专利名称：一种无线传感器网络网关设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及无线传感器网络技术领域，具体涉及一种无线传感器网络网关设 备。
背景技术：
无线传感器网络是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集 成的前沿热点研究领域。传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信等技术的进步，推 动了现代无线传感器网络的产生和发展，无线传感器网络扩展了人们的信息获取能力，将 客观世界的物理信息同传输网络连接在一起，在下一代网络中将为人们提供最直接、最有 效、最真实的信息。无线传感器网络能够获取客观物理信息，具有十分广阔的应用前景，能 应用于军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢险救灾、危险区域远程控 制等领域，已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世纪产生巨大 影响力的技术之一。建立在IEEE 802. 15. 4(LR_WPAN,低速率无线个人区域网)上的ZigBee协议是 无线传感器网络首选的组网技术之一，大量传感器节点之间通过ZigBee协议进行自组网， 而无线传感器网络网关设备则对网络进行各种管理和维护工作，并对监测数据进行相关处 理，或通过嵌入式hternet技术实现ZigBee网络与互联网的连接，从而使接入到互联网的 ZigBee网络具有监测数据的透明转发、网络远程监控、诊断和管理的功能。传统无线传感器 网络网关设备一般采用单片机处理器设计，往往需要扩展较多的硬件接口电路，因此存在 功耗高、体积大、抗干扰能力弱，软件开发周期长的问题。
发明内容为解决以上问题，本实用新型提供一种无线传感器网络网关设备，其不仅可对大 量传感器节点之间通过ZigBee协议进行自组网的无线传感器网络进行各种管理和维护， 接收并显示网络拓扑结构、网络健康状态、监测数据等工作，还由于网关设备带有GPS功 能，因此可实时提供设备自身的地理位置信息和UTC时间，可为ZigBee网络中传感器节点 之间进行高精度时间同步提供基准时钟源；并可实现ZigBee网络与互联网互连，从而使接 入到互联网的ZigBee网络具有监测数据的透明转发、网络远程监控、诊断和管理的功能。本实用新型为达到上述目的，采用如下技术方案提供一种无线传感器网络网关 设备，由GPS数据采集单元、无线射频收发单元、ARMll嵌入式处理器控制单元、以太网接口 控制单元、触摸屏器接口控制单元、按键接口控制单元、USB接口和SD卡接口控制单元组 成。所述GPS数据采集单元、所述无线射频收发单元、所述以太网接口控制单元、所述触摸 屏器接口控制单元及所述USB接口和SD卡接口控制单元分别与所述ARMl 1嵌入式处理器 控制单元双向电连接；所述按键接口控制单元与所述ARMll嵌入式处理器控制单元单向电 连接。所述GPS数据采集单元采用LEA_4A芯片，所述无线射频收发单元采用CC2530芯片，所述ARMll嵌入式处理器控制单元采用S3C6410芯片，所述以太网接口控制单元采用 DM9000AE芯片，所述触摸屏器接口控制单元采用AT043TNMV. 1芯片。本实用新型的处理控制单元采用ARMll处理器，而传统技术多采用ARM7、ARM9处 理器。ARMll处理器比传统ARM处理器具有优越性，其在提供高性能的同时，还保证了低功 耗及面积的有限性。ARMll处理器的流水线与以前的ARM内核不同，其由8级流水线组成， 比以前的ARM内核提高了至少40%的吞吐量，8级流水线可使8条指令同时被执行。ARMll 处理器通过forwarding来避免流水线中的数据冲突，且通过实现跳转预测技术来保持最 佳流水线效率。ARMll处理器通过这些特殊技术的使用来使其处理优化到更高的流水线吞 吐量的同时，还能保持和8级流水线(ARM9处理器)一样的有效性。GPS数据采集单元实时采集设备自身的地理位置信息和UTC时间，并将测量数据 通过串口传输到ARMll嵌入式处理器控制单元进行处理。无线射频收发单元接收ZigBee 网络协调器发送的网络拓扑结构、网络健康状态、监测数据等相关信息，通过串口传输到 ARMll嵌入式处理器控制单元进行处理后，由触摸屏器接口控制单元进行显示和接收用户 键入的网络管理等命令，或通过以太网接口控制单元与互联网互连。所述GPS数据采集单元与所述ARMl 1嵌入式处理器控制单元双向电连接。S3C6410 的 A15 引脚 GPH6、G11 引脚 GPH7、C16 引脚 GPH8、H9 引脚 GPH9、D19 引脚 X_uRXD2、A21 引脚 X_uTXD2 分别与 LEA_4A 的第 22 引脚 GPSMDDE2、第 21 引脚 GPSMDDE5、第 9 引脚 GPSMDDE6、 第23引脚GPSMDDE7、第3引脚TxDl、第4引脚RxDl相连，LEA_4A的第5引脚VDD_I0、第6 引脚VCC接3. 3V电源，LEA_4A的第16引脚RF_IN接天线Fl，LEA_4A的第19引脚V_ANT、 第18引脚VCC_RF接地，LEA_4A的第17引脚GND通过电阻Rl接地。所述无线射频收发单元与所述ARMll嵌入式处理器控制单元双向电连接。 S3C6410 的 B21 引脚 X_uTXD3 与 CC2530 的第 17 引脚 RX 相连，S3C6410 的 J14 引脚 X_uRXD3 与CC2530的第16引脚相连，CC2530的第10引脚DVDD、第39引脚AVDD_DREG、第21引脚 AVDD5/AVDD_S0C、第 31 引脚 AVDD_GUARD 接 3. 3V 电源，并分别通过电容 Cl、C4、C2、C3 接 地，CC2530的第1引脚DGND_USB、第2引脚USB_M、第3引脚USB_P、第4引脚DVDD_USB均 接地，CC2530的第20引脚RESET_N接电阻Rl和电容C5，电阻Rl接3. 3V电源，电容C5接 地，CC2530的第41引脚GND Exposed接地，CC2530的第30引脚RBIAS通过电阻R2接地， CC2530的第25引脚RF_P通过C7接电感Li、电感L2、电容C11，电感Ll接地，CC2530的第 26引脚RF_N通过电容C8接电感L2、电感L3、电容C12，电容C12接地，电感L3接电容C9、 CIO、Cll,电容C9接地，电容ClO接天线和电容C17，电容C17接地，CC2530的第32引脚 P2. 4/X0SC32_Q2、第 33 引脚 P2. 3/X0SC32_Ql 分别通过电容 C16、电容 C15 接地，CC2530 的 第 32 引脚 P2. 4/X0SC32_Q2、第 33 引脚 P2. 3/X0SC32_Ql 通过晶振 Y2 相连，CC2530 的第 22 引脚X0SC_Q1、第23引脚X0SC_Q2分别通过电容C14、电容C13接地，CC2530的第22引脚 M)SC_Q1、第23引脚M)SC_Q2通过晶振Yl相连，CC2530的第40引脚通过电容C6接地。所述以太网接口控制单元与所述ARMll嵌入式处理器控制单元双向电连接。 S3C6410 的 AC19 引脚 X_EINT7 接 DM9000AE 的第；34 引脚 INT，S3C6410 的 Dl 引脚)(mO_ADDR2 接 DM9000AE 的第 32 引脚 CMD，S3C6410 的 L4 引脚 Xm0_0En 接 DM9000AE 的 35 引脚 I0R#， S3C6410 的 J2 引脚 XmO_WEn 接 DM9000AE 的第 36 引脚 I0W#，S3C6410 的 R3 引脚 XmO_CSnl 接 DM9000AE 的 37 引脚 CS#，S3C6410 的 AD16 引脚 X_nRST0UT 接 DM9000AE 的 40 引脚 PWRST#，S3C6410 的 N2 弓丨脚 XmO_DATAO.Nl 弓丨脚 XmO_DATAl、M7 弓丨脚 XmO_DATA2、N3 弓丨脚 XmO_DATA3、 M8 弓丨脚 XmO_DATA4、P2 弓丨脚 XmO_DATA5、N4 弓丨脚 XmO_DATA6、P3 弓丨脚 XmO_DATA7、M2 弓丨脚 Xm0_ DATA8、M4 弓丨脚 XmO_DATA9、L7 弓丨脚 XmO_DATA 10、M3 弓丨脚 XmO_DATA 11、L8 弓丨脚 XmO_DATA 12、 L2 引脚 XmO_DATA13、K4 引脚 XmO_DATA14、Kl 引脚 XmO_DATA15 分别与 DM9000AE 的第 18 引 脚SD0、第17引脚SDUH 16引脚SD2、第14引脚SD3、第13引脚SD4、第12引脚SD5、第11 引脚SD6、第10引脚SD7、第31引脚SD8、第29引脚SD9、第28引脚SD10、第27引脚SDlU 第26引脚SD12、第25引脚SD13、第24引脚SD14、第22引脚SD15相连，DM9000AE的第43 引脚X2、第41引脚Xl分别通过电容Cl、C2接地，DM9000AE的第43引脚X2、第41引脚Xl 通过晶振Yl相连，DM9000AE的第8引脚TX-与电阻Rl和NET (U3元件)的第2引脚TD-相 连，DM9000AE的第7引脚TX+与电阻R2和NET的第1引脚TD+相连，DM9000AE的第4引脚 RX-与电阻R3和NET的第6引脚RX-相连，DM9000AE的第3引脚RX+与电阻R4和NET的 第3引脚RX+相连，电阻Rl及电阻R2与电容C3相连，电阻R3及电阻R4与电容C4相连， 电容C3、C4接地，DM9000AE的第38引脚LED2与NET的第10引脚LEDG-相连，DM9000AE的 第39引脚LEDl与NET的第11引脚LEDY-相连，NET的第9引脚LEDG+、第12引脚LEDY+ 接3. 3V电源，NET的第8引脚CHS_GND接地。本实用新型提供的无线传感器网络网关设备具有以下优点1.本实用新型以低功耗、资源丰富的ARMll嵌入式处理器为核心，通过网络芯片 DM9000AE和符合协议IEEE802. 15. 4的芯片CC2530，分别接入以太网和ZigBee网络，其具 有测量精度高、抗干扰能力强、功耗低、成本低廉和体积小巧的特点，可实时提供网关设备 自身的地理位置信息和UTC时间，特别适合于需要进行精确时间同步的无线传感器网络和 进行网络延伸的远程监控场合，具有广阔的市场前景。2.本实用新型的网关设备以一片ARMll嵌入式处理器S3C6410芯片和少量外围电 路即可构成完整的控制系统，由于充分利用了嵌入式处理器内部资源，使系统硬、软件设计 达到了最小化。
图1是本实用新型的无线传感器网络网关设备硬件系统构成图。图2是本实用新型的ARMll嵌入式处理器控制单元与GPS数据采集单元连接电路 图。图3是本实用新型的ARMll嵌入式处理器控制单元与无线射频收发单元连接电路 图。图4是本实用新型的ARMll嵌入式处理器控制单元与以太网接口控制单元的连接 电路图。图5是本实用新型的ARMll嵌入式处理器控制单元与触摸屏器接口控制单元的连 接电路图。图6是本实用新型的ARMll嵌入式处理器控制单元与按键接口控制单元的连接电 路图。图7是本实用新型的ARMll嵌入式处理器控制单元外扩的USB接口和SD卡接口 控制单元。
具体实施方式
下面以具体实施例结合附图对本实用新型作进一步说明。图1是本实用新型的无线传感器网络网关设备硬件系统构成图。所述无线传感器 网络网关设备由GPS数据采集单元10、无线射频收发单元11、ARMll嵌入式处理器控制单 元12、以太网接口控制单元13、触摸屏器接口控制单元14、按键接口控制单元15、USB接口 和SD卡接口控制单元16组成。其中所述ARMll嵌入式处理器控制单元分别与所述GPS数 据采集单元、所述无线射频收发单元、所述以太网接口控制单元、所述触摸屏器接口控制单 元、所述按键接口控制单元、所述USB接口和SD卡接口控制单元电连接。所述GPS数据采 集单元采用LEA_4A芯片，所述无线射频收发单元采用CC2530芯片，所述ARMl 1嵌入式处理 器控制单元采用S3C6410芯片，所述以太网接口控制单元采用DM9000AE芯片，所述触摸屏 器接口控制单元采用AT043TN24V. 1芯片。在工作中，GPS数据采集单元实时采集设备自身的地理位置信息和UTC时间，并将 测量数据通过串口传输到ARMll嵌入式处理器控制单元进行处理。无线射频收发单元用于 接收ZigBee网络中协调器发送的网络拓扑结构、网络健康状态、监测数据等相关信息，通 过串口发送到ARMl 1嵌入式处理器控制单元进行数据包解析、存储、显示等相关处理后，并 通过以太网接口控制单元发送给远方的用户终端；或用于接收用户通过触摸屏器接口控制 单元、按键接口控制单元、以太网接口控制单元发送给ZigBee网络的各种命令，ARMll嵌入 式处理器控制单元将接收上述各种命令存储、压缩和打包，并形成完整的帧格式数据包，然 后通过串口传输给无线射频收发单元。无线射频收发单元主要负责数据包的发送与接收， 当ARMll嵌入式处理器控制单元需要发送数据包时，无线射频收发单元就打开无线发送信 道发送数据包；在无线射频收发单元接收到数据包之后，打开接收信道并把数据包通过串 口传输给ARMll嵌入式处理器控制单元以供进一步处理。图2显示本实用新型的GPS数据采集单元及其与ARMll嵌入式处理器控制单元的 连接电路图，GPS单元利用串口与ARMll嵌入式处理器控制单元双向电连接。所述GPS数 据采集单元采用LEA_4A芯片，通过控制LEA_4A的第22、21、9、23引脚来设置GPS的不同 工作模式。将S3C6410的A15引脚设置为低电平，GPS精度工作在正常模式，将S3C6410的 A15引脚设置为高电平，GPS精度工作在高精度模式。设置S3C6410的G11、C16引脚不同的 高低电平，串口有4种工作方式(1)将S3C6410的第GlU C16引脚同时设置为低电平时， GPS串口以高精度方式1工作，波特率19. 2Kb，NMEA协议；(2)低精度方式2，波特率4. 8Kb, NMEA协议；(3)中等精度方式3，波特率9. 6Kb, NMEA协议；(4)精度可扩展方式4，波特率 1152Kb, UBX协议。可通过设置S3C6410的H9引脚状态来控制LEA_4A的USB的供电模式， 当将S3C6410的H9引脚设置为低电平时，LEA_4A的USB接口为总线供电模式；当将S3C6410 的H9引脚设置为高电平时，LEA_4A的USB接口为自供电模式。因此可根据不同的应用场 景来选择合适的工作方式，本实用新型设置S3C6410的第Gil、C16引脚同时为低电平，GPS 串口工作在第1种方式。无源天线Fl耦合GPS卫星的发送信号，Fl把所接收的GPS信号 经过LEA_4A的第16引脚输入，LEA_4A对所接收的GPS信号进行解调，将解调的节点设备 自身地理位置信息和UTC时间等数据存储在LEA_4A的寄存器中，通过串口将上述信息传输 到S3C6410中，S3C6410就可以从串口接收到的数据包中提取出时间、经度、纬度等信息。[0026]图3显示本实用新型的无线射频收发单元及其与ARMll嵌入式处理器控制单元的 连接电路图，无线射频收发单元与ARMll嵌入式处理器控制单元双向电连接。无线收发控 制单元的核心部件是CC2530，它是基于IEEE802. 15. 4协议和ZigBee协议应用的片上系统 芯片，CC2530集成了业界领先的RF收发器和增强工业标准的8051MCU内核，能够以极低的 成本完成功能强大的无线传感器网络节点设计。无线收发控制单元对节点采集的数据进行 存储、压缩和打包，并形成完整的帧格式数据包以无线方式发送，或者接收ZigBee网络中 协调器的数据包，通过串口传输给ARMll嵌入式处理器控制单元以供进一步处理。图4显示本实用新型的以太网接口控制单元及其与ARMl 1嵌入式处理器控制单元 的连接电路图，以太网接口控制单元与ARMll嵌入式处理器控制单元双向电连接，该图主 要绘示数据信号引脚和控制信号引脚的连接关系。所述以太网接口控制单元采用DM9000AE 芯片，其中data[0:15]为数据信号引脚，INT、CMD、I0R#、I0W#、CS#、PWRST#为控制信号 引脚。INT为中断信号引脚，当DM9000AE从网络中接收到数据时，通过INT引脚产生一个 中断信号，通知微处理器接收数据；CMD为地址、数据选择引脚，当CMD引脚为低电平时， data[0:15]传输的是地址信号，当CMD为高电平时，data[0:15]传输的是数据信号 ’I0R# 引脚为读选择，当I0R#为低电平时对DM9000AE执行读取操作，当I0R#为高电平时无效； I0ff#引脚为写选择，当I0W#为低电平时对DM9000AE执行写入操作，当I0W#为高电平时无 效；〔5#引脚为片选信号，低电平有效；PWRST#为上电复位引脚，当PWRST#产生20ms的低电 平时，DM9000AE复位。在图4中，以太网控制器单元的工作原理为当DM9000AE接收到一个数据包通过 CRC校验之后存入RX FIFO，在INT引脚上产生一个中断信号，在每一个接收到的数据包前 面都有一个4字节的头，可用MRCMDX和MRCMD寄存器来读取接收到的数据包的信息，其中 第一个字节是接收数据标志，通过读取这一位来判断是否有数据到达，如果这一位是0x01， 表示有数据被接收且保存到RX SRAM中，这时候可以将数据读出并进行处理；如果这一位 是0x00，表示没有接收到数据；如果既不是0x01又不是0x00则认为有异常发生，这时就要 将DM9000AE芯片重启以使芯片恢复到正常状态。第二个字节是状态信息，这个字节是接收 数据包的状态字，其中的内容与接收状态寄存器RSR中的内容相同。可以用来判断所接收 的数据包是否正常，或发生了何种异常，这样就可以针对不同的异常进行不同的操作，实现 对接收任务的控制。第3字节、第4字节存有接收到的数据包的长度，在读取数据包的时候 要用这个长度来进行控制。这四个字节的包头是DM9000AE在接收数据的时候添加的信息， 不属于数据包的内容。从第5个字节开始的数据才是真正的数据包的内容，其长度在第3、 4字节中定义。当发送一包数据时，先检查DM9000AE的工作模式，然后把要发送的数据写入 TX FIFO SRAM，然后把要发送数据长度的高字节写入MDRAH寄存器，把要发送数据长度的低 字节写入MDRAL寄存器，最后设置传送标志，将TCR寄存器的第0位置设置为1，DM9000AE 就会将存入发送数据缓冲区的数据发送出去。图5显示本实用新型的触摸屏器接口控制单元及其与ARMll嵌入式处理器控制单 元的连接电路图，触摸屏器接口控制单元与ARMll嵌入式处理器控制单元双向电连接。触 摸屏器接口控制单元采用LCD芯片AT043TNMV. LS3C6410的AD19引脚X_EINTll/GPmi、 AA25 引脚 X_LCD_HSYNC/GPJ8、W22 引脚 X_LCD_VSYNC/GPJ9、AA24 引脚 X_LCD_VDEN/GPJ10、 V19 引脚 X_LCD_VCLK/GPJ11、AE3 引脚 X_ADC_AIN4、AD4 引脚 X_ADC_AIN5、AE4 引脚 X_ADC_AIN6、AC3引脚X_ADC_AIN7分别与LCD的第31引脚DISP、第32引脚HSYNC,第33引脚 VSYNC、第34引脚DE、第30引脚PCLK、第37引脚XI、第38引脚Y1、第39引脚X2、第40引脚 Y2 相连，S3C6410 的 AE21 引脚 X_VD0/GPI0、W14 引脚 X_VD1/GPI1、AE22 引脚 X_VD2/GPI2、 V13 引脚 X_VD3/GPI3、AD21 引脚 X_VD4/GPI4、AB20 引脚 X_VD5/GPI5、W15 引脚 X_VD6/GPI6、 AE23 引脚 X_VD7/GPI7、V14 引脚 X_VD8/GPI8、AC21 引脚 X_VD9/GPI9、AC22 引脚 X_VD10/ GPI10.W16 引脚 X_VD11/GPI11、V15 引脚 X_VD12/GPI12、AD23 引脚 X_VD13/GPI13、W17 引脚 X_VD14/GPI14、AC24 引脚 X_VD15/GPI15、V16 引脚 X_VD16/GPJ0、AD24 引脚 X_VD17/GPJ1、 Y22 引脚 X_VD18/GPJ2、AC25 引脚 X_VD19/GPJ3、AB25 引脚 X_VD20/GPJ4、AB24 引脚 X_VD21/ GPJ5、W18 引脚 X_VD22/GPJ6、AB23 引脚 X_VD23/GPJ7 分别与 LCD 的第 5 引脚 R0、第 6 引脚 R1、第7引脚R2、第8引脚R3、第9引脚R4、第10引脚R5、第11引脚R6、第12引脚R7、第 13引脚GO、第14引脚G1、第15引脚G2、第16引脚G3、第17引脚G4、第18引脚G5、第19 引脚G6、第20引脚G7、第21引脚B0、第22引脚Bi、第23引脚B2、第24引脚B3、第25引脚 84、第沈引脚B5、第27引脚86、第观引脚B7相连，LCD的第36引脚GND、第3引脚GND、第 29引脚GND接地，LCD的第35引脚NC悬空，LCD第1引脚VLED-通过电阻Rl接地，第2引 脚VLED+通过电容Cl接地，芯片TO1518的第3引脚FB接LCD的第1引脚VLED-，YB1518 的第1引脚SW接电感Ll和肖特基二极管Dl正端，肖特基二极管Dl负端接IXD的第2引 脚VLED+，YB5158的第5引脚VIN接电感L1、5V电源、电容C3、电容C2，电容C3和C2接地， YB5158第2引脚GND接地，TO5158第4引脚CTRL接电阻R2和R3，电阻R3接5V电源，电 阻 R2 与 S3C6410 的 D23 引脚 X_PwmT0UTl/GPF15 相连。其工作原理为IXD将点阵像素分为红、绿、蓝3个子像素，每个子像素占8个位， 分别对应IXD的RW 7]、G W 7]、B W 7]引脚。显示一幅图像时，首先在IXD的VSYNC弓丨 脚上产生一个高电平，表示一帧扫描的开始，接着在IXD的HSYNC引脚上产生一个高电平， 表示一行扫描的开始，这时如果LCD的DE引脚为高电平，则在LCD的时钟信号PCLK的每个 上升沿，数据VDW:23]就写入对应的像素点，以后每个点都这样逐行逐个的扫描下去。IXD 的XI、Yl、X2、Y2引脚为触摸引脚，AT043TN24V. 1带一个4线电阻的触摸屏，当有外表压力 作用在触摸屏上某一点时，触摸屏的一个导电层接通X方向电源，在另一个导电层就可以 检测到这个电压，对取得的电压信号进行A/D转换，将得到的电压值与所加电源电压的大 小进行比较就可以得到触摸点的X方向的坐标，同理也可以算出Y方向的坐标。图6显示本实用新型的ARMll嵌入式处理器控制单元与按键接口控制单元的连接 电路图，按键接口控制单元与ARMll嵌入式处理器控制单元单向电连接。S3C6410的AE17 引脚X_EINT0/KpR0W0/GPN0接电阻Rl和按键Kl的第1、第2引脚，按键Kl的第3、第4引 脚接地，电阻Rl接3. 3V电源，S3C6410的VlO引脚X_EINTl/KpROWl/GPm接电阻R2和按键 K2的第1、第2引脚，按键K2的第3、第4引脚接地，电阻R2接3. 3V电源，S3C6410的AD17 弓丨脚X_EINT2/KpR0W2/GPN2接电阻R3和按键K3的第1、第2引脚，按键K3的第3、第4引脚 接地，电阻R3接3. 3V电源，S3C6410的AB17引脚X_EINT3/KpR0W3/GPN3接电阻R4和按键 K4的第1、第2引脚，按键K4的第3、第4引脚接地，电阻R4接3. 3V电源，S3C6410的AE18 引脚X_EINT4/KpR0W4/GPN4接电阻R5和按键K5的第1、第2引脚，按键K5的第3、第4引 脚接地，电阻R5接3. 3V电源，S3C6410的AC18引脚X_EINT5/KpR0W5/GPN5接电阻R6和按 键K6的第1、第2引脚，按键K6的第3、第4引脚接地，电阻R6接3. 3V电源。[0032]按键的工作原理为每个按键都跟S3C6410的一个外部中断引脚连接，在按键未 按下时引脚上信号为高电平，在按键按下时，引脚上产生一个低电平，S3C6410就会产生一 个中断信号，通过中断方式调用对应的按键中断服务子程序，完成按键指定的功能。图7显示本实用新型的ARMll嵌入式处理器控制单元外扩的USB接口和SD卡接 口控制单元连接电路图，USB接口和SD卡接口控制单元与ARMll嵌入式处理器控制单元双 向电连接。可外接带SD接口、USB接口的设备，如U盘、SD卡等。如通过SD卡可实现本网 关设备的操作系统装载。S3C6410 的 A17 引脚 X_MmcCDNO/MmcCDN1/GPG6 与电阻 R8、SD 接 口的第 11 引脚 nCD 相连，电阻 R8 接 3. 3V 电源，S3C6410 的 N17 引脚 Xhi_DATA16/EINT21/GPL13 与电阻 R7、SD 接口的第10引脚WP相连，电阻R7接3. 3V电源，S3C6410的H13引脚X_MmcDATA0_l/GPG3 与电阻R6、SD接口的第8引脚DATl相连，电阻R6接3. 3V电源，S3C6410的B18引脚X_ MmcDATA0_0/ADDR_CF2/GPG2与电阻R5、SD接口的第7引脚DATO相连，电阻R5接3. 3V电 源，S3C6410 的 A18 引脚 X_MmcCLK0/ADDR_CF0/GPG0 与电阻 R4、SD 接口的第 5 引脚 CLK 相 连，电阻 R5 接 3. 3V 电源，S3C6410 的 G13 引脚 X_MmcCMDO/ADDR_CF 1 /GPG1 与电阻 R3、SD 接 口的第2引脚CMD相连，电阻R3接3. 3V电源，S3C6410的G12引脚X_MmcDATA0_3/GPG5与 电阻R2、SD接口的第1引脚CD/DAT3相连，电阻R2接3. 3V电源，S3C6410的C18引脚X_ MmcDATA0_2/GPG4与电阻Rl、SD接口的第9引脚DAT2相连，电阻Rl接3. 3V电源，SD接口 的第6引脚VSS2、第3引脚VSSl、第12引脚VSS3、第13引脚VSS4接地，SD接口的第4引 脚VDD接3. 3V电源和电容C2，电容C2接地。S3C6410的P22引脚X_UsbDN接电阻R9和USB接口的第2引脚D-，电阻R9接地， S3C6410的N22引脚X_UsbDP与电阻RlO和USB接口的第3引脚D+相连，电阻RlO接地， USB接口的第4引脚、第5引脚NC、第6引脚NC、第7引脚NC、第8引脚NCGND接地，USB的 第1引脚VBUS接电感Li，电感Ll接5V电源和电容Cl，电容Cl接地。在整个网关设备系统中，首先移植一个Linux操作系统以及网卡驱动，对串口接 收到的数据进行适当的处理，通过TCP/IP协议发送给远方的用户终端，整个系统的硬、软 件结构分为三层，最底层的是由GPS模块、ARMll处理器、以太网控制器、IXD、ZigBee无线 通信模块、按键、SD卡和USB接口组成的硬件；中间层是由Linux操作系统和硬件驱动程序 构成，硬件驱动程序包括GPS模块驱动、网卡驱动、串口驱动、IXD驱动、按键驱动、USB驱动、 SD卡驱动等，通过Linux操作系统能很好地实现整个系统硬件资源和软件资源的管理，以 及各个任务的调度；通过网卡、串口等硬件驱动，给上层应用程序提供操作底层各个硬件的 接口，使上层应用程序做到硬件无关性；最上层的是应用层，包括对GPS测量数据解析、网 络拓扑结构、网络健康状态、监测数据等相关信息处理，数据的显示，接收用户键入的命令， 以及通过以太网接口控制单元与互联网的互连，利用TCP/IP协议对数据的转发程序等。
权利要求1.一种无线传感器网络网关设备，其特征在于由GPS数据采集单元(10)、无线射频收 发单元(11)、ARMll嵌入式处理器控制单元(12)、以太网接口控制单元(13)、触摸屏器接口 控制单元(14)、按键接口控制单元(15)、USB接口和SD卡接口控制单元(16)组成；其中GPS数据采集单元、无线射频收发单元、以太网接口控制单元、触摸屏器接口控制 单元及USB接口和SD卡接口控制单元分别与ARMl 1嵌入式处理器控制单元双向电连接，按 键接口控制单元与ARMll嵌入式处理器控制单元单向电连接。
2.根据权利要求1所述的无线传感器网络网关设备，其特征在于GPS数据采集单元 采用LEA_4A芯片，无线射频收发单元采用CC2530芯片，ARMll嵌入式处理器控制单元采 用S3C6410芯片，以太网接口控制单元采用DM9000AE芯片，触摸屏器接口控制单元采用 AT043TN24V. 1 芯片。
3.根据权利要求2所述的无线传感器网络网关设备，其特征在于S3C6410的A15引脚 GPH6、G11 引脚 GPH7、C16 引脚 GPH8、H9 引脚 GPH9、D19 引脚 X_uRXD2、A21 引脚 X_uTXD2 分 别与LEA_4A的第22引脚GPSMDDE2、第21引脚GPSMDDE5、第9引脚GPSMDDE6、第23引脚 GPSMDDE7、第3引脚iTxDl、第4引脚RxDl相连，LEA_4A的第5引脚VDD_I0、第6引脚VCC 接3. 3V电源，LEA_4A的第16引脚RF_IN接天线F1，LEA_4A的第19引脚V_ANT、第18引脚 VCC_RF接地，LEA_4A的第17引脚GND通过电阻Rl接地。
4.根据权利要求2所述的无线传感器网络网关设备，其特征在于S3C6410的B21引脚 X_uTXD3 与 CC2530 的第 17 引脚 RX 相连，S3C6410 的 J14 引脚 X_uRXD3 与 CC2530 的第 16 引脚相连，CC2530的第10引脚DVDD、第39引脚AVDD_DREG、第21引脚AVDD5/AVDD_S0C、第 31引脚AVDD_GUARD接3. 3V电源，并分别通过电容C1、C4、C2、C3接地，CC2530的第1引脚 DGND_USB、第2引脚USB_M、第3引脚USB_P、第4引脚DVDD_USB均接地，CC2530的第20引 脚RESET_N接电阻Rl和电容C5，电阻Rl接3. 3V电源，电容C5接地，CC2530的第41引脚 GND Exposed接地，CC2530的第30引脚RBIAS通过电阻R2接地，CC2530的第25引脚RF_ P通过C7接电感Li、电感L2、电容Cll，电感Ll接地，CC2530的第26引脚RF_N通过电容 C8接电感L2、电感L3、电容C12，电容C12接地，电感L3接电容C9、C10、C11，电容C9接地， 电容ClO接天线和电容C17，电容C17接地，CC2530的第32引脚P2. 4/X0SC32_Q2、第33引 脚P2. 3/X0SC32_Ql分别通过电容C16、电容C15接地，CC2530的第32引脚P2. 4/X0SC32_ Q2、第33引脚P2. 3/X0SC32_Ql通过晶振Y2相连，CC2530的第22引脚X0SC_Q1、第23引脚 X0SC_Q2分别通过电容C14、电容C13接地，CC2530的第22引脚X0SC_Q1、第23引脚X0SC_ Q2通过晶振Yl相连，CC2530的第40引脚通过电容C6接地。
5.根据权利要求2所述的无线传感器网络网关设备，其特征在于S3C6410的AC19引 脚 X_EINT7 接 DM9000AE 的第；34 引脚 INT，S3C6410 的 Dl 引脚 XmO_ADDR2 接 DM9000AE 的第 32 引脚 CMD，S3C6410 的 L4 引脚 Xm0_0En 接 DM9000AE 的 35 引脚 I0R#，S3C6410 的 J2 引脚 XmO_WEn 接 DM9000AE 的第 36 引脚 I0W#，S3C6410 的 R3 引脚 XmO_CSnl 接 DM9000AE 的 37 引脚 CS#，S3C6410 的 AD16 引脚 X_nRST0UT 接 DM9000AE 的 40 引脚 PWRST#，S3C6410 的 N2 弓丨脚 Xm0_DATA0、Nl 弓丨脚 XmO_DATAl、M7 弓丨脚 XmO_DATA2、N3 弓丨脚 XmO_DATA3、M8 弓丨脚 Xm0_ DATA4、P2 弓丨脚 XmO_DATA5、N4 弓丨脚 XmO_DATA6、P3 弓丨脚 XmO_DATA7、M2 弓丨脚 XmO_DATA8、M4 弓丨脚 XmO_DATA9、L7 弓丨脚 Xm0_DATA10、M3 弓丨脚 XmO_DATAll、L8 弓丨脚 XmO_DATA12、L2 弓丨脚 XmO_DATA13、K4 引脚 XmO_DATA14、Kl 引脚 XmO_DATA15 分别与 DM9000AE 的第 18 引脚 SD0、第17引脚SDUH 16引脚SD2、第14引脚SD3、第13引脚SD4、第12引脚SD5、第11引脚 SD6、第10引脚SD7、第31引脚SD8、第29引脚SD9、第28引脚SD10、第27引脚SD11、第26 引脚SD12、第25引脚SD13、第24引脚SD14、第22引脚SD15相连，DM9000AE的第43引脚 X2、第41引脚Xl分别通过电容Cl、C2接地，DM9000AE的第43引脚X2、第41引脚Xl通过 晶振Yl相连，DM9000AE的第8引脚TX-与电阻Rl和NET的第2引脚TD-相连，DM9000AE 的第7引脚TX+与电阻R2和NET的第1引脚TD+相连，DM9000AE的第4引脚RX-与电阻R3 和NET的第6引脚RX-相连，DM9000AE的第3引脚RX+与电阻R4和NET的第3引脚RX+相 连，电阻Rl及电阻R2与电容C3相连，电阻R3及电阻R4与电容C4相连，电容C3、C4接地， DM9000AE的第38引脚LED2与NET的第10引脚LEDG-相连，DM9000AE的第39引脚LEDl 与NET的第11引脚LEDY-相连，NET的第9引脚LEDG+、第12引脚LEDY+接3. 3V电源，NET 的第8引脚CHS_GND接地。
专利摘要本实用新型公开了一种无线传感器网络网关设备，由GPS数据采集单元、无线射频收发单元、ARM11嵌入式处理器控制单元、以太网接口控制单元、触摸屏器接口控制单元、按键接口控制单元、USB接口和SD卡接口控制单元组成。GPS数据采集单元、无线射频收发单元、以太网接口控制单元、触摸屏器接口控制单元及USB接口和SD卡接口控制单元分别与ARM11嵌入式处理器控制单元双向电连接；按键接口控制单元与ARM11嵌入式处理器控制单元单向电连接。本实用新型的无线传感器网络网关设备可实时地提供网关设备自身的地理位置信息和UTC时间，特别适合于需要进行精确时间同步的无线传感器网络和进行网络延伸的远程监控场合。
文档编号H04W88/16GK201910929SQ201020587818
公开日2011年7月27日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者彭岳其, 沈耀东, 王典洪, 肖万源, 陈分雄, 韩家宝 申请人:中国地质大学(武汉)