專利名稱：基于無線傳感器網絡和gprs的無線通信模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信設備技術領域，特別涉及基于無線傳感器網絡和 GPRS網絡的無線通信模塊。
背景技術：
在電力系統(tǒng)、工業(yè)數據采集、交通管理、安全監(jiān)控等領域，常常需要實 現現場設備和服務器之間的通信，但是若現場設備和服務器相隔較遠，通常 采用有線的布線方式來實現現場數據到服務器終端的通信，帶來高成本、不 易維護的缺點。
無線傳感器網絡結合了傳感器技術、無線通信技術和嵌入式技術，具有 功耗低、數據傳輸可靠、網絡容量大、兼容性好、實現成本低的特征。通用 分組無線業(yè)務(General Packet Radio Service, GPRS)作為一種移動數據 通信業(yè)務，具有永遠在線、按通信流量計費的特點，為遠程數據傳輸提供了 一種高效而實用的無線通信方式。隨著移動通信技術的不斷發(fā)展，采用 GPRS/CDMA lx通信方式的移動數據通信網絡已經覆蓋了全國各地，網絡 覆蓋廣，且運行穩(wěn)定。
因此，我們考慮是否可以將無線傳感器網絡和GPRS技術用于實現現場 設備和遠端服務器之間的通信。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是設計一個基于無線傳感器網絡和GPRS技 術的無線通信模塊，實現現場設備和遠端服務器之間的無線通信，降低系統(tǒng) 成本，保證運行穩(wěn)定，且易于維護。
本發(fā)明的技術方案是一種基于無線傳感器網絡和GPRS的無線通信模 塊，包括電源模塊3，還包括近距離通信模塊1和遠距離通信模塊2，所述 近距離通信模塊1包括以下子模塊
(1.1) 近距離微處理器模塊4，用于處理數據和控制近距離通信模塊的 各個子模塊；
(1.2) 射頻收發(fā)模塊5，用于發(fā)送和接收2.4GHz的無線射頻信號；
(1.3) 近距離電源管理模塊6，用于對近距離通信模塊的各個子模塊供
電；所述近距離微處理器模塊4輸出控制信號和數據給射頻收發(fā)模塊5，并發(fā)送到無線傳感器網絡13中，隨后，射頻收發(fā)模塊5從無線傳感器網絡中接收現場設備14發(fā)出的射頻信號，輸入給近距離微處理器模塊4處理；
所述遠距離通信模塊2包括以下子模塊
(2.1) 遠距離微處理器模塊7，用于處理數據和控制遠距離通信模塊的各個子模塊；
(2.2) GPRS通信模塊8，用于和GPRS網絡進行無線通信；
(2.4) 遠距離電源管理模塊9:用于對遠距離通信模塊的各個子模塊供
電；
所述遠距離微處理器模塊7和近距離微處理器模塊4通過串口進行通信，遠距離微處理器模塊7控制GPRS通信模塊8通過GPRS網絡15和遠端服務器16進行遠距離的無線通信。
本發(fā)明的更詳細的技術方案是
所述遠距離通信模塊2，還包括以下子模塊-
(2.5) 復位模塊IO，用于對遠距離微處理模塊進行復位；
(2.6) 調試模塊ll，用于對系統(tǒng)進行調試和讀寫程序；
(2.7) LED指示燈模塊12，用于控制LED指示燈，對數據傳輸狀態(tài)進行顯示；
所述復位模塊10、調試模塊11和LED指示燈模塊12分別和近距離微處理器模塊7相連。
所述近距離通信微處理器模塊4輸出第一、第二和第三控制信號(PA—EN、 HGM和RXTX)連接射頻收發(fā)模塊5的第 一 、第二和第三控制輸入端口，輸出第一、第二射頻輸出信號(RFOuU、 RFOut2)接射頻收發(fā)模塊5的第一、第二輸入端，射頻收發(fā)模塊5輸出的第一、第二射頻輸入信號(RFInl、 RFIn2)連接近距離通信微處理器模塊4的第 一 、第二輸入端。
所述GPRS通信模塊8包括GPRS基帶處理器17、 SIM卡和SIM卡座18， SIM卡通過SIM卡座18上的接口和GPRS基帶處理器17通信。
所述遠距離微處理器模塊7通過輸入/輸出RX1/TX1端口和近距離微處理模塊4的TX1/RX1輸入輸出端口連接，通過RX2/TX2輸入輸出端口和GPRS通信模塊8的TX2/RX2輸入/輸出端口連接。所述遠距離微處理器模塊7通過第三、第四信號端口 ( RESET 、DOG—IO)連接復位模塊10，通過第五信號端口 (PTG0)連接調試模塊11，通過第六、第七信號端口 (LED1—NET、 LED2—DATA)連接LED指示燈模塊12。
所述近距離微處理器模塊4采用MC13213芯片。本發(fā)明的優(yōu)點是
1. 網絡覆蓋廣在短距離通信可以實現監(jiān)測多達255個現場設備；
2. 抗干擾無線通信模塊工作在2.4GHz，可有效屏蔽絕大部分自然界的干擾信號，使短距離通信更加可靠、有效和實時；
3. 無線通信減少了復雜的布線和高昂的維護成本；
4. 無線通信模塊可以以固定時間間隔，或者在監(jiān)測值達到閾值，或者在監(jiān)測值變化頻率過快時通過中國移動的基站發(fā)送監(jiān)測數據到遠端服務器，用戶通過桌面軟件或者互聯(lián)網瀏覽器即可實現遠程監(jiān)控或報警。
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述圖1是本發(fā)明的無線通信模塊的總系統(tǒng)結構示意圖；圖2是本發(fā)明的近距離通信模塊的示意圖；圖3是本發(fā)明的遠距離通信模塊的示意圖4是本發(fā)明的實施例的近距離微處理器模塊的電路引腳圖5是本發(fā)明的實施例的射頻收發(fā)模塊的電路原理圖6是本發(fā)明的實施例的近距離電源管理模塊的電路原理圖7是本發(fā)明的實施例的遠距離微處理器模塊的電路原理圖8是本發(fā)明的實施例的GPRS通信模塊的電路原理圖9是本發(fā)明的實施例的遠距離電源管理模塊的電路原理圖IO是本發(fā)明的實施例的復位模塊的電路原理圖11是本發(fā)明的實施例的調試模塊的電路原理圖12是本發(fā)明的實施例的LED指示燈模塊的電路原理圖13是本發(fā)明的無線通信模塊"發(fā)送至遠端服務器"的工作流程圖14是本發(fā)明的無線通信模塊"發(fā)送至現場設備"的工作流程圖。其中l(wèi)近距離通信模塊；2遠距離通信模塊；3電源模塊；4近距離微處理器模塊；5射頻收發(fā)模塊；6近距離電源管理模塊；7遠距離微處理器模塊；8GPRS通信模塊；9遠距離電源管理模塊；10復位模塊；11調試模塊；12LED指示燈模塊；13無線傳感器網絡；14現場設備；15 GPRS網絡；16遠端服務器；17GPRS基帶處理器；18SIM卡座。
具體實施例方式
實施例如圖1所示，本實施例的基于無線傳感器網絡和GPRS網絡的
無線通信模塊，包括近距離通信模塊1、遠距離通信模塊2和電源模塊3，電源模塊3向近距離通信模塊1和遠距離通信模塊2提供工作電源。如圖2所示，近距離通信模塊l包括近距離微處理器模塊4、射頻收發(fā)模塊5和近距離電源管理模塊6。如圖3所示，遠距離通信模塊2包括遠距離微處理器模塊7、 GPRS通信模塊8和遠距離電源管理模塊9。
近距離通信模塊1的近距離微處理器模塊4，用于處理數據和對近距離通信模塊1的各個子模塊進行控制。近距離微處理器模塊4輸出控制信號和數據給射頻收發(fā)模塊5，并發(fā)送到無線傳感器網絡13中，隨后，射頻收發(fā)模塊5從無線傳感器網絡中接收現場設備14發(fā)出的射頻信號，輸入給近距離微處理器模塊4處理。近距離通信微處理器模塊4輸出第一、第二和第三控制信號(PA—EN、 HGM和RXTX)連接射頻收發(fā)模塊5的第一 、第二和第三控制輸入端口，輸出第一、第二射頻輸出信號(RFOutl、 RFOut2)接射頻收發(fā)模塊5的第一、第二輸入端，射頻收發(fā)模塊5輸出的第一、第二射頻輸入信號(RFInl、 RFIn2)連接近距離通信微處理器模塊4的第一、第二輸入端。
射頻收發(fā)模塊5，用于通過無線網絡發(fā)送和接收2.4GHz的無線射頻信號，和在現場要采集數據的設備進行通信。近距離通信微處理器模塊4和射頻收發(fā)模塊5通過電源和地線連接電源管理模塊6。近距離電源管理模塊6，用于對近距離通信模塊的各個子模塊進行供電。
遠距離通信模塊2的遠距離微處理器模塊7，用于處理數據和控制遠距離通信模塊的各個子模塊。遠距離微處理器模塊7，通過串口和近距離通信模塊1進行通信，控制GPRS通信模塊8，通過GPRS網絡15和遠端服務器16進行遠距離無線通信。GPRS通信模塊8，用于和GPRS網絡進行遠距離無線通信，包括GPRS基帶處理器17、 SIM卡和SIM卡座18， SIM卡通過SIM卡座18上的接口和GPRS基帶處理器17通信；遠距離電源管理模塊9，用于對遠距離通信模塊的各個子模塊供電；復位模塊IO，包括看門狗復位電路，具有自動復位功能；調試模塊ll，用于調試系統(tǒng)程序和燒寫程序；LED指示燈模塊12，用于控制LED指示燈，對數據傳輸狀態(tài)進行顯示。遠距離通信模塊的各個子模塊根據各自所需的不同工作電壓連接遠距離電源管理模塊9的不同電源輸出端口 。
遠距離微處理器模塊7通過輸入/輸出(RX1/TX1)端口和近距離微處理模塊4的輸入/輸出(TX1/RX1)端口連接，通過輸入/輸出(RX2/TX2)端口和GPRS通信模塊8的輸入/輸出(TX2/RX2)端口連接。第三、第四輸出信號(RESET、 DOG—IO)連接復位模塊10，通過第五輸出信號(PTG0)連接調試模塊11,通過第六、第七輸出信號(LED1—NET、 LED2—DATA)連接LED指示燈模塊12。
如圖4所示，本實施例的近距離微處理器模塊4選用Freescale公司的處理器芯片MC13213。 MC13213的第12和13腳用于和遠距離微處理器模塊7進行串口通信，定義12腳為RX1， 13腳為TX1。 MC13213的第50腳輸出PA—EN控制信號，用于使能射頻收發(fā)模塊；MC13213的第34腳輸出RXTX控制信號，用于控制射頻收發(fā)模塊接收或發(fā)送；MC13213的第49腳輸出HGM信號，對射頻收發(fā)模塊5的增益進行數字控制，選擇高增益或低增益模式。MC13213的36腳、35腳輸出上述的第一、第二射頻輸出信號(RfOutl、 RfOut2)，上述的第一、第二射頻輸入信號(Rflnl、 Rfln2)分別接MC13213的36腳、35腳。MC13213的第6、 45、 32、 23腳輸入5V供電電壓，60腳接2.5V電壓，并串聯(lián)一個電容后接地。
如圖5所示，本實施例的射頻收發(fā)模塊5由Texas Instruments公司的射頻芯片CC2591以及若干電感、電容組成，上述PA—EN信號接CC2591的5、 6腳，上述RXTX信號接CC2591的3腳，上述HGM信號接CC2591的7腳，上述第一射頻輸入/輸出信號(RFInl/RFOutl)串聯(lián)電感后接CC2591的2腳，上述第二射頻輸入/輸出信號(RFIn2/RFOut2)串聯(lián)電感后接CC2591的4腳，且CC2591的2腳和4腳并聯(lián)一個電容，CC2591的8、 9、 12、 14、17腳接地，CC2591的1、 10、 13、 16腳接電源，CC2591的11腳串聯(lián) 一 個電容后連接天線，發(fā)送和接收2.4GHz的射頻信號。
如圖6所示，本實施例的近距離電源管理模塊6采用NationalSemiconductor的LM2576和LM317作為電源轉換芯片，允許輸入電壓為+7V~+40V， LM2576芯片及其外圍電路實現輸入電壓轉5V的功能，LM317芯片及其外圍電路實現電壓5V轉2.5V的功能。其中5V電壓為近距離微處理器模塊4和射頻收發(fā)模塊5供電，2.5V作為參考電壓供給近距離微處理器模塊4的MC13213的60腳。
如圖7所示，本實施例的遠距離微處理器模塊7采用Freescale公司的MC9S08QE32RM處理器芯片。芯片的第20和19腳分別是和近距離微處理器模塊4進行串口通信的RX1和TX1 口 ，第20腳連接MC13213的12腳，19腳連接MC13213的13腳。芯片的第28和27腳是和GPRS通信模塊的基帶處理器進行串口連接的端口，定義第28腳為RX2，第27腳為TX2。通過第12腳輸出DOG—IO的復位信號給復位模塊10，并由第3腳輸入RESET復位回復信號。通過第4腳輸出PTG0信號與調試模塊12連接，第13腳和第14腳分別輸出LED 1—NET和LED2—DATA信號用于控制LED指示燈模塊。MC9S08QE32RM通過輸出第15腳Ring信號、第17腳TERM信號、第16腳RST信號給GPRS通信模塊的GPRS基帶處理器14，分別用于遠程呼叫指示、開關機操作和基帶處理器主芯片復位功能。
如圖8所示，GPRS通信模塊8包括基帶處理器17和SIM卡、SIM卡座18， SIM卡通過SIM卡座18上的接口和GPRS基帶處理器17通信。本實施例的GPRS基帶處理器17采用了華為公司的EM200模塊，SIM卡座18采用了富士康的SIM卡座。EM200通過第15腳RX2和17腳TX2的UART總線分別與MC9S08QE32RM處理器芯片的第28和27腳相連。MC9S08QE32RM輸出的Ring信號、TERM信號、RST信號分別連接EM200的第32、 41和40腳，分別用于遠程呼叫指示、開關機操作和基帶處理器主芯片復位功能。MC9S08QE32RM的LED1—NET信號端口連接EM200的13腳。EM200模塊集成了符合IS07816 — 3的SIM接口，第1、 2、 3、 4、 6腳分別輸出時鐘信號UIM—CLK 、電源信號UIMJV^CC、數據輸入輸出信號UIM IO、重置信號UIM RST、接地信號UIM GND，與SIM卡座的相應管腳連接。
SIM卡座的第4腳連接UIM—VCC信號，第3腳連接UIM—GND并接地，第3腳和第4腳之間連有一個電容。第1腳和第6腳分別通過一個電阻連接UIM—IO和UIM—CLK，并通過電容接地。第5腳通過電阻連接UIM—RST。第2、 7、 8腳空置。SIM卡插于SIM卡座上。
如圖9，遠距離電源管理模塊9采用National Semiconductor的LM2576和LM1117作為電源轉換芯片，允許輸入電壓為+7V +40V， LM2576芯片及其外圍電路實現輸入電壓轉5V的功能，LM1117芯片及其外圍電路實現電壓5V轉3.6V的功能。其中5V電壓為串口通信模塊供電，3.6V為遠距離通信模塊的其余子模塊供電。
圖10為復位模塊10的電路原理圖，本實施例采用MAXIM具有自動復位功能的微控制器監(jiān)控芯片MAX823，可以保證系統(tǒng)正常運行，防止程序進入死循環(huán)，當CPU程序停止時發(fā)出復位信號使其重新啟動。第1腳連接遠距離微處理器模塊7的第3腳RESET腳，第4腳連接遠距離微處理器模塊7的第12腳DOG—IO腳，若在限定時間內遠距離微處理器模塊7沒有對復位模塊10的第4腳進行讀寫操作，則復位模塊10的1腳輸出低電平，使得遠距離微處理器模塊7復位。
圖11為調試模塊11的電路原理圖，調試模塊11用于系統(tǒng)的調試和程序的燒寫，第1腳輸入PTG0信號。
如圖12所示，本實施的LED指示燈模塊12采用三路信號燈，對數據傳輸狀態(tài)進行顯示。LED指示燈模塊12通過電源和地線連接電源控制模塊9的3.6V電壓端口。當電源正常工作時，代表電源的指示燈Power亮，LDE1一NET和LED1—DATA分別控制另外的兩盞燈，當模塊與服務器建立網絡連接后，由LED1一NET控制相應燈閃爍顯示，當模塊進行數據傳輸時由LED2—D ATA控制相應燈閃爍顯示。
圖13是本發(fā)明的實施例的無線通信模塊"發(fā)送至遠端服務器"方向的工作流程圖。包括以下步驟
1.上電以后，無線通信模塊初始化，包括定義輸入輸出方向及其端口電平，初始化微處理器模塊4和7的各寄存器，設置射頻收發(fā)模塊5的工作狀態(tài)，并按照配置信息進行配置。2. 在初始化結束后開始工作，首先判斷近距離通信模塊1的射頻收發(fā) 模塊5是否已經接收到數據，若沒有接收到數據，則繼續(xù)偵聽判斷射頻收發(fā) 模塊5是否接收到數據；若有數據，則讀出數據，發(fā)送到近距離微處理器模 塊4。
3. 近距離微處理器模塊4對數據進行處理，并加上CRC校驗位。
4. 近距離微處理器模塊4將處理好的待發(fā)送數據，通過串口傳輸給遠 距離通信模塊2。
5. 當遠距離通信模塊2的遠距離微處理器模塊7接收到近距離通信模 塊1發(fā)來的信息后，控制GPRS通信模塊，將數據通過GPRS網絡無線發(fā)送 給遠端服務器。
本發(fā)明的GPRS通信模塊已嵌入TCP/IP協(xié)議棧，因此當近距離通信模 塊1將數據傳送過來后，通過AT指令即可依次建立PPP連接、IP連接和 UDP連接，并將數據發(fā)送出去，此為現有技術。
圖14是本發(fā)明的實施例的無線通信模塊"發(fā)送至現場設備"方向的工 作流程圖。包括以下步驟
1. 上電以后，無線通信模塊初始化，包括定義輸入輸出方向及其端口 電平，初始化微處理器模塊4和7的各寄存器，設置射頻收發(fā)模塊5的工作 狀態(tài)，并按照配置信息進行配置。
2. 在初始化結束后開始工作，判斷GPRS模塊是否偵聽到從遠端服務 器發(fā)來的射頻信號，若沒有，則繼續(xù)偵聽，若有，則通過GPRS通信模塊8 接收信號。
3. GPRS模塊8將接收的信號通過串口傳輸給遠距離微處理器7進行協(xié) 議和數據處理。
4. 遠距離微處理器模塊7通過串口將數據傳輸給近距離微處理器模塊
4-
5. 近距離微處理器模塊4將信號通過射頻收發(fā)模塊5無線發(fā)送給現場 設備。
以上所述，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不能以此限定本發(fā)明實施的范 圍，凡依本發(fā)明權利要求及說明書內容所作的簡單的變換，皆應仍嵐于本發(fā) 明覆蓋的保護范圍。
權利要求
1.一種基于無線傳感器網絡和GPRS的無線通信模塊，包括電源模塊(3)，其特征在于還包括近距離通信模塊(1)和遠距離通信模塊(2)，所述近距離通信模塊(1)包括以下子模塊(1.1)近距離微處理器模塊(4)，用于處理數據和控制近距離通信模塊的各個子模塊；(1.2)射頻收發(fā)模塊(5)，用于發(fā)送和接收2.4GHz的無線射頻信號；(1.3)近距離電源管理模塊(6)，用于對近距離通信模塊的各個子模塊供電；所述近距離微處理器模塊(4)輸出控制信號和數據給射頻收發(fā)模塊(5)，并發(fā)送到無線傳感器網絡(13)中，隨后，射頻收發(fā)模塊(5)從無線傳感器網絡中接收現場設備(14)發(fā)出的射頻信號，輸入給近距離微處理器模塊(4)處理；所述遠距離通信模塊(2)包括以下子模塊(2.1)遠距離微處理器模塊(7)，用于處理數據和控制遠距離通信模塊的各個子模塊；(2.2)GPRS通信模塊(8)，用于和GPRS網絡進行無線通信；(2.4)遠距離電源管理模塊(9)用于對遠距離通信模塊的各個子模塊供電；所述遠距離微處理器模塊(7)和近距離微處理器模塊(4)通過串口進行通信，遠距離微處理器模塊(7)控制GPRS通信模塊(8)通過GPRS網絡(15)和遠端服務器(16)進行遠距離的無線通信。
2. 根據權利要求1中所述的無線通信模塊，其特征在于所述遠距離 通信模塊(2)，還包括以下子模塊(2.5) 復位模塊(10)，用于對遠距離微處理模塊進行復位；(2.6) 調試模塊(11)，用于對系統(tǒng)進行調試和燒寫程序；(2.7) LED指示燈模塊(12)，用于控制LED指示燈，對數據傳輸狀 態(tài)進行顯示；所述復位模塊(10)、調試模塊(11)和LED指示燈模塊(12)分別和 近距離微處理器模塊(7)相連。
3. 根據權利要求1中所述的無線通信模塊，其特征在于所述GPRS通信模塊(8)包括GPRS基帶處理器(17)、 SIM卡和SIM卡座(18), SIM 卡通過SIM卡座(18)上的接口和GPRS基帶處理器(17)通信。
4. 根據權利要求1中所述的無線通信模塊，其特征在于所述近距離 通信微處理器模塊(4)輸出第一、第二和第三控制信號(PA_EN、 HGM和 RXTX)連接射頻收發(fā)模塊(5)的第一、第二和第三控制輸入端口，輸出第 一、第二射頻輸出信號(RFOutl、 RFOiit2)接射頻收發(fā)模塊(5)的第一、 第二輸入端，射頻收發(fā)模塊(5)輸出的第一、第二射頻輸入信號(RFIiil、 RFIn2)連接近距離通信微處理器模塊(4)的第一、第二輸入端。
5. 根據權利要求l、 2或3中所述的無線通信模塊，其特征在于所述 遠距離微處理器模塊(7)通過輸入/輸出RX1/TX1端口和近距離微處理模 塊(4)的TX1/RX1輸入輸出端口連接，通過RX2/TX2輸入輸出端口和GPRS 通信模塊(8)的TX2/RX2輸入/輸出端口連接。
6. 根據權利要求2中所述的無線通信模塊，其特征在于所述遠距離 微處理器模塊(7)通過第三、第四信號端口 (RESET、 DOG—IO)連接復 位模塊(10)，通過第五信號端口 (PTG0)連接調試模塊(11)，通過第六、 第七信號端口 (LED1—NET、 LED2—DATA)連接LED指示燈模塊(12)。
7. 根據權利要求1或4中所述的無線通信模塊，其特征在于所述近 距離微處理器模塊(4)采用MC13213芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無線傳感器網絡和GPRS的無線通信模塊，包括電源模塊、近距離通信模塊和遠距離通信模塊，近距離通信模塊包括近距離微處理器模塊、射頻收發(fā)模塊和近距離電源管理模塊；所述近距離微處理器模塊控制射頻收發(fā)模塊和現場設備進行通信；所述遠距離通信模塊包括遠距離微處理器模塊、GPRS通信模塊和遠距離電源管理模塊；所述遠距離微處理器模塊和近距離微處理器模塊通過串口進行通信，遠距離微處理器模塊控制GPRS通信模塊和遠端服務器進行通信。本發(fā)明實現現場設備和遠端服務器之間的無線通信，降低系統(tǒng)成本，保證運行穩(wěn)定，且易于維護。
文檔編號G08C17/02GK101667332SQ200910144989
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月15日 優(yōu)先權日2009年9月15日
發(fā)明者昊 劉, 黎 孫 申請人:蘇州博聯(lián)科技有限公司