专利名称：一种基于WSN与WiFi的无线网关的制作方法
技术领域：
一种基于WSN与WiFi的无线网关技术领域[0001]本实用新型涉及一种无线网关，尤其是涉及一种基于WSN与WiFi的无线网关。
技术背景[0002]无线传感器网络(英文WirelessSensorNetwork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。[0003]所谓WiFi，其实就是IEEE 802.11b的别称，是由一个名为“无线以太网相容联 盟”(英文Wireless Ethernet CompatibilityAlliance的简称，WECA)的组织所发布的业界术语，中文译为“无线相容认证”。它是一种短程无线传输技术，能够在数百英尺范围 内支持互联网接入的无线电信号。随著技术的发展，以及IEEE 802.11a及IEEE 802.1 Ig 等标准的出现，现在IEEE 802.11这个标准已被统称作WiFi。从应用层面来说，要使 用WiFi，用户首先要有WiFi兼容的用户端装置。WiFi是一种帮助用户访问电子邮件、 Web和流式媒体的赋能技术，它为用户提供了无线的宽带互联网访问。同时，它也是在 家里、办公室或在旅途中上网的快速、便捷的途径，能够访问WiFi网络的地方被称为热 点。WiFi或802.11G在2.4Ghz频段工作，所支持的速度最高达MMbps。[0004]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[0005]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WiFi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、能与带WiFi接口的设备直接进行通信、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。[0006]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WiFi 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WiFi 无线网络的WiFi模块、安装在WiFi模块上且与WiFi模块相接的WiFi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WiFi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WiFi模块和WiFi天线与 上位监控机进行双向通信。[0007]上述一种基于WSN与WiFi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。[0008]上述一种基于WSN与WiFi的无线网关，其特征是所述WiFi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。[0009]上述一种基于WSN与WiFi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。[0010]上述一种基于WSN与WiFi的无线网关，其特征是所述无线射频模块为 CCllOO无线通讯芯片。[0011]上述一种基于WSN与WiFi的无线网关，其特征是所述CCllOO无线通讯芯片 与微处理器之间通过SPI接口进行连接。[0012]本实用新型与现有技术相比具有以下优点[0013]1、设计合理、成本低且安装布设方便，结构简单且外形美观。。[0014]2、电路简单且接线方便。[0015]3、使用操作简单，操作方式灵活且智能化程度高。[0016]4、功耗低且使用效果好，施工方便，采用WiFi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。[0017]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。[0018]6、可以远程监测数据，实用价值高。[0019]7、因为使用了 WiFi模块，则使用带有WiFi接口的设备(例如PC、路由器等)来连接本实用新型，即能与带WiFi接口的设备直接进行通信。[0020]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、能与带WiFi接口的设备直接进行通信、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。[0021]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。
[0022]图1为本实用新型的电路原理框图。[0023]附图标记说明[0024]1-微处理器；2-晶振电路；3-射频单元；[0025]4-WiFi模块；5-电源模块；6-以太网通讯模块；[0026]7-WiFi天线；8-上位监控机。
具体实施方式
[0027]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WiFi无线网络的WiFi模块4、安装在WiFi模块4上且与WiFi模块4相接的WiFi 天线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WiFi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 际使用时，所述微处理器1通过WiFi模块4和WiFi天线7与上位监控机8进行双向通[0028]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WiFi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□。[0029]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SP I接口进行连接。[0030]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、WiFi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。WiFi模 块4为串口接口，其波特率为38400kbps，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。[0031]所述CCllOO无线通讯芯片具体为工作频率为433MPiz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lOdBm、5dBm、OdBm、_5dBm、-IOdBm 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。[0032]实际进行接线时，以太网通讯模块6和WiFi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WiFi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；WiFi模块4也可以取代以太网接口。[0033]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WiFi模块4和WiFi天线7进入了 WiFi无线网络，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。[0034]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WiFi的无线网关，其特征在于包括微处理器(1)、晶振电路 (2),射频单元(3)、将微处理器(1)接入WiFi无线网络的WiFi模块0)、安装在WiFi 模块⑷上且与WiFi模块⑷相接的WiFi天线(7)和为各用电单元进行供电的电源模 块(5)，所述晶振电路O)、射频单元(3)和WiFi模块⑷均与微处理器⑴相接，电源 模块( 分别与微处理器(1)和射频单元( 相接，微处理器(1)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(1)通过 WiFi模块⑷和WiFi天线(7)与上位监控机⑶进行双向通信。
2.按照权利要求1所述的一种基于WSN与WiFi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WiFi的无线网关，其特征在于所述WiFi 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WiFi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WiFi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WiFi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WiFi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WiFi无线网络的WiFi模块、安装在WiFi模块上且与WiFi模块相接的WiFi天线和电源模块，晶振电路、射频单元和WiFi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WiFi模块和WiFi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、操作简便且具有多种通讯模式、能与带WiFi接口的设备直接进行通信、操作方式灵活、工作性能稳定可靠，能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H04W88/16GK201813557SQ20102058047
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者张小斌, 王剑, 范嘉峰, 袁雅 申请人:西安元智系统技术有限责任公司