專利名稱：一種模塊化的Zigbee無線傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線傳感網，尤其是涉及一種模塊化的Zigbee無線傳感器，屬于無線通信技術領域。
背景技術：
無線傳感網WSN (Wireless Sensor Network)是由大量傳感器節點通過無線通信方式形成的一個自組織網絡系統，它能夠實現數據的采集量化、處理融合和傳輸。WSN綜合了微電子技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等先進技術，能夠協同地實時監測、感知和采集各種環境或監測對象的信息，并利用無線方式發送給觀察者。WSN被視為環境監測、工業控制、智能家居和運輸系統自動化的下一個發展方向。WSN的應用一般不需要很大的帶寬，但是對功耗要求比較嚴格，大部分時間必須保持低功耗。WSN涉及的是一種物理信號檢測傳輸的手段，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的傳感節點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現的。無線通信技術是WSN的組網基礎。在各種無線通信技術中，Zigbee無線通信技術由于其低功耗、低體積、低復雜度、低速率、低成本的特點，符合WSN的應用要求，因此被廣泛采用。Zigbee網絡由三種網絡節點組成網絡協調器、路由節點、終端節點。本申請描述的Zigbee無線傳感器對應的是Zigbee網絡中的終端節點。由于WSN具有應用相關性的特點，市場上的Zigbee無線傳感器大多是一體化設計，其Zigbee無線通信模塊和傳感模塊是集成的，硬件體系結構的可擴展性和復用性不強。在應用更改的情形下，通常需要重新進行硬件設計。與此同時，市場上的Zigbee無線傳感器和主機端的通信基本采用串行方式進行，通常需要使用額外的轉接線纜來連接無線傳感器和主機，給使用帶來了不便。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題，一是無線傳感器硬件體系結構的可擴展性和可復用性，二是無線傳感器與主機接口的通用性。為解決上述技術問題，本實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據的Zigbee協議無線傳輸、傳感器模塊控制、和主機端的串行通信；所述傳感器模塊用于各種傳感數據的采集和模數轉換；所述USB模塊用于串行數據傳輸的USB接口轉換。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轉換芯片，用以和主機端的串行通信JN5148芯片的通用I/O 口 12、13、14、15、 17、18、19、20用以進行傳感數據的采集，通過扁平電纜連接傳感器模塊中傳感芯片的數據輸出；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 LDO轉換得到的電壓。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模塊包括進行數據格式 USB<->UART轉換的FT232BM芯片，FT232BM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插座和主機端相連，進行串行數據的USB接口轉換。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進行電平轉換。本實用新型所達到的有益效果1 )USB接口比COM/UART/JTAG接口更具有通用性。 和其它Zigbee無線傳感器產品相比，本實用新型省卻了和主機端通信時需要外接的轉換線纜，使用方便；2) Zigbee無線通信模塊和傳感器模塊分開，針對不同的應用場景，只需要進行相應的傳感器模塊研發/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，還可以復用有效部件，節省了維護成本；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，向本實用新型提供外部電力。在節省硬件成本的同時，方便 Zigbee無線傳感器的小型化設計。
圖1為本實用新型的整體結構框圖；圖2為本實用新型的無線通信模塊電路原理圖；圖3為本實用新型傳感器模塊實例之一光強傳感器模塊電路原理圖；圖4為本實用新型傳感器模塊實例之二 溫濕度傳感器模塊電路原理圖；圖5為本實用新型的USB模塊電路原理圖；圖6為本實用新型的USB接口外部供電電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。附圖1描述了本實用新型的整體結構組成。本實用新型的設計主要分為3大模塊 Zigbee無線通信模塊是控制運算模塊，負責Zigbee無線通信、和主機端的串行通信以及傳感器模塊的控制等；傳感器模塊負責傳感數據的采集和量化；USB模塊負責和主機端的接口，進行串行數據的USB格式轉換。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用以進行和主機端的串行通信，連接至USB模塊中的USB<->UART轉換芯片；通用I/O 口 12、13、14、15、17、18、19、20用以進行傳感數據的采集，通過扁平電纜連接傳感器模塊中傳感芯片的數據輸出；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LDO轉換得到的電壓。附圖3和附圖4描述了本實用新型的光強傳感器模塊和溫濕度傳感器模塊電路圖。傳感器模塊單獨做在一個小的印刷電路板上，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。本實用新型中，對于傳感器模塊要求輸出數字量信息。若采用非數字量輸出的傳感器芯片時，傳感器模塊需要添加ADC芯片進行采樣量化。附圖5描述了本實用新型的USB模塊。USB模塊的核心芯片是進行數據格式 USB<->UART轉換的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插座和主機端相連，進行串行數據的USB接口轉換。附圖6描述了本實用新型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，故而需要電壓轉換。考慮到電平波動對設備工作的影響，本實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進行電平轉換。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例子而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制。凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與裝飾，均仍屬于本實用新型的技術方案范圍內。
權利要求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據的Zigbee協議無線傳輸、傳感器模塊控制、和主機端的串行通信；所述傳感器模塊用于各種傳感數據的采集和模數轉換；所述USB模塊用于串行數據傳輸的USB接口轉換。
2.根據權利要求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提供外部電力。
3.根據權利要求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轉換芯片，用以和主機端的串行通信JN5148芯片的通用I/O 口 12、13、14、15、 17、18、19、20用以進行傳感數據的采集，通過扁平電纜連接傳感器模塊中傳感芯片的數據輸出；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.根據權利要求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.根據權利要求3所述的模塊化Zigbee傳感器，其特征在于所述USB模塊包括進行數據格式USB<->UART轉換的FT232BM芯片，FT232BM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插座和主機端相連，進行串行數據的USB接口轉換。
6.根據權利要求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進行電平轉換。
專利摘要本實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據的Zigbee協議無線傳輸、傳感器模塊控制、和主機端的串行通信；所述傳感器模塊用于各種傳感數據的采集和模數轉換；所述USB模塊用于串行數據傳輸的USB接口轉換。本實用新型省去了和主機端通信時需要外接的轉換線纜，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 優先權日2011年7月18日
發明者劉亮, 張學孟, 張笑天, 張雷, 徐大可, 王文強, 陶保震 申請人:國電南京自動化股份有限公司