物聯(lián)網通信節(jié)點的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種物聯(lián)網通信節(jié)點，用于實現(xiàn)現(xiàn)場設備與網關設備之間的通信連接，具有這樣的特征，包括：電源管理部，與外部供電裝置相連接，用于將外部供電裝置提供的外部電壓轉換為額定工作電壓；數(shù)據(jù)接口部，與現(xiàn)場設備相連接，用于進行信息傳輸；數(shù)據(jù)處理部，與數(shù)據(jù)接口部相連接，用于對傳輸來的數(shù)據(jù)信息進行解析處理、調制或解調處理、巴倫變換處理、濾波處理以及放大處理，從而得到相應的可用數(shù)據(jù)信息；以及通信部，與數(shù)據(jù)處理部相連接，基于預定通信規(guī)則與網關設備相無線通信連接，其中，預定通信規(guī)則包含：自動入網機制、MESH組網機制、時間同步機制以及跳頻機制。本發(fā)明能夠實現(xiàn)現(xiàn)場設備的運行數(shù)據(jù)信息實時、安全、可靠地進行無線傳輸。
【專利說明】
物聯(lián)網通信節(jié)點
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于物聯(lián)網領域，具體涉及一種能夠實現(xiàn)現(xiàn)場設備的運行數(shù)據(jù)信息實時、安全、可靠地進行無線傳輸?shù)奈锫?lián)網通信節(jié)點。
【背景技術】
[0002]隨著通信技術的快速發(fā)展，信息的交換與通信已由人與人之間，逐漸擴展到了物與物之間，由此產生了物聯(lián)網這一概念。物聯(lián)網是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感裝置，按照統(tǒng)一的協(xié)議標準，把物與互聯(lián)網連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。
[0003]—般，物聯(lián)網通信系統(tǒng)主要包含節(jié)點模塊和網關設備兩大部分。其中，節(jié)點模塊的數(shù)量與現(xiàn)場設備的信息傳感裝置的數(shù)量相匹配，即、節(jié)點模塊與信息傳感裝置相一一對應連接。而且，所有的節(jié)點模塊與網關設備之間基于預定通信規(guī)則相通信連接。這樣，當現(xiàn)場設備產生運行數(shù)據(jù)信息時，首先，經由信息傳感裝置傳輸至相應的節(jié)點模塊，然后，由節(jié)點模塊將運行數(shù)據(jù)信息發(fā)送至網關設備，最后由網關設備將運行數(shù)據(jù)信息發(fā)送到外網中相應的遠程監(jiān)控設備。
[0004]目前，兩個節(jié)點模塊之間大都是采用有線的方式相通信連接，這樣，雖然兩個節(jié)點之間的通信安全性較高，但是，對現(xiàn)場設備的物理位置和空間限制很大，不便于現(xiàn)場設備移動。而且，采用有線的方式連接，當節(jié)點模塊的數(shù)量比較多時，勢必導致布線線路復雜，而且成本高。
[0005]為了解決上述那樣的問題，節(jié)點模塊之間采用無線方式通信連接已成為發(fā)展趨勢。然而，在工業(yè)領域，由于工業(yè)生產環(huán)境復雜，存在諸多干擾因素，例如現(xiàn)場設備自身產生的電磁輻射和干擾、電磁波、噪聲、靜電等，這樣，必然會對節(jié)點模塊與網關設備之間的通信造成干擾，導致運行數(shù)據(jù)信息無法安全、可靠地傳輸?shù)竭h程監(jiān)控設備中。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種能夠實現(xiàn)現(xiàn)場設備的運行數(shù)據(jù)信息實時、安全、可靠地進行無線傳輸?shù)奈锫?lián)網通信節(jié)點。
[0007]本發(fā)明提供了一種物聯(lián)網通信節(jié)點，用于實現(xiàn)現(xiàn)場設備與網關設備之間的通信連接，具有這樣的特征，包括:電源管理部，與外部供電裝置相連接，用于將外部供電裝置提供的外部電壓轉換為額定工作電壓;數(shù)據(jù)接口部，與現(xiàn)場設備相連接，用于進行信息傳輸;數(shù)據(jù)處理部，與數(shù)據(jù)接口部相連接，用于對傳輸來的數(shù)據(jù)信息進行解析處理、調制或解調處理、巴倫變換處理、濾波處理以及放大處理，從而得到相應的可用數(shù)據(jù)信息；以及通信部，與數(shù)據(jù)處理部相連接，基于預定通信規(guī)則與網關設備相無線通信連接，其中，預定通信規(guī)則包含:自動入網機制、MESH組網機制、時間同步機制以及跳頻機制。
[0008]在本發(fā)明提供的物聯(lián)網通信節(jié)點中，還可以具有這樣的特征:其中，當存在待入網的物聯(lián)網通信節(jié)點時，該待入網物聯(lián)網通信節(jié)點首先對預定范圍內的其它物聯(lián)網通信節(jié)點發(fā)出的信息進行偵聽，在偵聽到任意一個物聯(lián)網通信節(jié)點的信息后，待入網物聯(lián)網通信節(jié)點將入網請求信息發(fā)送至被偵聽到的物聯(lián)網通信節(jié)點從而發(fā)送至網關設備，網關設備對待入網物聯(lián)網通信節(jié)點進行入網信息配置，實現(xiàn)該待入網物聯(lián)網通信節(jié)點自動入網。
[0009]在本發(fā)明提供的物聯(lián)網通信節(jié)點中，還可以具有這樣的特征:其中，MESH組網機制為:每個通信部的網絡層協(xié)議中預先設定多個通信鏈路。
[0010]在本發(fā)明提供的物聯(lián)網通信節(jié)點中，還可以具有這樣的特征:其中，時間同步機制為:一旦物聯(lián)網通信節(jié)點與網關設備進行通信，網關設備則對該物聯(lián)網通信節(jié)點的時鐘信息進行同步。
[0011]在本發(fā)明提供的物聯(lián)網通信節(jié)點中，還可以具有這樣的特征:其中，跳頻機制為:物聯(lián)網通信節(jié)點基于網關設備分配的信道切換使用進行通信。
[0012]發(fā)明的作用與效果
[0013]根據(jù)本發(fā)明所涉及的物聯(lián)網通信節(jié)點，因為數(shù)據(jù)接口部能夠在現(xiàn)場設備與數(shù)據(jù)處理部之間進行信息傳輸，數(shù)據(jù)處理部能夠對數(shù)據(jù)接口部或通信部傳輸來的數(shù)據(jù)進行解析處理、調制或解調處理、濾波處理以及放大處理，電源管理部能夠將外部供電裝置提供的外部電壓轉換為物聯(lián)網通信節(jié)點工作所需的額定工作電壓，通信部與網關設備之間基于預定通信規(guī)則相無線通信連接，該預定通信規(guī)則包含自動入網機制、MESH組網機制、時間同步機制以及跳頻機制，所以，本發(fā)明的物聯(lián)網通信節(jié)點通過實現(xiàn)MESH組網、同步跳頻、時間同步功能，從而實現(xiàn)了對現(xiàn)場設備的運行數(shù)據(jù)信息實時地進行安全可靠的無線傳輸，抗干擾能力強，能夠在苛刻的環(huán)境下實現(xiàn)無線通信。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的實施例中物聯(lián)網系統(tǒng)的結構示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明的實施例中物聯(lián)網通信節(jié)點的結構框圖；
[0016]圖3是本發(fā)明的實施例中數(shù)據(jù)處理部的主體部的電路示意圖；以及
[0017]圖4是本發(fā)明的實施例中數(shù)據(jù)處理部的另一部分電路示意圖。
【具體實施方式】
[0018]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，以下實施例結合附圖對本發(fā)明的物聯(lián)網通信節(jié)點作具體闡述。
[0019]在本實施例中，以農業(yè)智能大棚的物聯(lián)網系統(tǒng)為例進行詳細說明。
[0020]圖1是本發(fā)明的實施例中物聯(lián)網系統(tǒng)的結構示意圖。
[0021]如圖1所示，物聯(lián)網系統(tǒng)1000包括大棚200、用于實現(xiàn)對該大棚200進行監(jiān)控的物聯(lián)網通信子系統(tǒng)100、以及與物聯(lián)網通信子系統(tǒng)100通過第一通信網絡300相通信連接的客戶端400。
[0022]在本實施例中，大棚200整體作為一個現(xiàn)場設備，用于進行農業(yè)生產。為了使大棚200所形成的空間中的農作物或植物生長良好，在大棚200中安裝有溫度傳感器210、光照傳感器220、灌溉控制閥230以及空氣質量傳感器240。該四個器件作為信息傳感裝置，分別用于實時采集大棚200所形成的內環(huán)境的濕度信息、光照強度信息、閥門狀態(tài)信息以及空氣質量信息O
[0023]物聯(lián)網通信子系統(tǒng)100用于實現(xiàn)對大棚200的運行數(shù)據(jù)信息(S卩、濕度信息、光照強度信息、閥門狀態(tài)信息以及空氣質量信息)進行遠程監(jiān)控。它包含四個物聯(lián)網通信節(jié)點10、一個網關設備20以及通過第二通信網絡30與網關設備20相通信連接的云處理終端40。
[0024]四個物聯(lián)網通信節(jié)點10與大棚200中的溫度傳感器210、光照傳感器220、灌溉控制閥230以及空氣質量傳感器240—一對應連接。用于將各自的傳感器采集到運行數(shù)據(jù)信息發(fā)送至網關設備20。
[0025]網關設備20用于接收來自所有物聯(lián)網通信節(jié)點10的運行數(shù)據(jù)信息，進一步對接收到的運行數(shù)據(jù)信息進行協(xié)議轉換，最后，通過第二通信網絡30將轉換后的運行數(shù)據(jù)信息發(fā)送至云處理終端40中。在本實施例中，第二通信網絡30可以為WIFI網絡、2G通信網絡、3G通信網絡或以太網等。
[0026]云處理終端40，一方面通過第二通信網絡30接收網關設備20發(fā)送來的運行數(shù)據(jù)信息，進一步對該運行數(shù)據(jù)信息進行存儲、分析等預先設定的處理。另一方面，通過第一通信網絡300與客戶端400相通信連接。
[0027]客戶端400通過第一通信網絡300與云處理終端40進行通信，從而訪問云處理終端40所接收到的運行數(shù)據(jù)信息，從而讓客戶實時監(jiān)控大棚200的所有運行數(shù)據(jù)信息。在本實施例中，客戶端400為PC機;第一通信網絡300可以為WIFI網絡、2G通信網絡、3G通信網絡或以太網等通信網絡。
[0028]另外，客戶還可以通過客戶端400發(fā)送與運行數(shù)據(jù)信息相對應的控制信息至云處理終端40，云處理終端40通過第二通信網絡30將接收到的控制信息發(fā)送至網關設備20，網關設備20基于預定通信規(guī)則將接收到的控制信息發(fā)送至相對應的物聯(lián)網通信節(jié)點10，物聯(lián)網通信節(jié)點10將該控制信息傳輸給相應的傳感器，使得大棚200執(zhí)行與該控制信息相對應的操作。這里，控制信息的形式為電磁波信號。
[0029]具體地，以閥門狀態(tài)信息為例，客戶在客戶端400發(fā)出作為控制信息(例如“完全打開閥門”、“打開一半閥門”、“關閉閥門”等)，該控制信息經由第一通信網絡300發(fā)送至云處理終端40中，云處理終端40接收到該控制信息后通過第二通信網絡30將其發(fā)送至網關設備20中，網關設備20基于預定通信規(guī)則將接收到的控制信息發(fā)送至與灌溉控制閥230相連接的物聯(lián)網通信節(jié)點10中，該物聯(lián)網通信節(jié)點10將該控制信息傳輸給灌溉控制閥230，該灌溉控制閥230的控制器基于接收到的控制信息執(zhí)行相應的操作(S卩、打開閥門或關閉閥門)。
[0030]在本實施例中，雖然大棚200中安裝了四個不同的信息傳感裝置，但是物聯(lián)網通信子系統(tǒng)100中的四個物聯(lián)網通信節(jié)點10的結構是完全相同，也就是說，任意一個物聯(lián)網通信節(jié)點10都能夠匹配不同的信息傳感裝置。
[0031]以下具體闡述物聯(lián)網通信節(jié)點10的具體結構:
[0032]在此，僅對其中圖1中最右側的物聯(lián)網通信節(jié)點10進行詳細說明，省略對其它三個物聯(lián)網通信節(jié)點10的詳細說明。
[0033]該物聯(lián)網通信節(jié)點10與灌溉控制閥230相連接，不僅能夠將灌溉控制閥230采集到的閥門狀態(tài)信息發(fā)送至網關設備20中，還能夠接收網關設備20發(fā)送來的與閥門狀態(tài)信息相對應的控制信息。也就是說，該物聯(lián)網通信節(jié)點10實現(xiàn)了大棚200與網關設備20之間進行通
?目O
[0034]圖2是本發(fā)明的實施例中物聯(lián)網通信節(jié)點的結構框圖。
[0035]如圖2所示，物聯(lián)網通信節(jié)點10包括電源管理部11、數(shù)據(jù)接口部12、數(shù)據(jù)處理部13、通信部14以及控制上述各部運行的控制部15。
[0036]電源管理部11與圖中未顯示的外部供電裝置相連接，用于將外部供電裝置提供的外部電壓轉換為物聯(lián)網通信節(jié)點10工作所需的額定工作電壓。在本實施例中，外部供電裝置為220V交流電源，額定工作電壓為3.3V。
[0037]數(shù)據(jù)接口部12的一端與灌溉控制閥230相連接，另一端與數(shù)據(jù)處理部13相連接，用于在灌溉控制閥230和數(shù)據(jù)處理部13之間進行信息傳輸，例如、將灌溉控制閥230采集到的閥門狀態(tài)信息傳輸至數(shù)據(jù)處理部13中。
[0038]在本實施例中，數(shù)據(jù)接口部12包含USB接口模塊、RS232接口模塊、RS485接口模塊、SPI接口模塊、IIC接口模塊、AD接口模塊、1接口模塊等。在實際應用中，根據(jù)灌溉控制閥230所預設的接口模塊，在數(shù)據(jù)接口部12中選擇相應的接口模塊并使用傳輸線連接數(shù)據(jù)接口部12與灌溉控制閥230。
[0039]數(shù)據(jù)處理部13與數(shù)據(jù)接口部12相連接，用于對由數(shù)據(jù)接口部12輸入的運行數(shù)據(jù)信息(例如、灌溉控制閥230采集到的閥門狀態(tài)信息)依次進行解析處理、調制處理、巴倫變換處理、濾波處理以及放大處理;還用于對通信部14接收到的由網關設備20發(fā)送來的控制信息(例如、與閥門狀態(tài)信息相對應的控制信息)依次進行放大處理、濾波處理、巴倫變換處理、解調處理以及解析處理，從而得到相應的可用數(shù)據(jù)信息。
[0040]在本實施例中，數(shù)據(jù)處理部13采用的是型號為MC13255的芯片作為主體部以及外接的其它模塊來實現(xiàn)的。具體地，
[0041]圖3是本發(fā)明的實施例中數(shù)據(jù)處理部的主體部的電路示意圖。
[0042]如圖3所示，數(shù)據(jù)處理部13具有電源電壓輸入端口 13a、第一通信端口 13b、第二通信端口 13c。
[0043]在數(shù)據(jù)處理部13中，將編號為“45”的VBATT引腳作為電源電壓輸入端口13a，將編號為“15”、“16”、“23”、“24”、“25”、“26”的六個引腳作為第一通信端口 13b，并且將編號為“60”的引腳作為信息輸入輸出端口 131;將編號為“52”的引腳作為控制物聯(lián)網通信節(jié)點10執(zhí)行發(fā)送功能的發(fā)送信號輸出端口，將編號為“59”的引腳作為控制物聯(lián)網通信節(jié)點10執(zhí)行接收功能的接收信號輸出端口。
[0044]其中，編號為“15”的引腳用于輸出數(shù)字量的閥門狀態(tài)信息；編號為“16”的引腳用于輸入數(shù)字量的閥門狀態(tài)信息;編號為“23”、“24”、“25”以及“26”的引腳分別用于輸入或輸出模擬量的閥門狀態(tài)信息或控制信息。
[0045]由上可知，當灌溉控制閥230采集到的濕度信息的形式為數(shù)字量時，它則由編號為“16”的引腳輸入數(shù)據(jù)處理部13中。
[0046]當灌溉控制閥230采集到的閥門狀態(tài)信息的形式為模擬量或開關量時，該閥門狀態(tài)信息經由數(shù)據(jù)接口部12后，經過編號為“23”的引腳進入數(shù)據(jù)處理部13中。此時，數(shù)據(jù)處理部13中集成有圖中未顯示的采樣處理模塊，通過該采樣處理模塊對灌溉控制閥230采集到的閥門狀態(tài)信息進行采樣處理，從而得到與該閥門狀態(tài)信息相對應的數(shù)字量的閥門狀態(tài)信息。
[0047]數(shù)據(jù)處理部13的解析處理、調制處理以及解調處理由芯片MC13255中集成的各個模塊實現(xiàn)。其中，
[0048]解析處理過程為:首先對灌溉控制閥230采集到的閥門狀態(tài)信息轉換為可處理的閥門開度值;然后，在數(shù)據(jù)鏈路層將該閥門開度值封裝成數(shù)據(jù)幀、并基于硬件攜帶的加密算法(例如AES-128加密算法)對該數(shù)據(jù)幀進行加密;其次，將加密后的數(shù)據(jù)幀在網絡層形成數(shù)據(jù)包；最后，在應用層基于網關設備20分配的唯一的密鑰對數(shù)據(jù)包進行二次加密形成新的數(shù)據(jù)包。
[0049]調制處理過程為:將解析處理后的數(shù)據(jù)包轉換為相對應的電磁波信號。
[0050]解調處理過程為:將網關設備20發(fā)送來的電磁波信號形式的控制信息轉換為數(shù)字量的控制信息。
[0051]數(shù)據(jù)處理部13的巴倫變換處理、濾波處理以及放大處理三個功能由與主體部相連接的其它外接模塊實現(xiàn)。如下:
[0052]圖4是本發(fā)明的實施例中數(shù)據(jù)處理部的另一部分電路示意圖。
[0053]如圖4所示，數(shù)據(jù)處理部13包含巴倫變換回路13d、收發(fā)切換回路13e、兩個型濾波回路13f以及放大處理回路13g。
[0054]巴倫變換回路13d用于對相應的電磁波信號進行巴倫變換處理，從而提高電磁波信號的差分性。該巴倫變換回路13d包含:變換用電感13d-l、第一變換用電容13d-2以及第二變換用電容13d-3。
[0055]變換用電感13d-l的一端與信息輸入輸出端口131相連接，另一端接地，用于吸收電磁波信號中的低頻電磁波，起到通低阻高的作用。
[0056]第一變換用電容13d-2的一端與信息輸入輸出端口131相連接，另一端接地，用于過濾電磁波信號中的紋波或雜波。
[0057]第二變換用電容13d-3的一端與變換用電感13d-l的一端相連接，另一端與第一變換用電容13d-2的一端相連接，用于過濾電磁波信號中攜帶的低頻電荷。
[0058]由上可知，每個物聯(lián)網通信節(jié)點10既具有發(fā)送功能，又具有接收功能，然而，同一時間，一個物聯(lián)網通信節(jié)點10僅能執(zhí)行發(fā)送功能和接收功能中的一個。
[0059]基于上述問題，數(shù)據(jù)處理部13中設置了收發(fā)切換回路13e，該收發(fā)切換回路13e設置在巴倫變換回路13d和兩個型濾波回路13f之間，用于基于物聯(lián)網通信節(jié)點10的發(fā)送與接收功能進行切換導通，從而形成相應的發(fā)送回路或接收回路。在本實施例中，收發(fā)切換回路13e米用的是型號為sw408的芯片來實現(xiàn)。
[0060]該收發(fā)切換回路13e具有發(fā)送用控制信號輸入端口13e_l、接收用控制信號輸入端口 13e-2、數(shù)據(jù)信號輸入輸出端口 13e-3、發(fā)送用信號輸出端口 13e-4以及接收用信號輸入端口 13e_5。在本實施例中，該收發(fā)切換回路13e的初始狀態(tài)設置為保持接收回路導通狀態(tài)，當需要發(fā)送運行數(shù)據(jù)信息時，由數(shù)據(jù)處理部13輸出發(fā)送控制信息，使得收發(fā)切換回路13e為保持發(fā)送回路導通狀態(tài)，在運行數(shù)據(jù)信息發(fā)送完畢后，再切換回初始狀態(tài)。
[0061 ]在芯片SW408中，將編號為“4”的引腳作為發(fā)送用控制信號輸入端口 13e_l，用于輸入發(fā)送功能相對應的發(fā)送控制信號；將編號為“6”的引腳作為接收用控制信號輸入端口13e-2，用于輸入與接收功能相對應的接收控制信號;將編號“5”的引腳作為數(shù)據(jù)信號輸入輸出端口 13e-3，用于輸入或輸出相應的電磁波信號;將編號“I”的引腳作為發(fā)送用信號輸出端口 13e-4，用于輸出進行巴倫變換處理后的電磁波信號；將編號“3”的引腳作為接收用信號輸入端口 13e_5，用于輸入型濾波回路13f進行濾波處理后的電磁波信號;將編號“2”的引腳作為接地端口。
[0062]當發(fā)送控制信號由發(fā)送用控制信號輸入端口13e_l輸入后，數(shù)據(jù)信號輸入輸出端口 13e-3與發(fā)送用信號輸出端口 13e-4之間形成通路;當接收控制信號由接收用控制信號輸入端口 13e-2輸入后，接收用信號輸入端口 13e-5與數(shù)據(jù)信號輸入輸出端口 13e-3之間形成通路。
[0063]兩個JT型濾波回路13f都連接在收發(fā)切換回路13e與放大處理回路13g之間，并且分別位于收發(fā)切換回路13e的發(fā)送回路和接收回路上，用于對相應的電磁波信號進行濾波處理，從而濾除該電磁波信號中的雜波等干擾信號。
[0064]在本實施例中，兩個Ji型濾波回路13f的結構完全相同，在此僅對連接在收發(fā)切換回路13e的發(fā)送回路上的型濾波回路13f進行詳細說明。
[0065]該型濾波回路13f包含第一濾波用電容13f_l、第二濾波用電容13f_2以及濾波用電感13f-3。
[0066]第一濾波用電容13f_l的一端與收發(fā)切換回路13e的“I”號引腳相連接，另一端接地。
[0067]第二濾波用電容13f_2的一端與收發(fā)切換回路13e的“I”號引腳相連接，另一端接地。
[0068]濾波用電感13f_3的一端與第一濾波用電容13f_l的一端相連接，另一端與第二濾波用電容13f_2的一端相連接。
[0069]放大處理回路13g連接在兩個型濾波回路13f和通信部14之間，用于對電磁波信號進行放大處理，從而增加信號的準確性。在本實施例中，放大處理回路13g采用的是具有型號為RFX2402E的芯片的功率放大器。
[0070]該放大處理回路13g包含發(fā)送用信號輸入端口13g_l、接收用信號輸出端口 13g_2以及信號輸入輸出端口 13g_3。這里，信號輸入輸出端口 13g-3作為數(shù)據(jù)處理部13的第二通信端口 13c。
[0071 ]在芯片RFX2402E中，將編號為“4”的引腳作為發(fā)送用信號輸入端口 13g_l，用于輸入經過型濾波處理的電磁波信號;將編號為“I”的引腳作為接收用信號處理端口 13g-2，用于輸出經放大處理后的電磁波信號;將編號為“10”的引腳作為第二通信端口 13c，用于輸出作為待發(fā)送信號的放大處理后的電磁波信號，或者輸入通信部14接收到的電磁波信號形式的控制信息。
[0072]通信部14通過第二通信端口 13c與數(shù)據(jù)處理部13相連接，并且基于預定通信規(guī)則與網關設備20無線通信連接，從而實現(xiàn)將灌溉控制閥230采集到的閥門狀態(tài)信息發(fā)送至網關設備20中，或者接收網關設備20發(fā)送來的與運行數(shù)據(jù)信息相對應的控制信息。
[0073]在本實施例中，通信部14采用的是與數(shù)據(jù)處理部13相連接的天線裝置，該天線裝置的輸入輸出端口 14a與放大處理回路13g的第二通信端口 13c相連接，從而實現(xiàn)將放大處理回路13g輸出的待發(fā)送信號發(fā)送至網關設備20，或者將接收到的網關設備20發(fā)送來的控制信號傳輸給放大處理回路13g。
[0074]這里，每個物聯(lián)網通信節(jié)點10集成了符合WirelessHart協(xié)議標準射頻收發(fā)器和微處理器，預定通信規(guī)則預先設定在所有物聯(lián)網通信節(jié)點10和網關設備20中，它包含自動入網機制、MESH組網機制、時間同步機制以及跳頻機制。具體地，
[0075]自動入網機制為:
[0076]當存在新的物聯(lián)網通信節(jié)點10需要入網時，該物聯(lián)網通信節(jié)點10首先對預定范圍內的其它物聯(lián)網通信節(jié)點10發(fā)出的廣播信息進行偵聽，當收到信息后，它就將其入網請求信息經由被偵聽到的物聯(lián)網通信節(jié)點10發(fā)送至網關設備20，網關設備20收到該入網請求信息后，則發(fā)送相應信息、并對該新的物聯(lián)網通信節(jié)點10進行入網信息配置，從而實現(xiàn)該新的物聯(lián)網通信節(jié)點10自動入網。
[0077]MESH組網機制為:
[0078]每個物聯(lián)網通信節(jié)點10的通信部14的網絡層協(xié)議中預先設定了多個通信鏈路，使得該物聯(lián)網通信節(jié)點10能夠直接與多個其它的物聯(lián)網通信節(jié)點10進行通信。
[0079]例如，如圖1所示，與濕度傳感器210相連接的物聯(lián)網通信節(jié)點10的通信部14的網絡層協(xié)議中預先設定了至少四個通信鏈路，使得該物聯(lián)網通信節(jié)點10能夠與網關設備20、光照傳感器220、灌溉控制閥230以及空氣質量傳感器240直接進行通信。
[0080]因此，圖1中的四個物聯(lián)網通信節(jié)點10開始工作后，就能夠自動形成蜂窩型網格狀網絡(即MESH自組網機制)，具有路由冗余機制。這樣，即使有一個或多個物聯(lián)網通信節(jié)點10發(fā)生故障，通過冗余機制，也能夠實現(xiàn)將與該發(fā)生故障的物聯(lián)網通信節(jié)點10相連接的傳感器采集到的運行數(shù)據(jù)信息發(fā)送至網關設備20中。
[0081 ] 時間同步機制為:
[0082]一旦任意一個物聯(lián)網通信節(jié)點10與網關設備20之間進行通信時，不論是偵聽到廣播幀，還是收到命令幀回復，網關設備20則對該物聯(lián)網通信節(jié)點10的時鐘信息(S卩、時間戳)進行同步，使得物聯(lián)網通信節(jié)點10的時鐘信息與網關設備20的時鐘信息保持一致，便于網關設備20中的網絡管理器對所有的物聯(lián)網通信節(jié)點10進行管理，使得所有的物聯(lián)網通信節(jié)點10按照既定的時序穩(wěn)定地進行通信。
[0083]跳頻機制為:
[0084]當物聯(lián)網通信節(jié)點10入網后，網關設備20則對該物聯(lián)網通信節(jié)點10進行參數(shù)配置，其中包括預先分配多個信道供該物聯(lián)網通信節(jié)點10通信時使用，在后續(xù)的通信過程中，該物聯(lián)網通信節(jié)點10則基于網關設備20分配的多個信道逐次切換進行使用。
[0085]控制部15中包含用于控制電源管理部11、數(shù)據(jù)接口部12、數(shù)據(jù)處理部13以及通信部14運行的計算機程序。
[0086]以下基于上述具體結構，闡述物聯(lián)網通信子系統(tǒng)100的通信處理過程。
[0087]發(fā)送過程:
[0088]數(shù)據(jù)處理部13的主體部通過編號為“52”的引腳輸出控制物聯(lián)網通信節(jié)點10執(zhí)行發(fā)送功能的發(fā)送控制信號，該發(fā)送控制信號由發(fā)送用控制信號輸入端口 13e_l輸入收發(fā)切換回路13e中，使得數(shù)據(jù)信號輸入輸出端口 13e_3與發(fā)送用信號輸出端口 13e_4之間形成通路。
[0089]當灌溉控制閥230采集到的閥門狀態(tài)信息后，該閥門狀態(tài)信息通過數(shù)據(jù)接口部12輸入數(shù)據(jù)處理部13中，數(shù)據(jù)處理部13首先對該閥門狀態(tài)信息進行解析處理，然后對重新封裝的閥門狀態(tài)信息進行調制處理并得到相應的電磁波信號，該電磁波信號由信息輸入輸出端口 131輸出，巴倫變換回路13d對輸入的電磁波信號進行巴倫變換，變換后的電磁波信號由收發(fā)切換回路13e的數(shù)據(jù)信號輸入輸出端口 13e_3輸入、發(fā)送用信號輸出端口 13e_4輸出至型濾波回路13f，3T型濾波回路13f對輸入的電磁波信號進行濾波處理后由發(fā)送用信號輸入端口 13g-l輸入放大處理回路13g中，放大處理回路13g對輸入的電磁波信號進行放大處理后形成待發(fā)送信號，該待發(fā)送信號由第二通信端口 13c輸出至通信部14中，通信部14基于預定通信規(guī)則將該待發(fā)送信號發(fā)送至網關設備20中，網關設備20對接收到的電磁波信號進行協(xié)議轉換、并通過第二通信網絡30將轉換后的電磁波信號發(fā)送至云處理終端40中。
[0090]接收過程:
[0091]數(shù)據(jù)處理部13的主體部通過編號為“59”的引腳輸出控制物聯(lián)網通信節(jié)點10執(zhí)行接收功能的接收控制信號，該接收控制信號由接收用控制信號輸入端口 13e_2輸入收發(fā)切換回路13e中，使得接收用信號輸入端口 13e_5與數(shù)據(jù)信號輸入輸出端口 13e_3之間形成通路。
[0092]當客戶在客戶端400發(fā)出與閥門狀態(tài)信息相對應的電磁波信號形式的控制信息后，客戶端400通過第一通信網絡300將該控制信息發(fā)送至云處理終端40中，云處理終端40通過第二通信網絡30將控制信息發(fā)送至網關設備20中，網關設備20基于預定通信規(guī)則將控制信息發(fā)送至相應的物聯(lián)網通信節(jié)點10。
[0093]在該物聯(lián)網通信節(jié)點10中，通信部14接收網關設備20發(fā)送來的控制信息并將其通過第二通信端口 13c輸入放大處理回路13g中，放大處理回路13g對該控制信息進行放大處理后并由接收用信號輸出端口 13g_2輸出至型濾波回路13f中，型濾波回路13f對該接收到的控制信息進行濾波處理后并由收發(fā)切換回路13e的接收用信號輸入端口 13e_5輸入、數(shù)據(jù)信號輸入輸出端口 13e_3輸出至巴倫變換回路13d中，巴倫變換回路13d對該控制信號進行巴倫變換后并由信息輸入輸出端口 111輸入數(shù)據(jù)處理部13的主體部，該主體部對輸入的控制信號進行解調處理從而得到相應的模擬量或數(shù)字量的閥門控制信號，進一步基于灌溉控制閥230支持的數(shù)據(jù)格式對該閥門控制信號進行解析封裝，重新封裝后的閥門控制信號由第一通信端口 Ilb和數(shù)據(jù)接口部12輸出至灌溉控制閥230中，該灌溉控制閥230的控制器基于接收到的控制信息控制閥門執(zhí)行相應的操作。
[0094]另外，經測試，本實施例的兩個物聯(lián)網通信節(jié)點之間的通信距離可達2KM，穿透性強，抗干擾能力強。
[0095]實施例的作用與效果
[0096]根據(jù)本實施例所涉及的物聯(lián)網通信節(jié)點，因為數(shù)據(jù)接口部能夠在現(xiàn)場設備與數(shù)據(jù)處理部之間進行信息傳輸，數(shù)據(jù)處理部能夠對數(shù)據(jù)接口部或通信部傳輸來的數(shù)據(jù)進行解析處理、調制或解調處理、濾波處理以及放大處理，電源管理部能夠將外部供電裝置提供的外部電壓轉換為物聯(lián)網通信節(jié)點工作所需的額定工作電壓，通信部與網關設備之間基于預定通信規(guī)則相無線通信連接，該預定通信規(guī)則包含自動入網機制、MESH組網機制、時間同步機制以及跳頻機制，所以，本實施例的物聯(lián)網通信節(jié)點通過實現(xiàn)MESH組網、同步跳頻、時間同步功能，從而實現(xiàn)了對現(xiàn)場設備的運行數(shù)據(jù)信息實時地進行安全可靠的無線傳輸，抗干擾能力強，能夠在苛刻的環(huán)境下實現(xiàn)無線通信。
[0097]上述實施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例，并不用來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0098]在本實施例中，物聯(lián)網通信節(jié)點與網關設備之間為無線通信連接，而在本發(fā)明中，物聯(lián)網通信節(jié)點可以為無線通信和有線通信并存。
[0099]在本實施例中，外部供電裝置為220V交流電源，而在本發(fā)明的物聯(lián)網通信節(jié)點中，外部供電裝置還可以為現(xiàn)場設備。
[0100]在本實施例中，客戶端為PC機，而在本發(fā)明的物聯(lián)網通信節(jié)點中，客戶端還可以為移動通信裝置，例如、智能手機或平板電腦等。
【主權項】
1.一種物聯(lián)網通信節(jié)點，用于實現(xiàn)現(xiàn)場設備與網關設備之間的通信連接，其特征在于，包括: 電源管理部，與外部供電裝置相連接，用于將所述外部供電裝置提供的外部電壓轉換為額定工作電壓； 數(shù)據(jù)接口部，與所述現(xiàn)場設備相連接，用于進行信息傳輸；數(shù)據(jù)處理部，與所述數(shù)據(jù)接口部相連接，用于對傳輸來的數(shù)據(jù)信息進行解析處理、調制或解調處理、巴倫變換處理、濾波處理以及放大處理，從而得到相應的可用數(shù)據(jù)信息；以及通信部，與所述數(shù)據(jù)處理部相連接，基于預定通信規(guī)則與所述網關設備相無線通信連接， 其中，所述預定通信規(guī)則包含:自動入網機制、MESH組網機制、時間同步機制以及跳頻機制。2.根據(jù)權利要求1所述的物聯(lián)網通信節(jié)點，其特征在于: 其中，所述自動入網機制為: 當存在待入網的所述物聯(lián)網通信節(jié)點時，該待入網物聯(lián)網通信節(jié)點首先對預定范圍內的其它所述物聯(lián)網通信節(jié)點發(fā)出的信息進行偵聽，在偵聽到任意一個所述物聯(lián)網通信節(jié)點的信息后，所述待入網物聯(lián)網通信節(jié)點將入網請求信息發(fā)送至被偵聽到的所述物聯(lián)網通信節(jié)點從而發(fā)送至所述網關設備，所述網關設備對所述待入網物聯(lián)網通信節(jié)點進行入網信息配置，實現(xiàn)該待入網物聯(lián)網通信節(jié)點自動入網。3.根據(jù)權利要求1所述的物聯(lián)網通信節(jié)點，其特征在于: 其中，所述MESH組網機制為: 每個所述通信部的網絡層協(xié)議中預先設定多個通信鏈路。4.根據(jù)權利要求1所述的物聯(lián)網通信節(jié)點，其特征在于: 其中，所述時間同步機制為: 一旦所述物聯(lián)網通信節(jié)點與所述網關設備進行通信，所述網關設備則對該物聯(lián)網通信節(jié)點的時鐘信息進行同步。5.根據(jù)權利要求1所述的物聯(lián)網通信節(jié)點，其特征在于: 其中，所述跳頻機制為: 所述物聯(lián)網通信節(jié)點基于所述網關設備分配的信道切換使用進行通信。
【文檔編號】H04W48/18GK105939528SQ201610404414
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】肖洋, 馮改玲
【申請人】山東普奧智能軟件科技有限公司