模塊，把相鄰小規(guī)模的Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連接起來，由此形成實(shí)用的大 規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，因此解決了 Zigbee網(wǎng)絡(luò)實(shí)際節(jié)點(diǎn)數(shù)量受限制的問題，同時減少了 GPRS網(wǎng)關(guān)的數(shù)量。本實(shí)用新型可以廣泛用于大規(guī)模城市路燈控制，糧庫、隧道、環(huán)境監(jiān)測等 領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵裝置，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

圖1是本實(shí)用新型的集群組網(wǎng)控制器的組成單元框圖；圖2本實(shí)用新型的單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單元的電路框圖；圖3本實(shí)用新型的路由器模塊或協(xié)調(diào)器模塊的電路框圖；圖4本實(shí)用新型的一種組網(wǎng)方案圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述參見圖1，本實(shí)用新型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集群組網(wǎng)控制器，包括電源模塊、單片 機(jī)最小系統(tǒng)電路單元、路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊。其中單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單元通過串口 分別與路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊連接，路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊各自配有天線且分別設(shè)置 在兩個相鄰的Zigbee網(wǎng)絡(luò)中。所述的電源單元向單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單元、路由器模塊和 協(xié)調(diào)器模塊提供電能。如圖2是單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單元，它包括單片機(jī)1以及與單片機(jī)1連接的串行 接口 5和6、外部存儲器2、外部看門狗3和編程接口 4。單片機(jī)1采用具有雙串口的單片機(jī) 即可，例如可以采用美國TI公司的低功耗MSP430F247型單片機(jī)，該芯片除具有功能強(qiáng)大， 超低功耗，適合工業(yè)環(huán)境等顯著特點(diǎn)外，還在于它內(nèi)部有2K字節(jié)的SRAM，2個串口，這些特 點(diǎn)非常適合本應(yīng)用方案，其它具有類似功能單片機(jī)或者ARM也可以采用。給單片機(jī)1外部 擴(kuò)展外部存儲器2，并增加外部看門狗3電路，目的在于使系統(tǒng)處理信息的能力更大，運(yùn)行 更加可靠；編程接口 4采用JTAG編程接口，該接口用于給單片機(jī)1燒寫程序及調(diào)試；引出單 片機(jī)的1#串行接口 5和2#串行接口 6分別與路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊的串口相連接。本實(shí)用新型的路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊的硬件電路框圖組成完全一樣(如圖3所示)，只是二者的軟件控制方式不同。路由器模塊或協(xié)調(diào)器模塊的實(shí)現(xiàn)方式有兩種，一種是 將微處理器101和Zigbee射頻芯片102組合成一個路由器模塊或協(xié)調(diào)器模塊，例如微處理 器101采用MSP430F2168單片機(jī)，Zigbee射頻芯片102可以采用TI公司的CC2420、CC2520 芯片。另一種是采用一個Zigbee片上系統(tǒng)(SOC)芯片來實(shí)現(xiàn)，例如TI公司的CC2430、 CC2530芯片，飛思卡爾公司的MC13224芯片，韓國RadioPluse公司的MG2455等，CC2430是 內(nèi)部集成了 C8051微處理器和射頻接口芯片CC2420的Zigbee系統(tǒng)級芯片。晶振103為微 處理器101提供時鐘信號，編程接口 104用于給微處理器101燒寫程序及調(diào)試，引出的串行 接口 105與圖1中最小系統(tǒng)電路單元的串行接口相連接，天線接口 106用于連接射頻天線。如圖4所示的組網(wǎng)方案，是以三個本實(shí)用新型所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集群組網(wǎng) 控制器為例說明的。圖中的@代表協(xié)調(diào)器，□代表路由器，Δ代表終端。控制器21把無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)12和13連接起來，控制器22把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)13和14連接起來，控制器 23把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)14和15連接起來，這樣一來四個小型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連成一片， 組成一個大網(wǎng)，并通過一個GPRS網(wǎng)關(guān)11統(tǒng)一管理上傳數(shù)據(jù)。由此可見，本方案達(dá)到了減少 GPRS網(wǎng)關(guān)的數(shù)量，增加無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積的目的，從而降低了系統(tǒng)的投資成本和運(yùn) 行費(fèi)用，對單個網(wǎng)絡(luò)容量的要求降低，使本方案更具實(shí)用性。綜上所述，本實(shí)用新型達(dá)到了減少GPRS網(wǎng)關(guān)的數(shù)量，增加無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋面 積的目的，從而降低了系統(tǒng)的投資成本和運(yùn)行費(fèi)用，對單個網(wǎng)絡(luò)容量的要求降低，使本實(shí)用 新型更具實(shí)用性。
權(quán)利要求一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集群組網(wǎng)控制器，包括電源模塊，其特征在于還包括有單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單元、路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊，所述單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單元通過串口分別與路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊連接，所述電源單元向單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單元、路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊提供電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集群組網(wǎng)控制器，其特征在于所述路由 器模塊和協(xié)調(diào)器模塊分別工作在兩個相鄰的Zigbee網(wǎng)絡(luò)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集群組網(wǎng)控制器，其特征在于所述路由 器模塊或協(xié)調(diào)器模塊是由微處理器和Zigbee射頻芯片組合而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集群組網(wǎng)控制器，其特征在于所述微處 理器采用MSP430F2168單片機(jī)，所述Zigbee射頻芯片采用CC2420或CC2520芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集群組網(wǎng)控制器，其特征在于所述路由 器模塊或協(xié)調(diào)器模塊由Zigbee片上系統(tǒng)級芯片(S0C)實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集群組網(wǎng)控制器，其特征在于所述單片 機(jī)最小系統(tǒng)電路單元包括單片機(jī)(1)以及與單片機(jī)(1)連接的串行接口(5、6)、外部存儲器 (2)、外部看門狗(3)和編程接口(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集群組網(wǎng)控制器，其特征在于所述單片 機(jī)(1)采用MSP430F247型單片機(jī)；所述編程接口(4)是JTAG編程接口。
專利摘要一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集群組網(wǎng)控制器，包括電源模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單元、路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊，所述單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單元通過串口分別與路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊連接，所述電源單元向單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單元、路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊提供電能。該控制器可以把相鄰的小規(guī)模的Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連接起來，形成實(shí)用的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠解決Zigbee網(wǎng)絡(luò)實(shí)際節(jié)點(diǎn)數(shù)量受限制的問題，同時減少GPRS網(wǎng)關(guān)的數(shù)量。
文檔編號H04W92/02GK201611956SQ20102011135
公開日2010年10月20日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者康浩亮 申請人:西安達(dá)泰電子有限責(zé)任公司