專利名稱：一種基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡技術領域，特別是涉及一種基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備。
背景技術：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡因具有靈活性高、可靠性高、成本低等特點，被越來越廣泛的應用在工業(yè)控制現(xiàn)場，進行現(xiàn)場信息的采集和控制。而通信技術和嵌入式技術的日益成熟，大大提高了無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸能力和信息處理能力。名稱為一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的無線通信網(wǎng)關裝置及系統(tǒng)的中國專利(公開號為CN101212373)，提供了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的無線通信網(wǎng)關裝置和通信系統(tǒng)，該技術方案解決了傳統(tǒng)傳感器有線傳輸成本高、安裝復雜、監(jiān)測效率低的缺點，但是仍然不能滿足無線傳感器網(wǎng)絡大容量組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。名稱為一種·無線傳感器網(wǎng)絡網(wǎng)關設備的中國專利(公開號為CN201910929U)，通過ZigBee協(xié)議對大量傳感器節(jié)點通過自組網(wǎng)的方式進行數(shù)據(jù)的傳輸和管理，該技術方案解決了工業(yè)現(xiàn)場大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，但是沒有考慮到網(wǎng)關與多個無線終端之間在單一頻率下傳輸?shù)母蓴_及不同協(xié)議之間的轉換問題。與此同時，以上兩種無線傳感器網(wǎng)關在工業(yè)現(xiàn)場的通用性仍然有很大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是提供一種基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備，以克服現(xiàn)有的無線傳感網(wǎng)絡網(wǎng)關網(wǎng)絡規(guī)模較小、通用性較差的缺陷。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案提供一種基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備，所述設備包括:無線信號匯聚模塊，包括多個工作在不同信道的無線射頻芯片，用于與無線傳感器節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸；其中每個無線射頻芯片與一個無線傳感器節(jié)點網(wǎng)絡進行通信，該無線傳感器節(jié)點網(wǎng)絡由一組與該無線射頻芯片工作在同一頻率下的無線傳感器節(jié)點組成；數(shù)據(jù)轉換模塊，與所述無線信號匯聚模塊連接，用于完成無線/有線異構數(shù)據(jù)通訊模式下通訊協(xié)議的轉換和數(shù)據(jù)的融合；網(wǎng)關通信模塊，與所述數(shù)據(jù)轉換模塊連接，用于實現(xiàn)所述數(shù)據(jù)轉換模塊與遠程控制終端之間的數(shù)據(jù)傳輸；電源模塊，分辨與所述無線信號匯聚模塊、數(shù)據(jù)轉換模塊和網(wǎng)關通信模塊連接，用于為所述述無線信號匯聚模塊、數(shù)據(jù)轉換模塊和網(wǎng)關通信模塊供電。其中，所述無線信號匯聚模塊包括4個無線射頻芯片，所述4個無線射頻芯片分別工作在11信道、16信道、21信道和26信道。其中，所述無線信號匯聚模塊包括8個無線射頻芯片，所述8個無線射頻芯片分別工作在12信道、14信道、16信道、18信道、20信道、22信道、24信道和26信道。其中，所述無線信號匯聚模塊與所述無線傳感器節(jié)點的發(fā)射端和接收端同時使用多個天線進行通信。
其中，所述無線信號匯聚模塊與所述無線傳感器節(jié)點使用多天線的頻分復用技術，通過Zigbee進行數(shù)據(jù)傳輸。其中，所述數(shù)據(jù)轉換模塊與無線信號匯聚模塊之間采用同步串行接口 SPI進行通 目。其中，所述數(shù)據(jù)轉換模塊通過所述網(wǎng)關通信模塊，采用CAN總線、RS485串口或以太網(wǎng)與所述遠程控制終端進行通信。其中，所述電源模塊為AC/DC轉換模塊。其中，所述電源模塊為電池。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有如下優(yōu)點:(I)網(wǎng)關設備成本較低，能夠滿足大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?2)網(wǎng)關設備具有低功耗的優(yōu)點，支持多種供電方式和多種節(jié)電模式，可以采用電池供電，能夠有效的應用于工業(yè)環(huán)境監(jiān)測、森林防火監(jiān)測等無法提供可靠直流電源的室外環(huán)境中。(3)網(wǎng)關設備體積較小，對環(huán)境的適應性較強，可以有效的適應室外復雜惡劣的環(huán)境。(4)網(wǎng)關設備可以用多種通信方式與遠程控制終端進行通信，包括以太網(wǎng)、CAN總線和RS485，可以根據(jù) 實際需要靈活地選擇不同的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，提高了無線傳感器網(wǎng)關的兼容性。(5)網(wǎng)關設備可以實現(xiàn)無線協(xié)議到標準總線的數(shù)據(jù)轉換，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力，便于實現(xiàn)網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)的融合，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省?6)無線信號匯聚模塊采用多天線技術，選用四個無線信號射頻芯片實現(xiàn)與無線傳感節(jié)點的通信。這四個射頻芯片分別工作在信道11、16、21、26，降低了芯片之間信號的干擾，提高了網(wǎng)關的網(wǎng)絡通信規(guī)模。(7)網(wǎng)關設備與無線傳感器節(jié)點之間選用多天線頻分復用技術，多個傳感器終端與四路信號匯聚模塊進行多點對多點傳輸過程時，將不同無線模塊的通信分配在時隙相同而頻率不同的信道上，解決了一個信道只傳輸一路信號時頻帶利用率低的問題。本發(fā)明通過多天線的頻分復用技術可以實現(xiàn)網(wǎng)絡規(guī)模的有效擴展，支持頻率捷變特性，支持自組網(wǎng)技術，可以實現(xiàn)與Internet等有線基礎設施的無縫鏈接,實現(xiàn)實時動態(tài)異構網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合。同時，網(wǎng)關設備采用標準的工業(yè)接口，能夠直接對現(xiàn)有設備進行無線化改造，從而免去重新布線的費用，大大降低二次投入成本。對無線網(wǎng)絡內(nèi)部應用的傳感網(wǎng)，可以通過網(wǎng)關與現(xiàn)有有線局域網(wǎng)或者現(xiàn)場總線兼容，通過智能網(wǎng)關連接Internet、CAN、ModBus等外部網(wǎng)絡，能夠實現(xiàn)各種設備和無線智能前端構成的內(nèi)局域網(wǎng)的實時遠程監(jiān)控，同時能夠滿足多種數(shù)據(jù)傳輸形式的通信要求。


圖1為本發(fā)明實施例的無線傳感器網(wǎng)絡示意圖；圖2為本發(fā)明實施例的一種基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備的結構框圖；圖3為本發(fā)明實施例的數(shù)據(jù)轉換模塊與無線信號匯聚模塊的接線示意圖4為本發(fā)明實施例數(shù)據(jù)轉換模塊與以太網(wǎng)接口模塊的接線示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。對于工業(yè)總線網(wǎng)絡而言，由于采用不同的協(xié)議標準，因此對于智能網(wǎng)關節(jié)點的特性實現(xiàn)需要建立一個功能模塊集成而且能夠隨著未來需求而不斷擴展的模塊化設備，以適用于從早期器件集成到射頻一致性測試和互通測試的各個領域。本發(fā)明涉及嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡技術領域，尤其是一種采用基于多天線技術的頻分復用技術實現(xiàn)對多網(wǎng)絡節(jié)點進行協(xié)同通信和數(shù)據(jù)信息融合的無線傳感網(wǎng)絡智能網(wǎng)關節(jié)點。本發(fā)明實施例的無線傳感器網(wǎng)絡示意圖如圖1所示，該網(wǎng)絡主要由無線傳感器節(jié)點，無線傳感器網(wǎng)關和遠程控制終端組成。無線傳感器節(jié)點根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的實際需求組成了一種樹狀網(wǎng)絡拓撲結構，實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和處理的工作。無線傳感器節(jié)點上的無線射頻收發(fā)模塊與無線傳感器網(wǎng)關上的無線信號匯聚模塊，使用多天線的頻分復用技術，通過Zigbee進行數(shù)據(jù)傳輸。無線傳感器網(wǎng)關將接收到的數(shù)據(jù)按照現(xiàn)場的傳輸要求進行協(xié)議轉換，將數(shù)據(jù)通過有線以太網(wǎng)、CAN總線或RS485等多種方式將信息發(fā)送至遠程監(jiān)控終端。本發(fā)明的網(wǎng)關設備在整個通訊網(wǎng)絡中起到核心的作用。本發(fā)明實施例的一種基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備如圖2所示，所述設備包括無線信號匯聚模塊，包括多個工作在不同信道的無線射頻芯片，用于與無線傳感器節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸；其中每個無線射頻芯片與一個無線傳感器節(jié)點網(wǎng)絡進行通信，該無線傳感器節(jié)點網(wǎng)絡由一組與該無線射頻芯片工作在同一頻率下的無線傳感器節(jié)點組成；數(shù)據(jù)轉換模塊，與所述無線信號匯聚模塊連接，用于完成無線/有線異構數(shù)據(jù)通訊模式下通訊協(xié)議的轉換和數(shù)據(jù)的融合；網(wǎng)關通信模塊，與所述數(shù)據(jù)轉換模塊連接，用于實現(xiàn)所述數(shù)據(jù)轉換模塊與遠程控制終端之間的數(shù)據(jù)傳輸；電源模塊，分辨與所述無線信號匯聚模塊、數(shù)據(jù)轉換模塊和網(wǎng)關通信模塊連接，用于為所述述無線信號匯聚模塊、數(shù)據(jù)轉換模塊和網(wǎng)關通信模塊供電，并對電源狀態(tài)進行監(jiān)控。數(shù)據(jù)轉換模塊是無線傳感器網(wǎng)關的核心部分，主要任務是通過協(xié)議轉換程序，完成無線/有線異構數(shù)據(jù)通訊模式下的協(xié)議轉換。本發(fā)明的數(shù)據(jù)轉換模塊選用STM32F107系列芯片，具有豐富的存儲資源和快捷的內(nèi)核架構。STM32微控制器內(nèi)帶程序存儲器(SRAM)、閃存程序存儲器(FLASH)、時鐘、復位等，2個12位的數(shù)模轉換器、7個定時器和9個通信接口等等。STM32微控制器杰出的功耗控制性能，不僅大大降低了微處理器的功耗，還提高了網(wǎng)關的工作效率。無線信號匯聚模塊負責網(wǎng)關與無線傳感器節(jié)點之間的無線通訊。當前大多無線傳感網(wǎng)關設備選擇采用一個無線射頻模塊實現(xiàn)與無線傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸，而本發(fā)明使用由多個無線射頻芯片組成的無線信號匯聚模塊完成與無線傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸，不僅能夠有效的擴大無線傳感器網(wǎng)絡的通訊規(guī)模，同時提高無線資源的利用效率。為解決網(wǎng)關處理器與無線信號匯聚節(jié)點總線接口之間的一對多，網(wǎng)絡節(jié)點之間的多對多陣列通訊效率問題，數(shù)據(jù)轉換模塊與無線信 號匯聚模塊之間采用SPI (Serial Peripheral Interface,序列周邊接口)進行通訊。SPI接口是在MCU和外圍低速器件之間進行同步串行數(shù)據(jù)傳輸接口，在主器件的移位脈沖下，數(shù)據(jù)按位傳輸，高位在前低位在后，為全雙工通信，速度可達到幾兆比特，可以滿足數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)男枨?。網(wǎng)關通訊模塊負責實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)關與遠程控制終端之間的數(shù)據(jù)的收發(fā)，包括RS485串口和以太網(wǎng)物理接口芯片。RS485串口選用ADM2483芯片，此芯片是ADI推出的一款帶隔離的增強型RS485收發(fā)器，適用于多點總線傳輸線路的雙向數(shù)據(jù)通信。本發(fā)明中以太網(wǎng)接口選用美國國家半導體生產(chǎn)芯片DP83848，提供10/100Mb/s數(shù)據(jù)速率，不僅具有功耗低、單路高速、性價比高的優(yōu)點，還具有通用的網(wǎng)絡接口，可簡化軟硬件開發(fā)流程。STM32微控制器本身支持CAN總線接口。根據(jù)現(xiàn)場的實際網(wǎng)絡部署，微處理器將解壓好的數(shù)據(jù)打包成相應的數(shù)據(jù)幀，通過有線以太網(wǎng)、RS485串口或CAN總線將數(shù)據(jù)發(fā)送至遠程控制終端，完成了無線傳感網(wǎng)與終端發(fā)布設備、監(jiān)測終端、分支通信網(wǎng)和主干通信網(wǎng)的融合。本發(fā)明實施例的數(shù)據(jù)轉換模塊與無線信號匯聚模塊的接線示意圖如圖3所示，本實施例中，無線信號匯聚模塊由四個無線信號射頻芯片組成，選用TI公司生產(chǎn)的CC2530。CC2530是可以運行Zigbee協(xié)議的無線射頻終端，具有數(shù)據(jù)處理效率高、準確度高的優(yōu)點，可以配合功率放大器等射頻前端，提高芯片的接收靈敏度和發(fā)射功率。Zigbee物理協(xié)議棧的物理、MAC 層為 IEEE802.15.4 協(xié)議。IEEE802.15.4 物理層定義了 868MHz、915MHz、2.4GHz三個頻段，在三個頻段上共劃分了 27個信道。本發(fā)明中無線信號射頻芯片工作在ISM2.4G頻段，對應的信道為11 26。無線信號匯聚模塊中四個無線信號射頻芯片分別工作在信道11、16、21、26，通過頻分復用技術組成了一個工作在不同中心頻率下的多天線系統(tǒng)。每個射頻芯片再與若干個無線傳感器節(jié)點組成一個工作在同一頻率下的無線傳感網(wǎng)絡。如此選擇，既可以擴展網(wǎng)絡的通信規(guī)模，提高無線信道的利用率，還能降低射頻芯片之間信道的彼此干擾。無線信號匯聚模塊還可以根據(jù)無線傳感網(wǎng)絡的通信規(guī)模要求拓展到8個射頻芯片，則信道的選擇為12、14、16、18、20、22、24、26工作在8個不同的頻段，同時采用多天線技術實現(xiàn)無線網(wǎng)關與無線傳感器節(jié)點之間多點對多點的傳輸，能夠有效地提高網(wǎng)絡的通信規(guī)模。

無線信號匯聚模塊與傳感器節(jié)點之間的傳輸采用的多天線系統(tǒng)，是指在發(fā)射端和接收端同時使用多個天線的通信系統(tǒng)，也是一種利用無線信道多徑傳播特性的技術，可以被看作是智能天線的擴展。多天線技術能充分利用空間資源，增加無線信道的有效帶寬，大大提升了通信系統(tǒng)的容量。各個射頻芯片選擇不同的頻段進行信號的傳輸，支持頻率捷變特性，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡規(guī)模的有效擴展。參照圖3，STM32通過CHL0_CS CHL3_CS的四個片選信號選通相應節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換。STM32的SPI3_M0S1、SPI3_MIS0與CC2530的IP_D1、IP_D0連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉換模塊與無線信號模塊之間SPI的傳輸。本實施例中將無線信號匯聚模塊配置成SPI從模式，STM32配置為主模式。CHL0_INT接口實現(xiàn)微控制器對4個無線射頻芯片的中斷控制。當無線匯聚節(jié)點部分有數(shù)據(jù)需要傳輸時，使能IO引腳輸出低電平，從而觸發(fā)STM32的外部中斷，STM32在響應中斷的過程中讀取對應的無線數(shù)據(jù)。當需要向匯聚節(jié)點發(fā)送控制指令或者數(shù)據(jù)時，STM32只需按照普通SPI從設備寫操作可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的下發(fā)，匯聚節(jié)點CC2530進行相應的數(shù)據(jù)解析與處理。STM32的USART 1_RX、USART 1_TX與無線信號匯聚模塊的RS232_TX、RS232_RX連接，完成了數(shù)據(jù)轉換模塊與無線信號匯聚模塊在UART模式下的數(shù)據(jù)傳輸。SPI3_SCK與IP_CLK的連接負責時鐘信號的控制。本實施例通過對各個從設備的調(diào)度，實現(xiàn)了多個并行傳感器網(wǎng)絡無線側與主處理器之間的無縫通信。圖4為本發(fā)明實施例數(shù)據(jù)轉換模塊與以太網(wǎng)接口模塊的接線示意圖。以太網(wǎng)接口芯片為無線傳感器網(wǎng)關提供接入有線以太網(wǎng)的物理通道，是以太網(wǎng)中各節(jié)點的通信基礎和無線/有線異構網(wǎng)絡中信息傳遞和管理的重要環(huán)節(jié)。本實施例中以太網(wǎng)接口模塊選擇工作在MII模式通信，傳輸速度是25MHz。如圖4所示:MII數(shù)據(jù)接口總共需要16個信號，其中，MII_TXD0 MII_TXD3為發(fā)送數(shù)據(jù)線，MII_RXD0 MII_RXD3為接收數(shù)據(jù)線，以4位半字節(jié)方式實現(xiàn)的數(shù)據(jù)雙向傳輸。MII_TX_CLK是由以太網(wǎng)接口芯片提供給微處理器芯片的時鐘信號，發(fā)送參考時鐘TX_CLK和接收參考時鐘RX_CLK的頻率均為125MHz(1000Mbps/8=125MHz)。無線信號匯聚模塊與無線傳感器節(jié)點通過Zigbee完成數(shù)據(jù)傳輸，收集到的信息為Zigbee協(xié)議格式的數(shù)據(jù)幀。將采集到的信息進行解壓提取，并通過SPI發(fā)送至數(shù)據(jù)轉換模塊。數(shù)據(jù)轉換模塊按照現(xiàn)場的實際網(wǎng)絡部署，通過相應的協(xié)議轉換程序進行處理后將數(shù)據(jù)寫入相應的通訊接口控制模塊，如由以太網(wǎng)接口控制模塊將數(shù)據(jù)包封裝TCP/IP協(xié)議格式發(fā)送到以太網(wǎng)的監(jiān)控計算機。反之，遠程控制終端將無線傳感器節(jié)點控制和配置數(shù)據(jù)，通過相反的方向通過以太網(wǎng)發(fā)送出去。協(xié)議轉換程序作為網(wǎng)關的上層應用程序，與網(wǎng)關硬件相結合，通過無線信號匯 聚模塊與無線傳感器節(jié)點設備進行通信。協(xié)議轉換程序獲得無線傳感網(wǎng)中節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)信息和附加信息后，通過判斷數(shù)據(jù)報文的目的地，進行正確的解析、處理和轉發(fā)，實現(xiàn)無線網(wǎng)關與遠程監(jiān)控終端在不同方式下通信。本發(fā)明實施例中，所述電源模塊為AC/DC轉換模塊，也可以采用電池。在本發(fā)明的基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備中，無線信號匯聚模塊負責采集無線傳感器終端的信息，并將收集到的信號通過數(shù)據(jù)轉換模塊匯總融合，根據(jù)現(xiàn)場的實際網(wǎng)絡部署，選擇使用有線以太網(wǎng)、CAN總線或RS485等多種通信方式將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至遠程監(jiān)控終端。其中，無線信號匯聚模塊與無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點終端之間進行數(shù)據(jù)傳輸時，選用多天線技術和頻分復用技術實現(xiàn)多點對多點的通信，不但提高了現(xiàn)場信道復用率，而且可以使通道容量可根據(jù)各個模塊的工作要求動態(tài)地交換信道。數(shù)據(jù)轉換模塊將收集來的數(shù)據(jù)，按照網(wǎng)絡傳輸要求進行數(shù)據(jù)協(xié)議的轉換和封裝，并將封裝好的信號傳輸給遠程控制終端，可以提高網(wǎng)關設備在工業(yè)現(xiàn)場的通用性。從上述技術方案可以看出，本發(fā)明提供的無線傳感器網(wǎng)絡網(wǎng)關設備，具有成本低、功耗低、覆蓋面廣的特點，將ZigBee技術和有線以太網(wǎng)等多種通信方式應用在無線傳感器網(wǎng)絡傳輸中，提高了無線傳感網(wǎng)絡網(wǎng)關設備在工業(yè)現(xiàn)場的通用性。本發(fā)明采用多天線的頻分復用技術，提高了通信系統(tǒng)中頻帶利用率，解決了無線傳感器節(jié)點與網(wǎng)關模塊之間，多點對多點傳輸時大容量傳輸?shù)耐ㄐ乓蟊景l(fā)明實施例的技術方案具有如下優(yōu)點:(I)網(wǎng)關設備成本較低，能夠滿足大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?2)網(wǎng)關設備具有低功耗的優(yōu)點，支持多種供電方式和多種節(jié)電模式，可以采用電池供電，能夠有效的應用于工業(yè)環(huán)境監(jiān)測、森林防火監(jiān)測等無法提供可靠直流電源的室外環(huán)境中。(3)網(wǎng)關設備體積較小，對環(huán)境的適應性較強，可以有效的適應室外復雜惡劣的環(huán)境。(4)網(wǎng)關設備可以用多種通信方式與遠程控制終端進行通信，包括以太網(wǎng)、CAN總線和RS485，可以根據(jù)實際需要靈活地選擇不同的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，提高了無線傳感器網(wǎng)關的兼容性。(5)網(wǎng)關設備可以實現(xiàn)無線協(xié)議到標準總線的數(shù)據(jù)轉換，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力，便于實現(xiàn)網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)的融合，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省?6)無線信號匯聚模塊采用多天線技術，選用四個無線信號射頻芯片實現(xiàn)與無線傳感節(jié)點的通信。這四個射頻芯片分別工作在信道11、16、21、26，降低了芯片之間信號的干擾。提高了網(wǎng)關的網(wǎng)絡通信規(guī)模。(7)網(wǎng)關設備與無線傳感器節(jié)點之間選用多天線頻分復用技術，多個傳感器終端與四路信號匯聚模塊進行多點對多點傳輸過程時，將不同無線模塊的通信分配在時隙相同而頻率不同的信道上，解決了一個信道只傳輸一路信號時頻帶利用率低的問題。本發(fā)明通過多天線的頻分復用技術可以實現(xiàn)網(wǎng)絡規(guī)模的有效擴展，支持頻率捷變特性，支持自組網(wǎng)技術，可以實現(xiàn)與Internet等有線基礎設施的無縫鏈接,實現(xiàn)實時動態(tài)異構網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合。同時，網(wǎng)關設備采用標準的工業(yè)接口，能夠直接對現(xiàn)有設備進行無線化改造，從而免去重新布線的費用，大大降低二次投入成本。對無線網(wǎng)絡內(nèi)部應用的傳感網(wǎng)，可以通過網(wǎng)關與現(xiàn)有有線局域網(wǎng)或者現(xiàn)場總線兼容，通過智能網(wǎng)關連接Internet、CAN、ModBus等外部網(wǎng)絡，能夠實現(xiàn)各種設備和無線智能前端構成的內(nèi)局域網(wǎng)的實時遠程監(jiān)控，同時能夠滿足多種數(shù)據(jù)傳輸形式的通信要求。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還 可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備，其特征在于，所述設備包括: 無線信號匯聚模塊，包括多個工作在不同信道的無線射頻芯片，用于與無線傳感器節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸；其中每個無線射頻芯片與一個無線傳感器節(jié)點網(wǎng)絡進行通信，該無線傳感器節(jié)點網(wǎng)絡由一組與該無線射頻芯片工作在同一頻率下的無線傳感器節(jié)點組成； 數(shù)據(jù)轉換模塊，與所述無線信號匯聚模塊連接，用于完成無線/有線異構數(shù)據(jù)通訊模式下通訊協(xié)議的轉換和數(shù)據(jù)的融合； 網(wǎng)關通信模塊，與所述數(shù)據(jù)轉換 模塊連接，用于實現(xiàn)所述數(shù)據(jù)轉換模塊與遠程控制終端之間的數(shù)據(jù)傳輸； 電源模塊，分辨與所述無線信號匯聚模塊、數(shù)據(jù)轉換模塊和網(wǎng)關通信模塊連接，用于為所述述無線信號匯聚模塊、數(shù)據(jù)轉換模塊和網(wǎng)關通信模塊供電。
2.如權利要求1所述的基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備，其特征在于，所述無線信號匯聚模塊包括4個無線射頻芯片，所述4個無線射頻芯片分別工作在11信道、16信道、21信道和26信道。
3.如權利要求1所述的基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備，其特征在于，所述無線信號匯聚模塊包括8個無線射頻芯片，所述8個無線射頻芯片分別工作在12信道、14信道、16信道、18信道、20信道、22信道、24信道和26信道。
4.如權利要求2或3所述的基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備，其特征在于，所述無線信號匯聚模塊與所述無線傳感器節(jié)點的發(fā)射端和接收端同時使用多個天線進行通信。
5.如權利要求4所述的基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備，其特征在于，所述無線信號匯聚模塊與所述無線傳感器節(jié)點使用多天線的頻分復用技術，通過Zigbee進行數(shù)據(jù)傳輸。
6.如權利要求2或3所述的基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備，其特征在于，所述數(shù)據(jù)轉換模塊與無線信號匯聚模塊之間采用SPI進行通信。
7.如權利要求2或3所述的基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備，其特征在于，所述數(shù)據(jù)轉換模塊通過所述網(wǎng)關通信模塊，采用CAN總線、RS485串口或以太網(wǎng)與所述遠程控制終端進行通信。
8.如權利要求2或3所述的基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備，其特征在于，所述電源模塊為AC/DC轉換模塊。
9.如權利要求2或3所述的基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備，其特征在于，所述電源模塊為電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于多天線的數(shù)據(jù)信息融合網(wǎng)關設備，該設備中無線信號匯聚模塊負責采集無線傳感器終端的信息，并將收集到的信號通過數(shù)據(jù)轉換模塊匯總融合，根據(jù)現(xiàn)場的實際網(wǎng)絡部署，選擇使用有線以太網(wǎng)、CAN總線或RS485等多種通信方式將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至遠程監(jiān)控終端。其中，無線信號匯聚模塊與無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點終端之間進行數(shù)據(jù)傳輸時，選用多天線技術和頻分復用技術實現(xiàn)多點對多點的通信，不但提高了現(xiàn)場信道復用率，而且可以使通道容量可根據(jù)各個模塊的工作要求動態(tài)地交換信道。數(shù)據(jù)轉換模塊將收集來的數(shù)據(jù)，按照網(wǎng)絡傳輸要求進行數(shù)據(jù)協(xié)議的轉換和封裝，并將封裝好的信號傳輸給遠程控制終端，可以提高網(wǎng)關設備在工業(yè)現(xiàn)場的通用性。
文檔編號H04W88/16GK103248542SQ201310106238
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權日2013年3月28日
發(fā)明者關新平, 安輝, 袁亞洲, 許齊敏 申請人:燕山大學