專利名稱：一種模塊化的Zigbee無線傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無線傳感網(wǎng)，尤其是涉及一種模塊化的Zigbee無線傳感器，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無線傳感網(wǎng)WSN (Wireless Sensor Network)是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式形成的一個(gè)自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集量化、處理融合和傳輸。WSN綜合了微電子技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，能夠協(xié)同地實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并利用無線方式發(fā)送給觀察者。WSN被視為環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)控制、智能家居和運(yùn)輸系統(tǒng)自動化的下一個(gè)發(fā)展方向。WSN的應(yīng)用一般不需要很大的帶寬，但是對功耗要求比較嚴(yán)格，大部分時(shí)間必須保持低功耗。WSN涉及的是一種物理信號檢測傳輸?shù)氖侄?，針對性是千差萬別的。由于不同的檢測需要不同的傳感器，WSN的傳感節(jié)點(diǎn)在硬件上是通過在通用無線傳感模塊上加裝不同的傳感器來實(shí)現(xiàn)的。無線通信技術(shù)是WSN的組網(wǎng)基礎(chǔ)。在各種無線通信技術(shù)中，Zigbee無線通信技術(shù)由于其低功耗、低體積、低復(fù)雜度、低速率、低成本的特點(diǎn)，符合WSN的應(yīng)用要求，因此被廣泛采用。Zigbee網(wǎng)絡(luò)由三種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)。本申請描述的Zigbee無線傳感器對應(yīng)的是Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)。由于WSN具有應(yīng)用相關(guān)性的特點(diǎn)，市場上的Zigbee無線傳感器大多是一體化設(shè)計(jì)，其Zigbee無線通信模塊和傳感模塊是集成的，硬件體系結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性和復(fù)用性不強(qiáng)。在應(yīng)用更改的情形下，通常需要重新進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，市場上的Zigbee無線傳感器和主機(jī)端的通信基本采用串行方式進(jìn)行，通常需要使用額外的轉(zhuǎn)接線纜來連接無線傳感器和主機(jī)，給使用帶來了不便。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題，一是無線傳感器硬件體系結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性和可復(fù)用性，二是無線傳感器與主機(jī)接口的通用性。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種模塊化Zigbee傳感器，包括Zigbee 無線通信模塊，其特征在于=Zigbee無線通信模塊分別與傳感器模塊和USB模塊通信，USB 模塊連接USB接口，所述Zigbee無線通信模塊用于數(shù)據(jù)的Zigbee協(xié)議無線傳輸、傳感器模塊控制、和主機(jī)端的串行通信；所述傳感器模塊用于各種傳感數(shù)據(jù)的采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換；所述USB模塊用于串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB接口轉(zhuǎn)換。前述的模塊化Zigbee傳感器，其特征在于所述USB接口包括供電電路，還可以作為無線傳感器外部電源端子，在無線傳感器不使用電池供電時(shí)提供外部電力。[0012]前述的模塊化Zigbee傳感器，其特征在于所述Zigbee無線通信模塊包括 Jennie公司的JN5148芯片，JN5148芯片的通用I/O 口 4、5、6、7連接至USB模塊中的 USB<->UART轉(zhuǎn)換芯片，用以和主機(jī)端的串行通信JN5148芯片的通用I/O 口 12、13、14、15、 17、18、19、20用以進(jìn)行傳感數(shù)據(jù)的采集，通過扁平電纜連接傳感器模塊中傳感芯片的數(shù)據(jù)輸出；模塊的MISO和RST引腳用作芯片代碼升級；VCC引腳連接電池模塊或者USB接口經(jīng) LDO轉(zhuǎn)換得到的電壓。前述的模塊化Zigbee傳感器，其特征在于所述傳感器模塊通過扁平電纜和 Zigbee無線通信模塊的通用I/O 口 12-15，17-20相連。前述的模塊化Zigbee傳感器，其特征在于所述USB模塊包括進(jìn)行數(shù)據(jù)格式 USB<->UART轉(zhuǎn)換的FT232BM芯片，F(xiàn)T232BM芯片一端連接至Zigbee無線通信模塊的通用I/ 0 口 4-7，另一端通過普通4針USB插座和主機(jī)端相連，進(jìn)行串行數(shù)據(jù)的USB接口轉(zhuǎn)換。前述的模塊化Zigbee傳感器，其特征在于所述USB接口的供電電路通過LDO芯片Ii^985IM5-3. 0進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果1 )USB接口比COM/UART/JTAG接口更具有通用性。 和其它Zigbee無線傳感器產(chǎn)品相比，本實(shí)用新型省卻了和主機(jī)端通信時(shí)需要外接的轉(zhuǎn)換線纜，使用方便；2) Zigbee無線通信模塊和傳感器模塊分開，針對不同的應(yīng)用場景，只需要進(jìn)行相應(yīng)的傳感器模塊研發(fā)/配置。在使用過程中，遇到傳感器失效或者無線通信模塊失效的情形，還可以復(fù)用有效部件，節(jié)省了維護(hù)成本；3)在不使用電池供電的情形下，USB接口還可以用作外部電源端子，向本實(shí)用新型提供外部電力。在節(jié)省硬件成本的同時(shí)，方便 Zigbee無線傳感器的小型化設(shè)計(jì)。

圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型的無線通信模塊電路原理圖；圖3為本實(shí)用新型傳感器模塊實(shí)例之一光強(qiáng)傳感器模塊電路原理圖；圖4為本實(shí)用新型傳感器模塊實(shí)例之二 溫濕度傳感器模塊電路原理圖；圖5為本實(shí)用新型的USB模塊電路原理圖；圖6為本實(shí)用新型的USB接口外部供電電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。附圖1描述了本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)組成。本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)主要分為3大模塊 Zigbee無線通信模塊是控制運(yùn)算模塊，負(fù)責(zé)Zigbee無線通信、和主機(jī)端的串行通信以及傳感器模塊的控制等；傳感器模塊負(fù)責(zé)傳感數(shù)據(jù)的采集和量化；USB模塊負(fù)責(zé)和主機(jī)端的接口，進(jìn)行串行數(shù)據(jù)的USB格式轉(zhuǎn)換。USB接口還作為外部電源端子，可以向無線傳感器提供外部電力。附圖2描述了本實(shí)用新型采用的Zigbee無線通信模塊。模塊通用I/O 口 4、5、6、 7用以進(jìn)行和主機(jī)端的串行通信，連接至USB模塊中的USB<->UART轉(zhuǎn)換芯片；通用I/O 口 12、13、14、15、17、18、19、20用以進(jìn)行傳感數(shù)據(jù)的采集，通過扁平電纜連接傳感器模塊中傳感芯片的數(shù)據(jù)輸出；模塊的MISO和RST引腳用作芯片代碼升級；VCC引腳連接電池模塊或者USB接口經(jīng)LDO轉(zhuǎn)換得到的電壓。附圖3和附圖4描述了本實(shí)用新型的光強(qiáng)傳感器模塊和溫濕度傳感器模塊電路圖。傳感器模塊單獨(dú)做在一個(gè)小的印刷電路板上，通過扁平電纜和Zigbee無線通信模塊的通用I/O 口 12 15，17 20相連。本實(shí)用新型中，對于傳感器模塊要求輸出數(shù)字量信息。若采用非數(shù)字量輸出的傳感器芯片時(shí)，傳感器模塊需要添加ADC芯片進(jìn)行采樣量化。附圖5描述了本實(shí)用新型的USB模塊。USB模塊的核心芯片是進(jìn)行數(shù)據(jù)格式 USB<->UART轉(zhuǎn)換的FT232BM。FT232BM—端連接至Zigbee無線通信模塊的通用I/O 口 4 7， 另一端通過普通4針USB插座和主機(jī)端相連，進(jìn)行串行數(shù)據(jù)的USB接口轉(zhuǎn)換。附圖6描述了本實(shí)用新型USB接口供電的電路原理圖。由于USB接口電壓是5伏， 而Zigbee無線通信模塊的工作電壓是3 3. 6伏，故而需要電壓轉(zhuǎn)換?？紤]到電平波動對設(shè)備工作的影響，本實(shí)用新型并未直接采用？1232811芯片輸出的3.3伏電壓，而是額外采用 LDO芯片Ii^985IM5-3. 0進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例子而已，并非對本實(shí)用新型作任何形式上的限制。凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與裝飾，均仍屬于本實(shí)用新型的技術(shù)方案范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種模塊化Zigbee傳感器，包括Zigbee無線通信模塊，其特征在于=Zigbee無線通信模塊分別與傳感器模塊和USB模塊通信，USB模塊連接USB接口，所述Zigbee無線通信模塊用于數(shù)據(jù)的Zigbee協(xié)議無線傳輸、傳感器模塊控制、和主機(jī)端的串行通信；所述傳感器模塊用于各種傳感數(shù)據(jù)的采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換；所述USB模塊用于串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB接口轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化Zigbee傳感器，其特征在于所述USB接口包括供電電路，作為無線傳感器外部電源端子，在無線傳感器不使用電池供電時(shí)提供外部電力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模塊化Zigbee傳感器，其特征在于所述Zigbee無線通信模塊包括JN5148芯片，JN5148芯片的通用I/O 口 4、5、6、7連接至USB模塊中的 USB<->UART轉(zhuǎn)換芯片，用以和主機(jī)端的串行通信JN5148芯片的通用I/O 口 12、13、14、15、 17、18、19、20用以進(jìn)行傳感數(shù)據(jù)的采集，通過扁平電纜連接傳感器模塊中傳感芯片的數(shù)據(jù)輸出；模塊的MISO和RST引腳用作芯片代碼升級；VCC引腳連接電池模塊或者USB接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模塊化Zigbee傳感器，其特征在于所述傳感器模塊通過扁平電纜和Zigbee無線通信模塊的通用I/O 口 12-15，17-20相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模塊化Zigbee傳感器，其特征在于所述USB模塊包括進(jìn)行數(shù)據(jù)格式USB<->UART轉(zhuǎn)換的FT232BM芯片，F(xiàn)T232BM芯片一端連接至Zigbee無線通信模塊的通用I/O 口 4-7，另一端通過普通4針USB插座和主機(jī)端相連，進(jìn)行串行數(shù)據(jù)的USB接口轉(zhuǎn)換。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模塊化Zigbee傳感器，其特征在于所述USB接口的供電電路通過LDO芯片Ii^985進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種模塊化Zigbee傳感器，包括Zigbee無線通信模塊，其特征在于Zigbee無線通信模塊分別與傳感器模塊和USB模塊通信，USB模塊連接USB接口，所述Zigbee無線通信模塊用于數(shù)據(jù)的Zigbee協(xié)議無線傳輸、傳感器模塊控制、和主機(jī)端的串行通信；所述傳感器模塊用于各種傳感數(shù)據(jù)的采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換；所述USB模塊用于串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB接口轉(zhuǎn)換。本實(shí)用新型省去了和主機(jī)端通信時(shí)需要外接的轉(zhuǎn)換線纜，使用方便。
文檔編號H04W88/02GK202121791SQ20112025306
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者劉亮, 張學(xué)孟, 張笑天, 張雷, 徐大可, 王文強(qiáng), 陶保震 申請人:國電南京自動化股份有限公司