專利名稱：一種基于WSN與WiFi的無(wú)線網(wǎng)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種基于WSN與WiFi的無(wú)線網(wǎng)關(guān)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種無(wú)線網(wǎng)關(guān)，尤其是涉及一種基于WSN與WiFi的無(wú)線網(wǎng)關(guān)。
技術(shù)背景[0002]無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(英文WirelessSensorNetwork的簡(jiǎn)稱，WSN)由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量廉價(jià)的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，多個(gè)微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一 個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì) 象的信息，并發(fā)送給觀察者，因而傳感器、感知對(duì)象和觀察者構(gòu)成了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)要素。[0003]所謂WiFi，其實(shí)就是IEEE 802.11b的別稱，是由一個(gè)名為“無(wú)線以太網(wǎng)相容聯(lián) 盟”(英文Wireless Ethernet CompatibilityAlliance的簡(jiǎn)稱，WECA)的組織所發(fā)布的業(yè)界術(shù)語(yǔ)，中文譯為“無(wú)線相容認(rèn)證”。它是一種短程無(wú)線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百英尺范圍 內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無(wú)線電信號(hào)。隨著技術(shù)的發(fā)展，以及IEEE 802.11a及IEEE 802.1 Ig 等標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，現(xiàn)在IEEE 802.11這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已被統(tǒng)稱作WiFi。從應(yīng)用層面來(lái)說(shuō)，要使 用WiFi，用戶首先要有WiFi兼容的用戶端裝置。WiFi是一種幫助用戶訪問(wèn)電子郵件、 Web和流式媒體的賦能技術(shù)，它為用戶提供了無(wú)線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)。同時(shí)，它也是在 家里、辦公室或在旅途中上網(wǎng)的快速、便捷的途徑，能夠訪問(wèn)WiFi網(wǎng)絡(luò)的地方被稱為熱 點(diǎn)。WiFi或802.11G在2.4Ghz頻段工作，所支持的速度最高達(dá)MMbps。[0004]現(xiàn)如今，市面上所出現(xiàn)的無(wú)線網(wǎng)關(guān)主要包括基于WSN+以太網(wǎng)接口的無(wú)線網(wǎng)關(guān) 和基于WSN+串口的無(wú)線網(wǎng)關(guān)兩種。實(shí)際使用過(guò)程中，前者主要存在以下缺陷和不足 ①如果把網(wǎng)關(guān)放到現(xiàn)場(chǎng)因?yàn)榫W(wǎng)關(guān)的接線是有線的，所以現(xiàn)場(chǎng)布網(wǎng)線不方便，并增加了 施工的難度，降低了系統(tǒng)的可操作性和可維護(hù)性。例如對(duì)于水文監(jiān)測(cè)、污水處理監(jiān)測(cè)、 文物保護(hù)、電網(wǎng)監(jiān)測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)等來(lái)說(shuō)，由于以上監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)是監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布范圍很廣、 控制及監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散等，因而用敖設(shè)管線的方法難以連接，則需使用的網(wǎng)線很長(zhǎng)，不僅增 加成本，而且也影響美觀。②如果把網(wǎng)關(guān)放到機(jī)房監(jiān)測(cè)區(qū)域遠(yuǎn)離網(wǎng)關(guān)，這時(shí)就需要很 多中繼一步步把數(shù)據(jù)傳回到網(wǎng)關(guān)。由于加入很多中繼而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的跳數(shù)大大增加，則造 成數(shù)據(jù)鏈路不穩(wěn)定，且容易丟數(shù)據(jù)，這樣就會(huì)使數(shù)據(jù)鏈路變得復(fù)雜，不好施工和維護(hù)， 同時(shí)也增加了系統(tǒng)功耗和成本。另外，如果每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)使用電池供電就會(huì)經(jīng)常沒(méi)電， 這就需要頻繁的充電，這樣一來(lái)系統(tǒng)的可操作性、實(shí)用性就明顯降低；此外電池充電次 數(shù)是有限的，壽命到了就得扔掉，則會(huì)污染環(huán)境并且不環(huán)保。后者存在以下缺陷和不 足限制了使用者必須近距離監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，而不能遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)還必須用中繼傳回 來(lái)，這樣就如同前者的缺點(diǎn)②相同。實(shí)用新型內(nèi)容[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基 于WSN與WiFi的無(wú)線網(wǎng)關(guān)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路接線方便、使用操作簡(jiǎn)便且具有多種通訊模式、能與帶WiFi接口的設(shè)備直接進(jìn)行通信、操作方式靈活、工作性能穩(wěn)定可靠，能有 效解決現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)關(guān)所存在的接線復(fù)雜、施工難度較大、數(shù)據(jù)鏈路復(fù)雜且不穩(wěn)定等多種 缺陷和不足。[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種基于WSN與WiFi 的無(wú)線網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括微處理器、晶振電路、射頻單元、將微處理器接入WiFi 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的WiFi模塊、安裝在WiFi模塊上且與WiFi模塊相接的WiFi天線和為各用電單 元進(jìn)行供電的電源模塊，所述晶振電路、射頻單元和WiFi模塊均與微處理器相接，電源 模塊分別與微處理器和射頻單元相接，微處理器通過(guò)射頻單元與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的無(wú) 線傳感器節(jié)點(diǎn)和/或中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向通訊，所述微處理器通過(guò)WiFi模塊和WiFi天線與 上位監(jiān)控機(jī)進(jìn)行雙向通信。[0007]上述一種基于WSN與WiFi的無(wú)線網(wǎng)關(guān)，其特征是還包括與微處理器相接的 以太網(wǎng)通訊模塊，所述微處理器上對(duì)應(yīng)設(shè)置有用于接入以太網(wǎng)通訊模塊的以太網(wǎng)接口。[0008]上述一種基于WSN與WiFi的無(wú)線網(wǎng)關(guān)，其特征是所述WiFi模塊與微處理器 之間通過(guò)串行接口進(jìn)行雙向通信，所述以太網(wǎng)接口和所述串行接口均為UART接口。[0009]上述一種基于WSN與WiFi的無(wú)線網(wǎng)關(guān)，其特征是所述射頻單元包括無(wú)線射 頻模塊、與所述無(wú)線射頻模塊相接的PCB天線和與所述PCB天線相接的SMA天線。[0010]上述一種基于WSN與WiFi的無(wú)線網(wǎng)關(guān)，其特征是所述無(wú)線射頻模塊為 CCllOO無(wú)線通訊芯片。[0011]上述一種基于WSN與WiFi的無(wú)線網(wǎng)關(guān)，其特征是所述CCllOO無(wú)線通訊芯片 與微處理器之間通過(guò)SPI接口進(jìn)行連接。[0012]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)[0013]1、設(shè)計(jì)合理、成本低且安裝布設(shè)方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且外形美觀。。[0014]2、電路簡(jiǎn)單且接線方便。[0015]3、使用操作簡(jiǎn)單，操作方式靈活且智能化程度高。[0016]4、功耗低且使用效果好，施工方便，采用WiFi通信手段，大大降低了施工難 度，提高了系統(tǒng)的可操作性和可維護(hù)性。比起傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)布線技術(shù)，克服了布線的弊 端，對(duì)于無(wú)線現(xiàn)場(chǎng)布線技術(shù)，具有更好的通信安全性、低功耗和更高的可靠性。[0017]5、具有多種數(shù)據(jù)通訊模式，在沒(méi)有以太網(wǎng)的地方，只要有手機(jī)信號(hào)就可以傳送 數(shù)據(jù)，使網(wǎng)關(guān)能適應(yīng)各種環(huán)境。[0018]6、可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)用價(jià)值高。[0019]7、因?yàn)槭褂昧?WiFi模塊，則使用帶有WiFi接口的設(shè)備(例如PC、路由器等)來(lái)連接本實(shí)用新型，即能與帶WiFi接口的設(shè)備直接進(jìn)行通信。[0020]綜上所述，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路接線方便、使用操作簡(jiǎn)便且具有多種通 訊模式、能與帶WiFi接口的設(shè)備直接進(jìn)行通信、操作方式靈活、工作性能穩(wěn)定可靠，能 有效解決現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)關(guān)所存在的接線復(fù)雜、施工難度較大、數(shù)據(jù)鏈路復(fù)雜且不穩(wěn)定等多 種缺陷和不足。[0021]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


[0022]圖1為本實(shí)用新型的電路原理框圖。[0023]附圖標(biāo)記說(shuō)明[0024]1-微處理器；2-晶振電路；3-射頻單元；[0025]4-WiFi模塊；5-電源模塊；6-以太網(wǎng)通訊模塊；[0026]7-WiFi天線；8-上位監(jiān)控機(jī)。
具體實(shí)施方式
[0027]如圖1所示，本實(shí)用新型包括微處理器1、晶振電路2、射頻單元3、將微處理器 1接入WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的WiFi模塊4、安裝在WiFi模塊4上且與WiFi模塊4相接的WiFi 天線7和為各用電單元進(jìn)行供電的電源模塊5，所述晶振電路2、射頻單元3和WiFi模塊 4均與微處理器1相接，電源模塊5分別與微處理器1和射頻單元3相接，微處理器1通 過(guò)射頻單元3與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和/或中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向通訊。實(shí) 際使用時(shí)，所述微處理器1通過(guò)WiFi模塊4和WiFi天線7與上位監(jiān)控機(jī)8進(jìn)行雙向通[0028]本實(shí)施例中，本實(shí)用新型還包括與微處理器1相接的以太網(wǎng)通訊模塊6，所述微 處理器1上對(duì)應(yīng)設(shè)置有用于接入以太網(wǎng)通訊模塊6的以太網(wǎng)接口。所述WiFi模塊4與微處理器1之間通過(guò)串行接口進(jìn)行雙向通信，所述以太網(wǎng)接口和所述串行接口均為UART接□。[0029]所述射頻單元3包括無(wú)線射頻模塊、與所述無(wú)線射頻模塊相接的PCB天線和與 所述PCB天線相接的SMA天線。本實(shí)施例中，所述無(wú)線射頻模塊為CCllOO無(wú)線通訊 芯片，所述CCllOO無(wú)線通訊芯片與微處理器1之間通過(guò)SP I接口進(jìn)行連接。[0030]綜上，本實(shí)用新型的硬件部分包括微處理器(即MCU) 1、晶振電路2、射頻單 元3、WiFi模塊4、以太網(wǎng)通訊模塊6和電源模塊5。其中，射頻單元3用于完成與其它通 訊點(diǎn)(具體指無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)和/或中繼節(jié)點(diǎn))之間的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸及通 訊工作，主要由CCllOO無(wú)線通訊芯片、RF電路、晶振電路及外接SMA天線連接構(gòu)成、 其供電有MCU主板來(lái)直接提供、CCllOO無(wú)線通訊芯片通過(guò)RF電路來(lái)完成無(wú)線通訊的處 理，并負(fù)責(zé)完成與MCU主板的通訊；用外接的高增益SMA天線可以遠(yuǎn)距離傳輸。所述 以太網(wǎng)通訊模塊6，用來(lái)插網(wǎng)線以便連接電腦或者路由器。RJ45網(wǎng)絡(luò)接口可以很方便地 與機(jī)房中的路由器連接，用戶可以遠(yuǎn)程連接服務(wù)器來(lái)查看傳感器傳回來(lái)的數(shù)據(jù)。WiFi模 塊4為串口接口，其波特率為38400kbps，用來(lái)將數(shù)據(jù)傳送到互聯(lián)網(wǎng)上去。所述晶振電路 2所產(chǎn)生晶振信號(hào)的振蕩頻率為8MHz。所述串行接口上對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)有用于匹配電平的串口 通信電路。[0031]所述CCllOO無(wú)線通訊芯片具體為工作頻率為433MPiz的射頻模塊，其中 433MHz是ISM頻段，ISM頻段即工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用頻段，無(wú)需許可證，只需要遵守一 定的發(fā)射功率(一般低于1W)，并且不要對(duì)其它頻段造成干擾即可。實(shí)際使用時(shí)，所述 CCllOO無(wú)線通訊芯片的射頻功率可調(diào)(包括lOdBm、5dBm、OdBm、_5dBm、-IOdBm 等)，波特率250kbps。同時(shí)，所述微處理器1內(nèi)部嵌入對(duì)應(yīng)的功能軟件，具體包括硬 件層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。系統(tǒng)提供的功能應(yīng)包括硬件抽象、時(shí)鐘管理、內(nèi)存管理、路由管理和任務(wù)處理。硬件層主要實(shí)現(xiàn)硬件抽象和無(wú)線收發(fā)功能，網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)路由的建 立，應(yīng)用層主要完成上層應(yīng)用的具體功能，如打包數(shù)據(jù)等。所述電源模塊5的輸入電壓 為4.2V且其輸出電壓為3.3V。[0032]實(shí)際進(jìn)行接線時(shí)，以太網(wǎng)通訊模塊6和WiFi模塊4連接在微處理器1的UART 接口上，所述無(wú)線射頻模塊連接在微處理器1的SPI接口上。所述WiFi模塊4使用串口 線連接到本實(shí)用新型的DB9插頭上，所述無(wú)線射頻模塊使用外接的SMA天線及預(yù)留PCB 天線連接構(gòu)成的射頻電路(RF)通信板，微處理器1的MCU主板通過(guò)插件連接至RF通信 板。另外，可以使用網(wǎng)線連接本實(shí)用新型和PC機(jī)且此連接為活動(dòng)連接，在不使用以太網(wǎng) 接口時(shí)不用插網(wǎng)線，也可以固定連接；WiFi模塊4也可以取代以太網(wǎng)接口。[0033]實(shí)際使用過(guò)程中，由于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)WSN中包括眾多類型的傳感器，可探測(cè)包 括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動(dòng)物體的大小、速度 和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象，傳感器節(jié)點(diǎn)把采樣數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電的方式傳給中 繼節(jié)點(diǎn)(也可以直接傳給本實(shí)用新型)，中繼節(jié)點(diǎn)然后把數(shù)據(jù)傳給本實(shí)用新型，最終數(shù)據(jù) 通過(guò)WiFi模塊4和WiFi天線7進(jìn)入了 WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸把數(shù)據(jù)送到監(jiān)控中 心，這樣就可以坐在辦公室的計(jì)算機(jī)前實(shí)施線路監(jiān)控。[0034]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡 是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變 化，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于WSN與WiFi的無(wú)線網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括微處理器(1)、晶振電路 (2),射頻單元(3)、將微處理器(1)接入WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的WiFi模塊0)、安裝在WiFi 模塊⑷上且與WiFi模塊⑷相接的WiFi天線(7)和為各用電單元進(jìn)行供電的電源模 塊(5)，所述晶振電路O)、射頻單元(3)和WiFi模塊⑷均與微處理器⑴相接，電源 模塊( 分別與微處理器(1)和射頻單元( 相接，微處理器(1)通過(guò)射頻單元( 與無(wú) 線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和/或中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向通訊，所述微處理器(1)通過(guò) WiFi模塊⑷和WiFi天線(7)與上位監(jiān)控機(jī)⑶進(jìn)行雙向通信。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種基于WSN與WiFi的無(wú)線網(wǎng)關(guān)，其特征在于還包括 與微處理器(1)相接的以太網(wǎng)通訊模塊(6)，所述微處理器(1)上對(duì)應(yīng)設(shè)置有用于接入以 太網(wǎng)通訊模塊(6)的以太網(wǎng)接口。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種基于WSN與WiFi的無(wú)線網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述WiFi 模塊(4)與微處理器(1)之間通過(guò)串行接口進(jìn)行雙向通信，所述以太網(wǎng)接口和所述串行接 口均為UART接口。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種基于WSN與WiFi的無(wú)線網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述射 頻單元(3)包括無(wú)線射頻模塊、與所述無(wú)線射頻模塊相接的PCB天線和與所述PCB天線 相接的SMA天線。
5.按照權(quán)利要求4所述的一種基于WSN與WiFi的無(wú)線網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述無(wú) 線射頻模塊為CCllOO無(wú)線通訊芯片。
6.按照權(quán)利要求5所述的一種基于WSN與WiFi的無(wú)線網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述 CCllOO無(wú)線通訊芯片與微處理器(1)之間通過(guò)SPI接口進(jìn)行連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于WSN與WiFi的無(wú)線網(wǎng)關(guān)，包括微處理器、晶振電路、射頻單元、將微處理器接入WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的WiFi模塊、安裝在WiFi模塊上且與WiFi模塊相接的WiFi天線和電源模塊，晶振電路、射頻單元和WiFi模塊均與微處理器相接，微處理器通過(guò)射頻單元與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和/或中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向通訊，微處理器通過(guò)WiFi模塊和WiFi天線與上位監(jiān)控機(jī)進(jìn)行雙向通信。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、接線方便、操作簡(jiǎn)便且具有多種通訊模式、能與帶WiFi接口的設(shè)備直接進(jìn)行通信、操作方式靈活、工作性能穩(wěn)定可靠，能解決現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)關(guān)存在的接線復(fù)雜、施工難度較大、數(shù)據(jù)鏈路復(fù)雜且不穩(wěn)定等缺陷。
文檔編號(hào)H04W88/16GK201813557SQ20102058047
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者張小斌, 王劍, 范嘉峰, 袁雅 申請(qǐng)人:西安元智系統(tǒng)技術(shù)有限責(zé)任公司