專利名稱：基于gsm網絡的工業物聯網無線設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無線數據采集、傳輸與管理系統設備，具體涉及一種GSM網絡的工業物聯網無線設備。
背景技術：
以移動技術為代表的普適計算、泛在網絡被稱為繼計算機技術、互聯網技術之后信息技術的第三次革命。而物聯網通過智能感知、識別技術與普適計算、泛在網絡的融合應用，被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。工業是物聯網應用的重要領域。具有環境感知能力的各類終端、基于泛在技術的計算模式、移動通信等不斷融入到工業生產的各個環節，可大幅提高制造效率，改善產品質量，降低產品成本和資源消耗，將傳統工業提升到智能工業的新階段。現有工業領域多采用有線方式來解決數據的采集和傳輸，但是在遇到數據采集點特別分散的場合，采用有線的方式進行數據采集傳輸的經濟性差，而且隨著布線的增長可靠性降低，線纜故障難以查找。
實用新型內容本實用新型的目的在于對現有技術存在的問題加以解決，提供一種可以實現隨時隨地地對工業生產場合進行遠程控制的基于GSM網絡的工業物聯網無線設備。本實用新型采用的技術方案是:一種基于GSM網絡的工業物聯網無線設備，由與遠程用戶監控端通信連接的GSM轉Zigbee無線網網關以及多個與GSM轉Zigbee無線網網關通信連接的Zigbee無線終端模塊組成。上述的基于GSM網絡的工業物聯網無線設備中，所說的GSM轉Zigbee無線網網關包含電源、GSM網絡協議管理單元、協議轉換協調控制單元和Zigbee無線網絡協調器，電源分別連接GSM網絡協議管理單元、協議轉換協調控制單元和Zigbee無線網絡協調器，協議轉換協調控制單元分別與GSM網絡協議管理單元和Zigbee無線網絡協調器連接。上述的工業物聯網無線設備中還包含有SD卡控制單元和兩個程序調試下載單元，協議轉換協調控制單元和Zigbee無線網絡協調器分別與一個程序調試下載單元相連接，協議轉換協調控制單元同時還與SD卡控制單元相聯接。上述的基于GSM網絡的工業物聯網無線設備中，所說的Zigbee無線終端模塊由電源、無線網絡通信終端、功能接口電路、撥碼開關和程序調試下載單元組成，電源分別連接無線網絡通信終端和功能接口電路，無線網絡通信終端與功能接口電路相連接，無線網絡終端同時與撥碼開關和程序調試下載單元連接。與現有技術相比，本實用新型所述工業物聯網無線設備緊緊跟隨移動互聯網的浪潮，將工業物聯網無線設備與GSM網絡進行有機融合，一方面利用GSM網絡通信的成熟技術，使數據能夠跨越地域限制地傳輸到遠程用戶監控端，設計上采用SD卡保存監控數據配置信息，方便用戶隨時調整數據監控策略，實現工業現場數據的采集和管理在移動設備上顯示管理，最終可以實現隨時隨地的對場進行遠程控制；另一方面，本實用新型充分利用Zigbee無線網絡方便配置、靈活配線、低功耗、可靠性高等優點，減少了布線帶來的經濟問題和故障問題，在工廠惡劣環境下對生產的監控及控制等多個方面有著良好的應用前景。本實用新型主要采用移遠M35模塊、ATMEGA128, CC2530、CC2591等芯片實現通信及協議的轉換，各個芯片都應用成熟，實用可靠。無線網絡采用TI的Z-STACK實現網絡的管理，具有數據路由、移動拓撲等特點，無線數據通過GSM網關實現與用戶的交互。終端模塊具有功能多樣性、豐富的硬件選擇性、良好的兼容性等特點。本實用新型功能多樣、結構簡單、工作穩定可靠、功耗低、成本低，符合工業物聯網發展方向。
圖1是本實用新型的系統結構示意圖。圖2是GSM轉Zigbee無線網網關的結構示意圖。圖3是Zigbee無線終端模塊的結構框圖。附圖中各數字標號的名稱分別是:1_GSM轉Zigbee無線網網關，11-電源，12-GSM網絡協議管理單元，13-協議轉換協調控制單元，14-Zigbee無線網絡協調器，15-程序調試下載單元，16-程序調試下載單元，17-程序調試下載單元；2-Zigbee無線終端模塊，21-電源，22-無線網絡通信終端，23-功能接口電路，24-撥碼開關，25-程序調試下載單元。
具體實施方式
以下將結合附圖對本實用新型內容做進一步地詳細描述，但本實用新型的實際應用結構并不僅限于下述的實施例。如圖1所示,本實用新型包括GSM轉Zigbee無線網網關I以及多個Zigbee無線終端模塊2，遠程用戶監控端通過GSM轉Zigbee無線網網關I與各Zigbee無線終端模塊2進行數據交互通信，整個設備系統核心在于GSM轉Zigbee無線網網關I，應用在于Zigbee無線終端模塊2。GSM轉Zigbee無線網網關I的硬件電路板從功能上分包括4個主要部分，分別是:電源11、GSM網絡協議管理單元12、協議轉換協調控制單元13、Zigbee無線網絡協調器14。Zigbee無線終端模塊2包括多種形式的模塊，如IO輸入模塊，IO輸出模塊，AD模塊，DA模塊，根據實際需要可以不斷擴充。實際工作中，本實用新型的Zigbee無線終端模塊2將采集到的數據無線傳輸到GSM轉Zigbee無線網網關1，協議轉換協調控制單元13通過SD卡控制單元17讀取用戶對于每一個無線端端模塊2的數據閾值配置信息，若發現有異常數據，則生成報警信息并通過GSM網絡協議管理單元12以短信形式告知遠端用戶。協議轉換協調控制單元13對數據進行定時記錄，并保存至SD卡上，方便用戶對數據進行跟蹤記錄。GSM轉Zigbee無線網網關I的結構如圖2所示，它包括電源11、GSM網絡協議管理單元12、協議轉換協調控制單元13和Zigbee無線網絡協調器14四個部分。電源11分別連接GSM網絡協議管理單元12、協議轉換協調控制單元13和Zigbee無線網絡協調器14，協議轉換協調控制單元13分別與GSM網絡協議管理單元12和Zigbee無線網絡協調器14連接，協議轉換協調控制單元13和Zigbee無線網絡協調器14分別連接程序調試下載單元15、16，協議轉換協調控制單元13另外還與SD卡控制單元17相聯接。電源11部分提供6 42V的直流輸入，經過反向保護電路、開關穩壓電路、線性穩壓電路和濾波電路，最終獲得+5V (GSM模塊)、+3.3V (其余各芯片使用)兩種電平的直流電壓，開關穩壓電路使用NI的LM25576芯片，開關頻率可達IMHz，輸出電流為2A，同時內置保護功能。GSM網絡協議管理單元12采用移遠QUECTEL M35四頻GSM模塊，該模塊具有低功耗、寬工作溫度范圍的優點，非常適用于環境惡劣工業現場。在數據傳輸速率上，提供Class 12最大85.6kbps的速度，滿足小數據量實時傳輸的要求。在射頻技術上，該模塊擁有-108.5dBm的無線靈敏度。模塊配備兩路音頻接口，可以方便擴展語音對話通信。支持標準及增強型AT指令集，同時內置TCP/IP等豐富的協議棧，便于實現多種協議數據的傳輸。協議轉換協調控制單元13由ATMEGA128芯片實現。ATMEGA128是ATMEL公司的高性能、低功耗的AVR 8位微處理器先進的RISC結構，工作于16MHz時性能高達16MIPS，其內部具有128K字節的系統內可編程Flash、4K字節的EEPR0M、4K字節的內部SRAM，擔負著協議轉換、GSM模塊控制配置、SD卡讀寫控制和無線網絡應用協議管理等多個任務。Zigbee無線網絡協調器14是Zigbee無線網絡的管理終端，采用TI公司的CC2530實現，發射前端通過CC2591芯片進行功率放大。CC2530芯片是一款真正針對IEEE802.15.4、ZigBee、ZigBee RF4CE和智能能源應用的片上系統解決方案。由于具有高達256KB的大容量閃存，CC2530非常適合ZigBee PRO應用；此外，CC2530還結合了 I個完全集成的高性能射頻收發器，帶有8051MCU、8KB RAM.32/64/128/256KB閃存以及其它強勁的支持功能與外設；同時TI的OSAL片上操作系統以及Z-STACK協議棧對芯片的良好支持，為組網、管理、應用開發帶來了極大的便利。Zigbee無線終端模塊2的結構如圖3所示，它主要由三部分組成，分別是電源21、無線網絡通信終端22以及外部功能接口電路23。電源21分別連接無線網絡通信終端22和功能接口電路23，無線網絡通信終端22與功能接口電路23連接，無線網絡終端22連接撥碼開關24和程序調試下載單元25。電源21部分與GSM轉Zigbee無線網網關I的電源部分一致，無線網絡通信終端22也同樣采用CC2530和CC2591實現，保證了兼容性和一致性，在外部功能接口電路23中，IO部分采用光耦和繼電器隔離，AD/DA部分采用高精度AD/DA芯片來實現。整個Zigbee無線網絡底層基于ffiEE 802.15.4協議，通過TI的Z-STACK實現網絡的組網及管理，應用層數據采用MODBUS協議使各個Zigbee無線終端與GSM轉Zigbee無線網網關通信，MODBUS協議主站為網關中的ATMEGA128芯片，網關中的CC2530僅實現網絡管理以及數據傳輸，從而降低了 CC2530的芯片開銷，提高了網絡數據的傳輸速度。
權利要求1.一種基于GSM網絡的工業物聯網無線設備，其特征在于:由與遠程用戶監控端通信連接的GSM轉Zigbee無線網網關(I)以及多個與GSM轉Zigbee無線網網關(I)通信連接的Zigbee無線終端模塊(2)組成。
2.根據權利要求1所述的基于GSM網絡的工業物聯網無線設備，其特征在于:所說的GSM轉Zigbee無線網網關(I)包含電源(11)、GSM網絡協議管理單元(12)、協議轉換協調控制單元(13)和Zigbee無線網絡協調器(14)，電源(11)分別連接GSM網絡協議管理單元(12)、協議轉換協調控制單元(13)和Zigbee無線網絡協調器(14)，協議轉換協調控制單元(13)分別與GSM網絡協議管理單元(12)和Zigbee無線網絡協調器(14)連接。
專利摘要本實用新型涉及一種基于GSM網絡的工業物聯網無線設備，由與遠程用戶監控端通信連接的GSM轉Zigbee無線網網關和多個與GSM轉Zigbee無線網網關通信連接的Zigbee無線終端模塊組成。無線網網關實現協議轉換及Zigbee無線網絡的管理，無線終端模塊實現數據的采集功能。本實用新型主要采用移遠M35模塊、ATMEGA128、CC2591等芯片實現通信及協議的轉換，各芯片都應用成熟，實用可靠。無線網絡采用TI的Z-STACK實現網絡管理，具有數據路由、移動拓撲等特點，無線數據通過GSM網關實現與用戶的交互。終端模塊具有功能多樣性、豐富的硬件選擇性、良好的兼容性等特點。本實用新型功能多樣、結構簡單、工作穩定可靠，符合工業物聯網發展方向。
文檔編號H04W84/18GK203015133SQ20122059815
公開日2013年6月19日 申請日期2012年11月13日 優先權日2012年11月13日
發明者李墨翰, 羅國佳, 張建奇, 鄭偉, 楊海科 申請人:西安航天自動化股份有限公司