一种基于片上系统的物联网智能汇聚终端装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于片上系统的物联网智能汇聚终端装置。本实用新型结构为ZigBee协调器连接ZigBee数据采集模块，ZigBee数据采集模块、语音分贝检测模块、摄像头模块、Wi?Fi传输模块分别连接可编辑逻辑器件模块，电脑与Wi?Fi传输模块均线连接。本实用新型克服了难于普及应用，不适应于生产现场、野外和边远地区等环境的应急监测，搭建有线网络困难的缺陷。本实用新型通过Wi?Fi连接上位机，实现环境的实时监测，适用于生产现场、野外、边远地区等需要进行实时监测的场合，具有十分广阔的应用前景。
【专利说明】
一种基于片上系统的物联网智能汇聚终端装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及环境监测和无线通信技术领域，尤其涉及一种基于片上系统的物联网智能汇聚终端装置。【背景技术】
[0002]水质污染、噪声污染、空气污染和其他环境问题已成为不可忽视的问题。
[0003]在本实用新型发明之前，目前的环境监测还存在着如下缺陷:
[0004](1)目前采用的精密仪器和自动监测系统大多依靠进口，且部分精密仪器工作条件要求比较高，需安装于实验室，难于普及应用，尤其不适应于生产现场、野外和边远地区等环境的应急监测。
[0005](2)现有很多环境监测系统采用的是有线或有线加调制解调器或光纤等通讯方式，但是在环境监控系统中，很多监控点必须是野外、企业排污点等无人值守的搭建有线网络困难的环境。
[0006]综上，无线化、智能化、微型化、集成化、网络化是环境监测系统的发展趋势。而基于片上系统的物联网智能汇聚终端可改变当前滞后的环境监测技术，解决环境监测中遇到的困难和难题，并特有的微型化及智能化属性，现已成为环境监测领域研究的热点。【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的就在于克服上述缺陷，研制一种基于片上系统的物联网智能汇聚终端装置。
[0008]本实用新型的技术方案是:
[0009]—种基于片上系统的物联网智能汇聚终端装置，有麦克风连接语音分贝检测模块、摄像头、电脑，其主要技术特征在于ZigBee协调器连接ZigBee数据采集模块，ZigBee数据采集模块、语音分贝检测模块、摄像头模块、W1-Fi传输模块分别连接可编辑逻辑器件模块，电脑与W1-Fi传输模块均线连接。
[0010]所述ZigBee数据采集模块与前端ZigBee协调器采用主从结构的串口通信。[〇〇11]所述ZigBee协调器中的收发引脚及地脚与所述ZigBee数据采集模块中的发收引脚及地脚对应连接，实现串口通信。
[0012]所述W1-Fi传输模块是采用UDP协议与电脑进行通信连接的。[〇〇13]所述摄像头模块与前端摄像头是以集成电路总线方式相连，摄像头的SDA和SCL引脚分别与所述摄像头模块中的模拟实现的SDA和SCL引脚对应连接。[〇〇14]所述W1-Fi传输模块与前端W1-Fi设备是以串行外设接口的方式相连，W1-Fi中的 CS，SCLK，SDI，SD0引脚分别与所述W1-Fi传输模块中的模拟实现的CS，SCLK，SD0，SDI引脚对应连接，实现串行外设接口通信。
[0015]所述可编辑逻辑器件模块包含对数据进行处理的软核和缓存的存储器单元。
[0016]所述语音分贝检测模块与前端麦克风是通过输入/输出端口方式直接相连。
[0017]本实用新型的有益效果是，本实用新型基于片上系统的物联网智能汇聚终端设计装置采用ZigBee数据采集模块接收从ZigBee协调器处的环境数据信息、采用语音分贝检测模块接收麦克风采集的噪声数据和采用摄像头模块接收摄像头采集的图像数据，此三类数据均由可编辑逻辑器件模块进行处理，并通过W1-Fi连接上位机，实现环境的实时监测。本实用新型适用于生产现场、野外、边远地区等需要进行实时监测的场合，具有十分广阔的应用前景。【附图说明】
[0018]图1——本实用新型硬件框架示意图。
[0019]图2—一本实用新型中可编辑逻辑器件模块工作流程示意图。
[0020]图3—一本实用新型中ZigBee数据采集模块工作流程示意图。[0021 ]图4一一本实用新型中语音分贝检测模块工作流程示意图。
[0022]图5—一本实用新型中摄像头模块工作流程示意图。[〇〇23]图6—一本实用新型中W1-Fi传输模块接收数据的工作流程示意图。[〇〇24]图7—一本实用新型中W1-Fi传输模块发送数据的工作流程示意图。【具体实施方式】[〇〇25]本实用新型的技术思路是:[〇〇26]以可编辑逻辑器件为核心，借助于前端ZigBee星型网络的数据输入，利用W1-Fi通信技术以UDP协议与上位机进行数据通信，完成基于片上系统的物联网智能汇聚终端设计装置的设计，实现环境的实时监测，有效解决现有技术的不足。
[0027]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。[0〇28]由图1所示，本实用新型以FPGA中的Artix-7为核心控制单元。本实用新型的 ZigBee数据采集模块与前端ZigBee协调器是以串口方式相连，ZigBee协调器中的收发引脚及地脚与所述ZigBee数据采集模块中的发收引脚及地脚对应连接，实现串口通信;本实用新型的语音分贝检测模块与前端麦克风是通过输入/输出端口方式直接相连;本实用新型的摄像头模块与前端摄像头是以集成电路总线方式相连，摄像头的SDA和SCL引脚分别与所述摄像头模块中的模拟实现的SDA和SCL引脚对应连接，实现集成电路总线通信;本实用新型的W1-Fi传输模块与前端W1-Fi设备是以串行外设接口的方式相连，W1-Fi中的CS，SCLK， SDI，SD0引脚分别与所述W1-Fi传输模块中的模拟实现的CS，SCLK，SD0，SDI引脚对应连接， 实现串行外设接口通信;本实用新型中的ZigBee数据采集模块、语音分贝检测模块、摄像头模块和W1-Fi传输模块分别与可编辑逻辑器件模块相连;所述可编辑逻辑器件模块包含对数据进行处理的软核和缓存的存储器单元;W1-Fi传输模块包含串行外设接口及存储数据信息的闪存，且与上位机是以采用UDP协议相连；本实用新型中的可编辑逻辑器件模块、 ZigBee数据采集模块、语音分贝检测模块、摄像头模块和W1-Fi传输模块均进行外部电源供电。[〇〇29]本实用新型应用过程说明。[〇〇3〇]图2是本实用新型中可编辑逻辑器件模块工作流程图，用于实现数据收发和处理。如图2所示，工作流程包括:
[0031]2101、所述可编辑逻辑器件模块上电后进行系统初始化，然后对各模块进行初始化，包括通用输入/输出端口初始化，块存储初始化，轻量级串口初始化，串行外设接口初始化，中断初始化，闪存初始化以及摄像头初始化和W1-Fi的初始化。
[0032]2102、所述可编辑逻辑器件模块等待计算机远程端点接入。[〇〇33]2103、若远程端点接入所述可编辑逻辑器件模块，则执行步骤2104,否则执行步骤2102,继续等待远程端点接入。[〇〇34]2104、所述可编辑逻辑器件模块依次检查串口、摄像头、麦克风和W1-Fi。[〇〇35]2105、如果有数据，则执行步骤2106,否则执行步骤2104,继续检查串口、摄像头、麦克风。[〇〇36]2106、所述可编辑逻辑器件模块通过W1-Fi发送数据至计算机。[〇〇37]2107、所述可编辑逻辑器件模块检查W1-Fi是否收到数据。如果收到数据，则执行步骤2108,否则执行步骤2104,继续检查串口、摄像头、麦克风和W1-Fi。[〇〇38]2108、所述可编辑逻辑器件模块根据W1-Fi数据内容驱动舵机。[〇〇39]图3是本实用新型中ZigBee数据采集模块工作流程图，用于实现从ZigBee协调器采集节点数据信息。如图2所示，工作流程包括:
[0040]2201、所述ZigBee数据采集模块向ZigBee协调器发送握手请求命令。[〇〇4112202、等待ZigBee协调器响应握手请求，判断接收的协调器响应是否正确，若ZigBee协调器响应正确则握手成功，则执行步骤2203，否则握手失败。[〇〇42]2203、所述ZigBee数据采集模块向ZigBee协调器发送采集数据请求。[〇〇43] 2204、ZigBee协调器回应请求，发送采集数据给ZigBee数据采集模块，ZigBee数据采集模块接收数据并放入用户自定义缓冲区。
[0044]图4是本实用新型中语音分贝模块工作流程图，用于接收麦克风采集的噪声数据并进行处理。如图4所示，工作流程包括:[〇〇45]2301、本模块对麦克风采集的噪声数据进行模数转换的处理，得到8bit的噪声数据。
[0046]2302、将进行A率整形使测量得到的噪声分贝值更符合人的主观感觉，得到16bit的数据。[〇〇47]2303、对上一环节得到的16bit的噪声数据进行流水化处理，得到24bit的噪声数据，以求更进一步得到准确的噪声分贝值。[〇〇48]2304、对流水化得到的数据进行分帧处理，得到52bit的数据。[〇〇49]2305、对分帧得到的数据进行能量估计的处理，得到32bit的最终数据。
[0050]2306、将封装好的数据包发送至可编辑逻辑器件模块，等待发送。[〇〇51]2307、所述可编辑逻辑器件模块将数据处理完毕后，则进入所述W1-Fi传输模块，进行数据通信处理。[〇〇52]图5是本实用新型中摄像头模块工作流程图，初始化摄像头并采集图像数据。如图 5所示，工作流程包括:[〇〇53]2401、所述摄像头模块检查是否收到可编辑逻辑器件模块通过通用输入/输出端口发送的初始化开始信号，若收到信号，则执行步骤2402,否则停留在步骤2401继续检查。
[0054]2402、所述可编辑逻辑器件模块的集成电路总线通过Wishbone时序完成自身初始化和摄像头的配置。
[0055]2403、所述摄像头模块发送结束信号至通用输入/输出端口，以通知可编辑逻辑器件模块摄像头模块的初始化全部完成。[〇〇56]2404、所述摄像头模块检查是否收到可编辑逻辑器件模块通过通用输入/输出端口发送的读数据的开始信号，若收到信号，则执行步骤2405,否则停留在步骤2404继续检查。[〇〇57]2405、检查时钟信号是否为上升沿，若为上升沿，则执行步骤2406,否则停留在步骤2405继续检查。[〇〇58]2406、所述摄像头模块读出摄像头采集的图像数据。[〇〇59]2407、将图像数据存入块存储区域，等待可编辑逻辑器件模块做进一步处理。[〇〇6〇]2408、发送结束信号给GP10,以通知可编辑逻辑器件模块所述摄像头模块的读数据的过程完成。
[0061]图6是本实用新型中W1-Fi传输模块接收数据的工作流程图，用于接收上位机下达的数据采集命令。如图6所示，工作流程包括:[〇〇62]25101、所述W1-Fi传输模块接收数据的工作过程首先进行模块初始化。[〇〇63]25102、等待接收数据的中断信号。[〇〇64]25103、所述W1-Fi传输模块接收数据过程解析IP层。[〇〇65]25104、判断端口号，根据其内容，判断去执行步骤25105,或者步骤25106。[〇〇66]25105、所述W1-Fi传输模块接收数据过程执行协议1操作。[〇〇67]25106、所述W1-Fi传输模块接收数据过程执行协议2操作。[〇〇68]图7是本实用新型中W1-Fi传输模块发送数据的工作流程图，用于发送数据处理模块处理的数据。如图7所示，工作流程包括:[〇〇69]25201、所述W1-Fi传输模块发送数据的工作过程首先进行模块初始化。[〇〇7〇]25202、等待发送寄存器数据已满的信号。[〇〇71]25203、将数据按预定义的形式打包。[〇〇72]25204、发送数据；[〇〇73]25205、检查数据是否发送完毕，若完成，执行步骤25202,等待下一次发送;否则继续执行步骤25205，等待数据发送完成
[0074]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何的简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种基于片上系统的物联网智能汇聚终端装置，有麦克风连接语音分贝检测模块、 摄像头、电脑，其特征在于ZigBee协调器连接ZigBee数据采集模块，ZigBee数据采集模块、 语音分贝检测模块、摄像头模块、W1-Fi传输模块分别连接可编辑逻辑器件模块，电脑与WiFi 传输模块均线连接。2.根据权利要求1所述的一种基于片上系统的物联网智能汇聚终端装置，其特征在于 所述ZigBee数据采集模块与前端ZigBee协调器采用主从结构的串口通信。3.根据权利要求1所述的一种基于片上系统的物联网智能汇聚终端装置，其特征在于 所述ZigBee协调器中的收发引脚及地脚与所述ZigBee数据采集模块中的发收引脚及地脚 对应连接，实现串口通信。4.根据权利要求1所述的一种基于片上系统的物联网智能汇聚终端装置，其特征在于 所述W1-Fi传输模块是采用UDP协议与电脑进行通信连接的。5.根据权利要求1所述的一种基于片上系统的物联网智能汇聚终端装置，其特征在于 所述摄像头模块与前端摄像头是以集成电路总线方式相连，摄像头的SDA和SCL引脚分别与 所述摄像头模块中的模拟实现的SDA和SCL引脚对应连接。6.根据权利要求1所述的一种基于片上系统的物联网智能汇聚终端装置，其特征在于 所述W1-Fi传输模块与前端W1-Fi设备是以串行外设接口的方式相连，W1-Fi中的CS，SCLK， SDI，SDO引脚分别与所述W1-Fi传输模块中的模拟实现的CS，SCLK，SDO，SDI引脚对应连接， 实现串行外设接口通信。7.根据权利要求1所述的一种基于片上系统的物联网智能汇聚终端装置，其特征在于 所述可编辑逻辑器件模块包含对数据进行处理的软核和缓存的存储器单元。8.根据权利要求1所述的一种基于片上系统的物联网智能汇聚终端装置，其特征在于 所述语音分贝检测模块与前端麦克风是通过输入/输出端口方式直接相连。
【文档编号】G08C17/02GK205656492SQ201620465742
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年5月18日 公开号201620465742.6, CN 201620465742, CN 205656492 U, CN 205656492U, CN-U-205656492, CN201620465742, CN201620465742.6, CN205656492 U, CN205656492U
【发明人】周磊, 陈万培, 赵甜甜, 武雅倩, 汪正勇, 张雷
【申请人】扬州大学