專利名稱：一種基于wsn與3g的無線網(wǎng)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種無線網(wǎng)關(guān)，尤其是涉及一種基于WSN與3G的無線網(wǎng)關(guān)。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(英文Wireless Sensor Network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)通過無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)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)要 素。第三代移動(dòng)通信技術(shù)(英文3rd-generati0n的簡(jiǎn)稱，3G)，是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?窩移動(dòng)通訊技術(shù)，3G服務(wù)能夠同時(shí)傳送聲音及數(shù)據(jù)信息，速率一般在幾百IAps以上?，F(xiàn)如今，市面上所出現(xiàn)的無線網(wǎng)關(guān)主要包括基于WSN+以太網(wǎng)接口的無線網(wǎng)關(guān)和 基于WSN+串口的無線網(wǎng)關(guān)兩種。實(shí)際使用過程中，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)等來說，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，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)常沒電，這就需要頻繁的充電，這樣一來系統(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，這樣就如同前者的缺點(diǎn)②相同。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于 WSN與3G的無線網(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 與用戶手機(jī)進(jìn)行雙向通信、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。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種基于WSN與3G的無線 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3G網(wǎng)絡(luò)的3G通信 模塊、安裝在3G通信模塊上且與3G通信模塊相接的3G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3G通信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，微處理器通過射頻單元與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的無線傳感器節(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3G通信模塊和3G天線與上位監(jiān)控機(jī)進(jìn)行雙 向通信。[0006]上述一種基于WSN與3G的無線網(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。上述一種基于WSN與3G的無線網(wǎng)關(guān)，其特征是所述3G通信模塊與微處理器之間 通過串行接口進(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。上述一種基于WSN與3G的無線網(wǎng)關(guān)，其特征是所述射頻單元包括無線射頻模塊、 與所述無線射頻模塊相接的PCB天線和與所述PCB天線相接的SMA天線。上述一種基于WSN與3G的無線網(wǎng)關(guān)，其特征是所述無線射頻模塊為CCl 100無線 通訊芯片。上述一種基于WSN與3G的無線網(wǎng)關(guān)，其特征是所述CCl 100無線通訊芯片與微處 理器之間通過SPI接口進(jìn)行連接。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)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。。2、電路簡(jiǎn)單且接線方便。3、使用操作簡(jiǎn)單，操作方式靈活且智能化程度高。4、功耗低且使用效果好，施工方便，采用3G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。5、具有多種數(shù)據(jù)通訊模式，在沒有以太網(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。6、可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)用價(jià)值高。7、由于使用了 3G通信模塊，則能實(shí)現(xiàn)用戶手機(jī)與微處理器之間的雙向通信，只要 有手機(jī)信號(hào)的地方就可以把數(shù)據(jù)發(fā)到互聯(lián)網(wǎng)上去。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、能與用戶手機(jī)進(jìn)行雙向通信、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。下面通過附圖和實(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。

圖1為本實(shí)用新型的電路原理框圖。附圖標(biāo)記說明1-微處理器；2-晶振電路；3-射頻單元；4-3G通信模塊；5-電源模塊；6_以太網(wǎng)通訊模塊；7-3G天線； 8-上位監(jiān)控機(jī)。
具體實(shí)施方式
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3G網(wǎng)絡(luò)的3G通信模塊4、安裝在3G通信模塊4上且與3G通信模塊4相接的3G 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3G通信模塊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通過射頻單元3與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的無線傳感器節(jié)點(diǎn)和/或中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向通訊。實(shí)際使用過程 中，所述微處理器1通過3G通信模塊4和3G天線7與上位監(jiān)控機(jī)8進(jìn)行雙向通信。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3G通信模塊4與微處 理器1之間通過串行接口進(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。所述射頻單元3包括無線射頻模塊、與所述無線射頻模塊相接的PCB天線和與所 述PCB天線相接的SMA天線。本實(shí)施例中，所述無線射頻模塊為CCllOO無線通訊芯片，所 述CCllOO無線通訊芯片與微處理器1之間通過SPI接口進(jìn)行連接。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、3G 通信模塊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)無線傳輸及通訊工作， 主要由CCllOO無線通訊芯片、RF電路、晶振電路及外接SMA天線連接構(gòu)成、其供電有MCU 主板來直接提供、CCllOO無線通訊芯片通過RF電路來完成無線通訊的處理，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 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)器來查看傳感器傳回來的數(shù)據(jù)。3G通信模塊4為串口接口，其波特率 為384001ApS，用來將數(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。所述CCllOO無線通訊芯片具體為工作頻率為433MHz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無線通訊芯片的 射頻功率可調(diào)(包括10dBm、5dBm、0dBm、-5dBm、-10dBm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 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。 實(shí)際進(jìn)行接線時(shí)，以太網(wǎng)通訊模塊6和3G通信模塊4連接在微處理器1的UART接 口上，所述無線射頻模塊連接在微處理器1的SPI接口上。所述3G通信模塊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；3G通信模塊4也可以取代以太網(wǎng)接口。實(shí)際使用過程中，由于無線傳感網(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)通過無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3G通信模塊4 和3G天線7進(jìn)入了 3G網(wǎng)絡(luò)，通過遠(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。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3G的無線網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括微處理器(1)、晶振電路O)、射 頻單元( 、將微處理器(1)接入3G網(wǎng)絡(luò)的3G通信模塊(4)、安裝在3G通信模塊(4)上且 與3G通信模塊(4)相接的3G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( 、射頻單元C3)和3G通信模塊(4)均與微處理器(1)相接，電源模塊( 分別與微 處理器(1)和射頻單元C3)相接，微處理器(1)通過射頻單元C3)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的 無線傳感器節(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3G通信模塊(4)和 3G天線(7)與上位監(jiān)控機(jī)( 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3G的無線網(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3G的無線網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述3G通信 模塊(4)與微處理器(1)之間通過串行接口進(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3G的無線網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述射頻單元 (3)包括無線射頻模塊、與所述無線射頻模塊相接的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3G的無線網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述無線射頻 模塊為CCllOO無線通訊芯片。
6.按照權(quán)利要求5所述的一種基于WSN與3G的無線網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述CCllOO無 線通訊芯片與微處理器(1)之間通過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3G的無線網(wǎng)關(guān)，包括微處理器、晶振電路、射頻單元、將微處理器接入3G網(wǎng)絡(luò)的3G通信模塊、安裝在3G通信模塊上且與3G通信模塊相接的3G天線和為各用電單元進(jìn)行供電的電源模塊，晶振電路、射頻單元和3G通信模塊均與微處理器相接，微處理器通過射頻單元與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的無線傳感器節(jié)點(diǎn)和/或中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向通訊，微處理器通過3G通信模塊和3G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、使用操作簡(jiǎn)便且具有多種通訊模式、能與用戶手機(jī)進(jìn)行雙向通信、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)H04W88/16GK201821514SQ20102058039
公開日2011年5月4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)明者王劍, 范嘉峰, 袁雅, 趙波 申請(qǐng)人:西安元智系統(tǒng)技術(shù)有限責(zé)任公司