专利名称：一种基于wsn与3g的无线网关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无线网关，尤其是涉及一种基于WSN与3G的无线网关。
背景技术：
无线传感器网络(英文Wireless Sensor Network的简称，WSN)由部署在监测 区域内大量廉价的微型传感器节点组成，多个微型传感器节点通过无线通信方式形成的一 个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象 的信息，并发送给观察者，因而传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要 素。第三代移动通信技术(英文3rd-generati0n的简称，3G)，是指支持高速数据传输的蜂 窝移动通讯技术，3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百IAps以上。现如今，市面上所出现的无线网关主要包括基于WSN+以太网接口的无线网关和 基于WSN+串口的无线网关两种。实际使用过程中，前者主要存在以下缺陷和不足①如果 把网关放到现场因为网关的接线是有线的，所以现场布网线不方便，并增加了施工的难 度，降低了系统的可操作性和可维护性。例如对于水文监测、污水处理监测、文物保护、电 网监测、气象监测等来说，由于以上监测的特点是监测点分布范围很广、控制及监测点分散 等，因而用敖设管线的方法难以连接，则需使用的网线很长，不仅增加成本，而且也影响美 观。②如果把网关放到机房监测区域远离网关，这时就需要很多中继一步步把数据传回 到网关。由于加入很多中继而导致数据的跳数大大增加，则造成数据链路不稳定，且容易丢 数据，这样就会使数据链路变得复杂，不好施工和维护，同时也增加了系统功耗和成本。另 外，如果每个中继节点使用电池供电就会经常没电，这就需要频繁的充电，这样一来系统的 可操作性、实用性就明显降低；此外电池充电次数是有限的，寿命到了就得扔掉，则会污染 环境并且不环保。后者存在以下缺陷和不足限制了使用者必须近距离监测数据，而不能远 程监测数据，数据还必须用中继传回来，这样就如同前者的缺点②相同。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于 WSN与3G的无线网关，其结构简单、电路接线方便、使用操作简便且具有多种通讯模式、能 与用户手机进行双向通信、操作方式灵活、工作性能稳定可靠，能有效解决现有无线网关所 存在的接线复杂、施工难度较大、数据链路复杂且不稳定等多种缺陷和不足。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种基于WSN与3G的无线 网关，其特征在于包括微处理器、晶振电路、射频单元、将微处理器接入3G网络的3G通信 模块、安装在3G通信模块上且与3G通信模块相接的3G天线和为各用电单元进行供电的电 源模块，所述晶振电路、射频单元和3G通信模块均与微处理器相接，电源模块分别与微处 理器和射频单元相接，微处理器通过射频单元与无线传感器网络中的无线传感器节点和/ 或中继节点进行双向通讯，所述微处理器通过3G通信模块和3G天线与上位监控机进行双 向通信。[0006]上述一种基于WSN与3G的无线网关，其特征是还包括与微处理器相接的以太网 通讯模块，所述微处理器上对应设置有用于接入以太网通讯模块的以太网接口。上述一种基于WSN与3G的无线网关，其特征是所述3G通信模块与微处理器之间 通过串行接口进行双向通信，所述以太网接口和所述串行接口均为UART接口。上述一种基于WSN与3G的无线网关，其特征是所述射频单元包括无线射频模块、 与所述无线射频模块相接的PCB天线和与所述PCB天线相接的SMA天线。上述一种基于WSN与3G的无线网关，其特征是所述无线射频模块为CCl 100无线 通讯芯片。上述一种基于WSN与3G的无线网关，其特征是所述CCl 100无线通讯芯片与微处 理器之间通过SPI接口进行连接。本实用新型与现有技术相比具有以下优点1、设计合理、成本低且安装布设方便，结构简单且外形美观。。2、电路简单且接线方便。3、使用操作简单，操作方式灵活且智能化程度高。4、功耗低且使用效果好，施工方便，采用3G通信手段，大大降低了施工难度，提高 了系统的可操作性和可维护性。比起传统的现场布线技术，克服了布线的弊端，对于无线现 场布线技术，具有更好的通信安全性、低功耗和更高的可靠性。5、具有多种数据通讯模式，在没有以太网的地方，只要有手机信号就可以传送数 据，使网关能适应各种环境。6、可以远程监测数据，实用价值高。7、由于使用了 3G通信模块，则能实现用户手机与微处理器之间的双向通信，只要 有手机信号的地方就可以把数据发到互联网上去。综上所述，本实用新型结构简单、电路接线方便、使用操作简便且具有多种通讯模 式、能与用户手机进行双向通信、操作方式灵活、工作性能稳定可靠，能有效解决现有无线 网关所存在的接线复杂、施工难度较大、数据链路复杂且不稳定等多种缺陷和不足。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型的电路原理框图。附图标记说明1-微处理器；2-晶振电路；3-射频单元；4-3G通信模块；5-电源模块；6_以太网通讯模块；7-3G天线； 8-上位监控机。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括微处理器1、晶振电路2、射频单元3、将微处理器1接 入3G网络的3G通信模块4、安装在3G通信模块4上且与3G通信模块4相接的3G 线7 和为各用电单元进行供电的电源模块5，所述晶振电路2、射频单元3和3G通信模块4均与 微处理器1相接，电源模块5分别与微处理器1和射频单元3相接，微处理器1通过射频单元3与无线传感器网络中的无线传感器节点和/或中继节点进行双向通讯。实际使用过程 中，所述微处理器1通过3G通信模块4和3G天线7与上位监控机8进行双向通信。本实施例中，本实用新型还包括与微处理器1相接的以太网通讯模块6，所述微处 理器1上对应设置有用于接入以太网通讯模块6的以太网接口。所述3G通信模块4与微处 理器1之间通过串行接口进行双向通信，所述以太网接口和所述串行接口均为UART接口。所述射频单元3包括无线射频模块、与所述无线射频模块相接的PCB天线和与所 述PCB天线相接的SMA天线。本实施例中，所述无线射频模块为CCllOO无线通讯芯片，所 述CCllOO无线通讯芯片与微处理器1之间通过SPI接口进行连接。综上，本实用新型的硬件部分包括微处理器(即MCU) 1、晶振电路2、射频单元3、3G 通信模块4、以太网通讯模块6和电源模块5。其中，射频单元3用于完成与其它通讯点(具 体指无线传感器网络中的传感器节点和/或中继节点)之间的数据无线传输及通讯工作， 主要由CCllOO无线通讯芯片、RF电路、晶振电路及外接SMA天线连接构成、其供电有MCU 主板来直接提供、CCllOO无线通讯芯片通过RF电路来完成无线通讯的处理，并负责完成与 MCU主板的通讯；用外接的高增益SMA天线可以远距离传输。所述以太网通讯模块6，用来 插网线以便连接电脑或者路由器。RJ45网络接口可以很方便地与机房中的路由器连接，用 户可以远程连接服务器来查看传感器传回来的数据。3G通信模块4为串口接口，其波特率 为384001ApS，用来将数据传送到互联网上去。所述晶振电路2所产生晶振信号的振荡频率 为8MHz。所述串行接口上对应设计有用于匹配电平的串口通信电路。所述CCllOO无线通讯芯片具体为工作频率为433MHz的射频模块，其中433MHz是 ISM频段，ISM频段即工业、科学和医用频段，无需许可证，只需要遵守一定的发射功率(一 般低于1W)，并且不要对其它频段造成干扰即可。实际使用时，所述CCllOO无线通讯芯片的 射频功率可调(包括10dBm、5dBm、0dBm、-5dBm、-10dBm等)，波特率250kbps。同时，所述微 处理器1内部嵌入对应的功能软件，具体包括硬件层、网络层和应用层。系统提供的功能应 包括硬件抽象、时钟管理、内存管理、路由管理和任务处理。硬件层主要实现硬件抽象和无 线收发功能，网络层主要实现路由的建立，应用层主要完成上层应用的具体功能，如打包数 据等。所述电源模块5的输入电压为4. 2V且其输出电压为3. 3V。 实际进行接线时，以太网通讯模块6和3G通信模块4连接在微处理器1的UART接 口上，所述无线射频模块连接在微处理器1的SPI接口上。所述3G通信模块4使用串口线 连接到本实用新型的DB9插头上，所述无线射频模块使用外接的SMA天线及预留PCB天线 连接构成的射频电路(RF)通信板，微处理器1的MCU主板通过插件连接至RF通信板。另 外，可以使用网线连接本实用新型和PC机且此连接为活动连接，在不使用以太网接口时不 用插网线，也可以固定连接；3G通信模块4也可以取代以太网接口。实际使用过程中，由于无线传感网络WSN中包括众多类型的传感器，可探测包括 地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边 环境中多种多样的现象，传感器节点把采样数据通过无线电的方式传给中继节点(也可以 直接传给本实用新型)，中继节点然后把数据传给本实用新型，最终数据通过3G通信模块4 和3G天线7进入了 3G网络，通过远程传输把数据送到监控中心，这样就可以坐在办公室的 计算机前实施线路监控。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。
权利要求1.一种基于WSN与3G的无线网关，其特征在于包括微处理器(1)、晶振电路O)、射 频单元( 、将微处理器(1)接入3G网络的3G通信模块(4)、安装在3G通信模块(4)上且 与3G通信模块(4)相接的3G线(7)和为各用电单元进行供电的电源模块(5)，所述晶振 电路( 、射频单元C3)和3G通信模块(4)均与微处理器(1)相接，电源模块( 分别与微 处理器(1)和射频单元C3)相接，微处理器(1)通过射频单元C3)与无线传感器网络中的 无线传感器节点和/或中继节点进行双向通讯，所述微处理器(1)通过3G通信模块(4)和 3G天线(7)与上位监控机( 进行双向通信。
2.按照权利要求1所述的一种基于WSN与3G的无线网关，其特征在于还包括与微处 理器(1)相接的以太网通讯模块(6)，所述微处理器(1)上对应设置有用于接入以太网通讯 模块(6)的以太网接口。
3.按照权利要求2所述的一种基于WSN与3G的无线网关，其特征在于所述3G通信 模块(4)与微处理器(1)之间通过串行接口进行双向通信，所述以太网接口和所述串行接 口均为UART接口。
4.按照权利要求3所述的一种基于WSN与3G的无线网关，其特征在于所述射频单元 (3)包括无线射频模块、与所述无线射频模块相接的PCB天线和与所述PCB天线相接的SMA天线。
5.按照权利要求4所述的一种基于WSN与3G的无线网关，其特征在于所述无线射频 模块为CCllOO无线通讯芯片。
6.按照权利要求5所述的一种基于WSN与3G的无线网关，其特征在于所述CCllOO无 线通讯芯片与微处理器(1)之间通过SPI接口进行连接。
专利摘要本实用新型公开了一种基于WSN与3G的无线网关，包括微处理器、晶振电路、射频单元、将微处理器接入3G网络的3G通信模块、安装在3G通信模块上且与3G通信模块相接的3G天线和为各用电单元进行供电的电源模块，晶振电路、射频单元和3G通信模块均与微处理器相接，微处理器通过射频单元与无线传感器网络中的无线传感器节点和/或中继节点进行双向通讯，微处理器通过3G通信模块和3G天线与上位监控机进行双向通信。本实用新型结构简单、接线方便、使用操作简便且具有多种通讯模式、能与用户手机进行双向通信、操作方式灵活、工作性能稳定可靠，能有效解决现有无线网关存在的接线复杂、施工难度较大、数据链路复杂且不稳定等缺陷。
文档编号H04W88/16GK201821514SQ20102058039
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者王剑, 范嘉峰, 袁雅, 赵波 申请人:西安元智系统技术有限责任公司