專利名稱：具有終端功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多接口網(wǎng)關(guān)設(shè)備及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及嵌入式系統(tǒng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有終端功能的無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)多接口網(wǎng)關(guān)設(shè)備及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種全新的信息獲取與處理技術(shù)，開始在軍事、環(huán)境、健康、 家庭等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。對(duì)于各種長(zhǎng)期或短期的環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用，傳統(tǒng)的有線測(cè)控 系統(tǒng)由于布線困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，往往難以勝任。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為有線測(cè)控系統(tǒng)的 一個(gè)重要擴(kuò)展與補(bǔ)充，很好地解決了這一問題。圖1為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)示意圖，它描述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所包含的 三種類型的節(jié)點(diǎn)，即傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)(即基站)和用戶管理節(jié)點(diǎn)。從圖中我們可以看 到，傳感器檢測(cè)區(qū)域中己經(jīng)部署了大量的無線傳感器節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以采集其覆蓋區(qū)域 的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并且路由到基站?；就ǔＳ赏ㄐ拍K和網(wǎng)關(guān)兩部分組成。其中，通信模塊負(fù)責(zé) 與無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信；網(wǎng)關(guān)則負(fù)責(zé)通過不同的傳輸介質(zhì)把無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)橋接到用戶管理節(jié)點(diǎn)(即用戶終端)。目前，基站大多采用RS232接口與PC機(jī) 連接，用戶則在PC上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問。這種方法雖然能滿足在實(shí)驗(yàn)室的要求，但在實(shí)際應(yīng) 用中存在許多問題，具體表現(xiàn)在1、 在實(shí)際環(huán)境中往往無法攜帶PC機(jī)等大型設(shè)備，并為之提供220V交流電源。2、 在缺少PC機(jī)等終端設(shè)備的情況下無法對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問。3、 網(wǎng)關(guān)接口單一，無法同時(shí)連接多個(gè)終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。4、 無法與廣泛普及的便攜式設(shè)備，如PDA (掌上電腦)、智能手機(jī)連接。 鑒于目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用需求，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種具有終端功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多接口網(wǎng)關(guān)將有十分重要的意義。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種具有終端功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多接口網(wǎng)關(guān)設(shè)備及其應(yīng)用，主要解決以下技術(shù)問題 一是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備的終端功能，滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在缺乏PC機(jī)環(huán)境 下的應(yīng)用需求；二是建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與多種用戶終端之間的可靠連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)多對(duì)一、 一對(duì)多的雙向傳輸。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種具有終端功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多接口網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于包括處理器單元、 以太網(wǎng)通信單元、串口通信單元、藍(lán)牙通信單元、無線通信單元和用戶顯示單元；所述處理器單元用于控制以太網(wǎng)通信單元、串口通信單元、藍(lán)牙通信單元與無線通信單 元之間的數(shù)據(jù)流通，還對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示；所述以太網(wǎng)通信單元用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備與以太網(wǎng)終端設(shè)備之間的通信； 所述串口通信單元用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備與本地PC機(jī)進(jìn)行RS-232連接； 所述藍(lán)牙通信單元用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備與便攜式設(shè)備乏間的通信； 所述無線通信單元用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信； 所述用戶顯示單元用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備與用戶之間的人機(jī)交互，使網(wǎng)關(guān)設(shè)備具有終端功能。上述具有終端功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多接口網(wǎng)關(guān)設(shè)備用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，其特征在?通過數(shù)據(jù)分發(fā)模塊對(duì)數(shù)據(jù)流傳輸進(jìn)行控制，當(dāng)所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備接收到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的上傳數(shù) 據(jù)時(shí)，將上傳數(shù)據(jù)發(fā)送給各個(gè)用戶終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一對(duì)多傳輸；當(dāng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備接收到不同用戶 終端設(shè)備發(fā)送來的下行數(shù)據(jù)時(shí)，將下行數(shù)據(jù)發(fā)送給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多對(duì)一傳輸；所述 方法具體包括如下步驟步驟1:將網(wǎng)關(guān)設(shè)備與用戶終端設(shè)備進(jìn)行電氣連接，用戶終端設(shè)備包括串口終端設(shè)備、 藍(lán)牙終端設(shè)備和以太網(wǎng)終端設(shè)備，串口終端設(shè)備通過RS-232電纜與網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接，以太網(wǎng) 終端設(shè)備通過RJ45接口與網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接，藍(lán)牙終端設(shè)備通過藍(lán)牙接口與網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接，并 將藍(lán)牙設(shè)備設(shè)置在接收范圍以內(nèi)；步驟2:打開網(wǎng)關(guān)設(shè)備電源，啟動(dòng)網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序；步驟3:配置網(wǎng)關(guān)設(shè)備和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的連接參數(shù)；步驟4:配置網(wǎng)關(guān)設(shè)備和用戶終端的連接參數(shù)；步驟5:運(yùn)行網(wǎng)關(guān)設(shè)備的連接命令，橋接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和用戶終端，為網(wǎng)關(guān)設(shè)備創(chuàng)建 多任務(wù)系統(tǒng)；步驟6:執(zhí)行多任務(wù)，其中，主任務(wù)用于和用戶進(jìn)行交互，接收用戶的控制命令，當(dāng)用戶通過交互界面發(fā)送控制命令 時(shí)，跳至步驟7;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)數(shù)據(jù)接收任務(wù)用于監(jiān)聽無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的上傳數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)串口數(shù)據(jù)接收任務(wù)用于監(jiān)聽串口終端設(shè)備的下行數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)接收成功，跳至步驟7;藍(lán)牙數(shù)據(jù)接收任務(wù)用于監(jiān)聽藍(lán)牙終端設(shè)備的下行數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)接收成功，跳至步驟7;以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收任務(wù)用于監(jiān)聽以太網(wǎng)設(shè)備的下行數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)接收成功，跳至步驟7;步驟7:通過數(shù)據(jù)分發(fā)模塊對(duì)數(shù)據(jù)流傳輸進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)上傳是一對(duì)多的關(guān)系，數(shù)據(jù)分 發(fā)模塊將數(shù)據(jù)包復(fù)制若干份；數(shù)據(jù)下行是多對(duì)一的關(guān)系，數(shù)據(jù)分發(fā)模塊控制避免數(shù)據(jù)流的沖 突；步驟8:將數(shù)據(jù)結(jié)果顯示在交互界面上； 步驟9:對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和記錄。相比傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)普遍采用的單一接口網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接PC機(jī)終端的方案，本發(fā)明 具有以下有益效果1、 本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)設(shè)備上集成了終端顯示功能，能在缺少其他終端設(shè)備的情況下，對(duì)無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)以及控制，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)設(shè)備的終端功能，并且體積小重量 輕，能夠有效應(yīng)用于無法攜帶PC機(jī)或大型終端設(shè)備的室外環(huán)境中。2、 本發(fā)明將嵌入式技術(shù)與傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，在網(wǎng)關(guān)設(shè)備上集成了串口、 藍(lán)牙和以太網(wǎng)終端設(shè)備的接口，多個(gè)終端能夠同時(shí)連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；網(wǎng)關(guān) 設(shè)備成本較低，能夠用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)大量部署，覆蓋區(qū)域廣，并能通過以太網(wǎng)接口與 Internet和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。3、 本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)設(shè)備功耗低，使用電池供電，能夠有效應(yīng)用于無法提供可靠直流電源 的室外環(huán)境中。4、 本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)設(shè)備集成了功能強(qiáng)大的處理器及其豐富的外部存儲(chǔ)器設(shè)備，數(shù)據(jù)處理、 存儲(chǔ)能力強(qiáng)，便于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合，降低了與終端設(shè)備的通信開銷；并可通過處理器擴(kuò)展 便攜式用戶終端接口，配合智能手機(jī)或PDA，能應(yīng)用于智能家居、小區(qū)監(jiān)控等場(chǎng)合。5、 本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)設(shè)備用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ㄖ型ㄟ^數(shù)據(jù)分發(fā)模塊對(duì)數(shù)據(jù)流傳輸進(jìn)行控制, 實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)流一對(duì)多、多對(duì)一的可靠傳輸。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。圖1是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本發(fā)明的處理器單元電路原理圖；圖3A 圖3C是處理器主要管腳連接圖；圖3D是外部存儲(chǔ)器電路。圖4是本發(fā)明的以太網(wǎng)通信單元電路原理圖。圖5是本發(fā)明的藍(lán)牙通信單元電路原理圖。圖6是本發(fā)明無線通信單元電路原理圖。圖7是本發(fā)明的用戶顯示單元接口電路原理圖、。圖8是本發(fā)明網(wǎng)關(guān)設(shè)備用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ㄊ疽鈭D。圖9是本發(fā)明網(wǎng)關(guān)設(shè)備用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒鞒虉D。
具體實(shí)施方式
圖1為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可以看到，傳感器檢測(cè)區(qū)域中部 署了大量的無線傳感器節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以采集其覆蓋區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并且路由到基站。 傳統(tǒng)上，基站由通信模塊和網(wǎng)關(guān)兩部分組成，其中，通信模塊負(fù)責(zé)與無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成的 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信；網(wǎng)關(guān)則負(fù)責(zé)通過不同的傳輸介質(zhì)把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)橋接到用戶終 端。本具體實(shí)施方式
中，基站即采用本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。布撒在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)采 集傳感數(shù)據(jù)，通過無線多跳的方式發(fā)送給網(wǎng)關(guān)設(shè)備；網(wǎng)關(guān)設(shè)備接收到數(shù)據(jù)后，通過其以太網(wǎng) 通信單元、串口通信單元、藍(lán)牙通信單元發(fā)送給各個(gè)用戶終端設(shè)備；在某些無法攜帶PC機(jī) 或大型設(shè)備的場(chǎng)合，利用網(wǎng)關(guān)設(shè)備具備的終端功能，可實(shí)現(xiàn)用戶與傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交互。圖2是本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖，該網(wǎng)關(guān)設(shè)備包括處理器單元l、以太網(wǎng)通信單元2、 串口通信單元3、藍(lán)牙通信單元4、無線通信單元5和用戶顯示單元6，還包括為網(wǎng)關(guān)設(shè)備 提供電源的電源模塊7。其中，處理器單元1用于控制以太網(wǎng)通信單元2、串口通信單元3、 藍(lán)牙通信單元4與無線通信單元5之間的數(shù)據(jù)流通，還對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和 顯示；以太網(wǎng)通信單元2用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備與以太網(wǎng)終端設(shè)備之間的通信；串口通信單元3 用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備與本地PC機(jī)進(jìn)行RS-232連接；藍(lán)牙通信單元4用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備與便 攜式設(shè)備之間的通信；無線通信單元5用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通 信；用戶顯示單元6用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備與用戶之間的人機(jī)交互，使網(wǎng)關(guān)設(shè)備具有終端功能。以太網(wǎng)通信單元2通過數(shù)據(jù)總線與處理器單元1連接，串口通信單元3、藍(lán)牙通信單元 4分別通過UART接口 (異步串行接口)與處理器單元l連接，無線通信單元5通過SPI接 口 (同步串行接口)與處理器單元l連接。圖3是本發(fā)明的處理器單元電路原理圖，處理器單元1進(jìn)一步包括處理器和與處理器連 接的外部存儲(chǔ)器電路。如圖3A，處理器采用三星電子公司推出的一款基于ARM920T內(nèi)核 的32位嵌入式微處理器S3C2410，該芯片集成了 SDRAM (同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存)控制 器、LCD (液晶顯示器)控制器、3個(gè)通道的UART、 4個(gè)通道的DMA (直接內(nèi)存通道)、4個(gè)具有PWM (脈沖寬度調(diào)制)功能的計(jì)時(shí)器和一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘、8通道的10位ADC (模擬 到數(shù)字式轉(zhuǎn)換器)。芯片S3C2410還有很多豐富的外部接口，例如觸摸屏接口、 IIC (雙向兩 線串行總線)總線接口、 IIS (串行數(shù)字音頻總線)總線接口、兩個(gè)USB (通用串行總線) 主機(jī)接口、 一個(gè)USB設(shè)備接口、兩個(gè)SPI接口、 SD (安全數(shù)碼卡)接口和MMC (多媒體 卡)卡接口 。如圖3B，外部存儲(chǔ)器電路包括SDRAM電路以及FLASH存儲(chǔ)電路。其中SDRAM 采用兩片HY57V561620存儲(chǔ)芯片，共同組成32位寬度，通過數(shù)據(jù)總線與處理器S3C2410 連接；NANDFlash采用K9F1208U0M，大小為64M，直接與S3C2410內(nèi)部的NANDFlash 控制器相連；NORFlash用于存放少量啟動(dòng)代碼，型號(hào)為SST39VF160，大小為16M，使用 16位數(shù)據(jù)總線與S3C2410連接。電源模塊7是網(wǎng)關(guān)設(shè)備的供電單元，作用是將5V直流電轉(zhuǎn)換位3.3V和1.8V電壓。各 單元所采用的元器件如下圖4是本發(fā)明的以太網(wǎng)通信單元電路原理圖。以太網(wǎng)通信單元2采用CIRRUS LOGIC 公司生產(chǎn)的低功耗、性能優(yōu)越的16位，符合IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，并帶有ISA (工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)結(jié)構(gòu)總線)接口，片內(nèi)包含4K字節(jié)RAM (隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)，適用于I/0操作模式、存 儲(chǔ)器操作模式和DMA操作模式，帶有傳送、接收低通濾波的10Base-T連接端口，支持 10Base2、 10Base5和10Base-F的AUI (附加單元接口 )自動(dòng)重發(fā)。該芯片的突出特點(diǎn)是使 用靈活，其物理層、數(shù)據(jù)傳輸層和工作模式等都能根據(jù)需要而動(dòng)態(tài)調(diào)整，通過內(nèi)部寄存器的 設(shè)置來適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。以太網(wǎng)控制器CS8900A通過16位數(shù)據(jù)總線與處理器S3C2410 連接，其中SD
分別連接處理器的LDATA
，地址線SA
分別連接處理器的 LADDR
。圖5是本發(fā)明提供的藍(lán)牙通信單元電路原理圖。藍(lán)牙通信單元4采用凌峰公司的 BCM一LV模塊，符合藍(lán)牙V2.0協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)靈敏度(誤碼率)達(dá)到-80dBm，內(nèi)置2.4GHz天線， 外置8MbitFLASH，采用向前糾錯(cuò)編碼，通信效率高，自動(dòng)跳頻，抗干擾能力強(qiáng)。芯片使用 3.3V電壓工作，通過UART接口與處理器連接，引腳UARTjrXD、 UART—TXD分別連接 處理器S3C2410的引腳RXD2、 TXD2。圖6為本發(fā)明提供的無線通信單元電路原理圖。無線通信單元5使用Chipcon公司推出 的首款符合2.4GHz正EE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器CC2420，以0.18umCMOS工藝制成， 只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低，芯片支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率高達(dá)250kbps，可以實(shí)現(xiàn) 多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的快速組網(wǎng)。CC2420通過SPI接口與處理器S3C2410連接，其中引腳SFD、 CCA、FIFOP、FIFO用來判斷CC2420的工作狀態(tài)，引腳CSn、SCLK、SI、SO用于設(shè)置CC2420 各種命令、控制寄存器，向CC2420寫入或從CC2420讀取數(shù)據(jù)。CC2420的SCLK、 SI和 SO分別與處理器SPI接口的對(duì)應(yīng)引腳相連，CSn、 SFD、 CCA、 FIFO和FIFOP分別與處理器通用I/0口GPG2、 GPG15、 GPG7、 GPG3、 GPG6相連。圖7是本發(fā)明提供的用戶顯示單元接口電路原理圖。用戶顯示單元采用SHARP公司3.5 寸TFT-LCD觸摸屏，分辨率為240x320，通過LCD接口和觸摸屏接口與處理器連接。觸摸 屏為4線電阻式，由橫向電阻線和縱向電阻線組成，nYPON、 YMON、 nXPON、 XMON四 個(gè)控制信號(hào)控制4個(gè)MOS管的通斷。處理器S3C241p有8個(gè)模擬輸入通道，其中通道7 (AIN7)作為X坐標(biāo)輸入，通道5 (AIN5)作為Y坐標(biāo)輸入。串口通信單元采用MAX232芯片，實(shí)現(xiàn)RS232電平與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換。電源模塊 7將5V直流電轉(zhuǎn)換為3.3V和1.8V電壓為網(wǎng)關(guān)設(shè)備供電。圖8為本發(fā)明網(wǎng)關(guān)設(shè)備用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ㄊ疽鈭D，通過數(shù)據(jù)分發(fā)模塊對(duì)數(shù)據(jù)流傳輸進(jìn) 行控制，當(dāng)所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備接收到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的上傳數(shù)據(jù)時(shí)，將上傳數(shù)據(jù)發(fā)送給各個(gè)用戶 終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一對(duì)多傳輸；當(dāng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備接收到不同用戶終端設(shè)備發(fā)送來的下行數(shù)據(jù)時(shí)，將 下行數(shù)據(jù)發(fā)送給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多對(duì)一傳輸。本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)設(shè)備作為一種特殊的終端 設(shè)備，允許用戶在網(wǎng)關(guān)設(shè)備上通過用戶顯示單元觀察上傳數(shù)據(jù)，并向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送下 行控制命令。具體地網(wǎng)關(guān)設(shè)備利用無線通信單元與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多跳通信無線通 信單元接收到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上傳的數(shù)據(jù)時(shí)，首先將數(shù)據(jù)包發(fā)送給數(shù)據(jù)分發(fā)模塊，數(shù)據(jù)分發(fā) 模塊進(jìn)而將數(shù)據(jù)包復(fù)制若干份，通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備的各通信單元分發(fā)給各用戶終端設(shè)備，終端設(shè) 備可以是串口終端設(shè)備、藍(lán)牙終端設(shè)備或者以太網(wǎng)終端設(shè)備；當(dāng)用戶終端設(shè)備需要向無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送下行數(shù)據(jù)包時(shí)，首先將下行數(shù)據(jù)包發(fā)送給數(shù)據(jù)分發(fā)模塊，數(shù)據(jù)分發(fā)模塊進(jìn)而將 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給無線通信單元，進(jìn)而發(fā)送給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)上傳是一對(duì)多的關(guān)系，需要 將數(shù)據(jù)包復(fù)制若干份，數(shù)據(jù)下行是多對(duì)一的關(guān)系，需要避免數(shù)據(jù)流的沖突。在沒有用戶終端 設(shè)備的情況下，網(wǎng)關(guān)設(shè)備利用自帶用戶交互界面亦可實(shí)現(xiàn)終端功能，實(shí)現(xiàn)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的數(shù)據(jù)交互。圖9為本發(fā)明網(wǎng)關(guān)設(shè)備用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒鞒虉D，具體包括如下步驟 步驟1:將網(wǎng)關(guān)設(shè)備與用戶終端設(shè)備進(jìn)行電氣連接，用戶終端設(shè)備包括串口終端設(shè)備、 藍(lán)牙終端設(shè)備和以太網(wǎng)終端設(shè)備，串口終端設(shè)備通過RS-232電纜與網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接，以太網(wǎng) 終端設(shè)備通過RJ45接口與網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接，藍(lán)牙終端設(shè)備通過藍(lán)牙接口與網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接，并 將藍(lán)牙設(shè)備設(shè)置在接收范圍以內(nèi)；步驟2:打開網(wǎng)關(guān)設(shè)備電源，啟動(dòng)網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序；步驟3:配置網(wǎng)關(guān)設(shè)備和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的連接參數(shù)，包括通信頻率、通信功率、最大 鄰居數(shù)量等；步驟4:配置網(wǎng)關(guān)設(shè)備和用戶終端的連接參數(shù)，包括通信速率、最大客戶端連接數(shù)量、 端口號(hào)、服務(wù)器IP等;步驟5:運(yùn)行網(wǎng)關(guān)設(shè)備的連接命令，橋接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和用戶終端設(shè)備，為網(wǎng)關(guān)設(shè)備 創(chuàng)建多任務(wù)系統(tǒng)；步驟6:執(zhí)行多任務(wù)，其中，主任務(wù)用于和用戶進(jìn)行交互，接收用戶的控制命令，當(dāng)用 戶通過交互界面發(fā)送控制命令時(shí)，跳至步驟7;WSN數(shù)據(jù)接收任務(wù)用于監(jiān)聽無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的上傳數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)接收成功，跳至步驟7;串口數(shù)據(jù)接收任務(wù)用于監(jiān)聽串口終端設(shè)備的下行數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)接收成功，跳至步驟7;藍(lán)牙數(shù)據(jù)接收任務(wù)用于監(jiān)聽藍(lán)牙終端設(shè)備的下行數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)接收成功，跳至步驟7;以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收任務(wù)用于監(jiān)聽以太網(wǎng)設(shè)備的下行數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)接收成功，跳至步驟7;步驟7:通過數(shù)據(jù)分發(fā)模塊對(duì)數(shù)據(jù)流傳輸進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)上傳是一對(duì)多的關(guān)系，數(shù)據(jù)分 發(fā)模塊將數(shù)據(jù)包復(fù)制若干份；數(shù)據(jù)下行是多對(duì)一的關(guān)系，數(shù)據(jù)分發(fā)模塊控制避免數(shù)據(jù)流的沖 突；步驟8:將數(shù)據(jù)結(jié)果顯示在交互界面上，數(shù)據(jù)顯示方式有兩種，分別為數(shù)據(jù)包解析形式 和圖表形式；步驟9:對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和記錄。本發(fā)明在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多接口網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序的開發(fā)中，采用同一進(jìn)程多個(gè)線程的方式 來實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行，以提高用戶界面的響應(yīng)能力、圖形顯示的質(zhì)量和數(shù)據(jù)交換的效率。網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序共有5個(gè)線程，包括軟件主線程、WSN接收線程、串口接收線程、藍(lán)牙接收線程和以太網(wǎng)接收線程。主線程調(diào)度管理其他線程，同時(shí)負(fù)責(zé)界面圖形顯示和用戶交互操作。 串口、藍(lán)牙和以太網(wǎng)接收線程用于監(jiān)聽用戶終端的控制命令，并將命令下傳給傳感器網(wǎng)絡(luò)。為了避免多個(gè)線程同時(shí)向WSN發(fā)送數(shù)據(jù)，采用互斥對(duì)象進(jìn)行同步。WSN接收線程用于監(jiān) 聽傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析后分發(fā)給各個(gè)用戶終端，包括主線程。
權(quán)利要求
1.一種具有終端功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多接口網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于包括處理器單元(1)、以太網(wǎng)通信單元(2)、串口通信單元(3)、藍(lán)牙通信單元(4)、無線通信單元(5)和用戶顯示單元(6)；所述處理器單元(1)用于控制以太網(wǎng)通信單元(2)、串口通信單元(3)、藍(lán)牙通信單元(4)與無線通信單元(5)之間的數(shù)據(jù)流通，還對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示；所述以太網(wǎng)通信單元(2)用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備與以太網(wǎng)終端設(shè)備之間的通信；所述串口通信單元(3)用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備與本地PC機(jī)進(jìn)行RS-232連接；所述藍(lán)牙通信單元(4)用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備與便攜式設(shè)備之間的通信；所述無線通信單元(5)用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信；所述用戶顯示單元(6)用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備與用戶之間的人機(jī)交互，使網(wǎng)關(guān)設(shè)備具有終端功能。
2. 如權(quán)利要求1所述的具有終端功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多接口網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于 所述以太網(wǎng)通信單元(2)通過數(shù)據(jù)總線與處理器單元(1)連接，所述串口通信單元(3) 通過異步串行接口與處理器單元(1)連接，所述藍(lán)牙通信單元(4)通過異步串行接口與處 理器單元(l)連接，所述無線通信單元(5)通過同步串行接口與處理器單元(1)連接。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的具有終端功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多接口網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征 在于所述用戶顯示單元(6)采用TFT-LCD觸摸屏，通過LCD接口和觸摸屏接口與處理器 連接。
4. 如權(quán)利要求1所述的具有終端功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多接口網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于 所述處理器單元(1)包括處理器和與處理器連接的外部存儲(chǔ)器電路，所述外部存儲(chǔ)器電路 包括SDRAM電路和FLASH存儲(chǔ)器電路。
5. 權(quán)利要求1所述的具有終端功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多接口網(wǎng)關(guān)設(shè)備用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)?方法，其特征在于通過數(shù)據(jù)分發(fā)模塊對(duì)數(shù)據(jù)流傳輸進(jìn)行控制，當(dāng)所述網(wǎng)關(guān)設(shè)備接收到無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)的上傳數(shù)據(jù)時(shí)，將上傳數(shù)據(jù)發(fā)送給各個(gè)用戶終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一對(duì)多傳輸；當(dāng)網(wǎng)關(guān)設(shè) 備接收到不同用戶終端設(shè)備發(fā)送來的下行數(shù)據(jù)時(shí)，將下行數(shù)據(jù)發(fā)送給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn) 多對(duì)一傳輸；所述方法具體包括如下步驟步驟h將網(wǎng)關(guān)設(shè)備與用戶終端設(shè)備進(jìn)行電氣連接，用戶終端設(shè)備包括串口終端設(shè)備、 藍(lán)牙終端設(shè)備和以太網(wǎng)終端設(shè)備，串口終端設(shè)備通過RS-232電纜與網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接，以太網(wǎng) 終端設(shè)備通過RJ45接口與網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接，藍(lán)牙終端設(shè)備通過藍(lán)牙接口與網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接，并將藍(lán)牙設(shè)備設(shè)置在接收范圍以內(nèi)；步驟2:打開網(wǎng)關(guān)設(shè)備電源，啟動(dòng)網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序； 步驟3:配置網(wǎng)關(guān)設(shè)備和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的連接參數(shù)； 步驟4:配置網(wǎng)關(guān)設(shè)備和用戶終端的連接參數(shù)；步驟5:運(yùn)行網(wǎng)關(guān)設(shè)備的連接命令，橋接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和用戶終端，為網(wǎng)關(guān)設(shè)備創(chuàng)建 多任務(wù)系統(tǒng)；步驟6:執(zhí)行多任務(wù)，其中，主任務(wù)用于和用戶進(jìn)行交互，接收用戶的控制命令，當(dāng)用戶通過交互界面發(fā)送控制命令 時(shí)，跳至步驟7;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收任務(wù)用于監(jiān)聽無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的上傳數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)接收成 功，跳至步驟7;串口數(shù)據(jù)接收任務(wù)用于監(jiān)聽串口終端設(shè)備的下行數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)接收成功，跳至步驟7;藍(lán)牙數(shù)據(jù)接收任務(wù)用于監(jiān)聽藍(lán)牙終端設(shè)備的下行數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)接收成功，跳至步驟7;以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收任務(wù)用于監(jiān)聽以太網(wǎng)設(shè)備的下行數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)接收成功，跳至步驟7;步驟7:通過數(shù)據(jù)分發(fā)模塊對(duì)數(shù)據(jù)流傳輸進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)上傳是一對(duì)多的關(guān)系，數(shù)據(jù)分 發(fā)模塊將數(shù)據(jù)包復(fù)制若干份；數(shù)據(jù)下行是多對(duì)一的關(guān)系，數(shù)據(jù)分發(fā)模塊控制避免數(shù)據(jù)流的沖 突；步驟8:將數(shù)據(jù)結(jié)果顯示在交互界面上； 步驟9:對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和記錄。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有終端功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多接口網(wǎng)關(guān)設(shè)備，包括處理器單元、以太網(wǎng)通信單元、串口通信單元、藍(lán)牙通信單元、無線通信單元和用戶顯示單元。本發(fā)明還公開了該網(wǎng)關(guān)設(shè)備用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，通過數(shù)據(jù)分發(fā)模塊對(duì)數(shù)據(jù)流傳輸進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)流一對(duì)多、多對(duì)一的可靠傳輸。本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)設(shè)備集成了終端顯示功能，能在缺少其他終端設(shè)備的情況下，對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)以及控制，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)設(shè)備的終端功能，并且體積小重量輕，能夠有效應(yīng)用于無法攜帶PC機(jī)或大型終端設(shè)備的室外環(huán)境中，解決了傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)缺少PC機(jī)或交流電源無法使用的難題，促進(jìn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用化進(jìn)程。
文檔編號(hào)H04L12/28GK101252553SQ200810023418
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者宋光明, 宋愛國(guó), 濤 薛, 魏志剛 申請(qǐng)人:東南大學(xué)