一种异构网络互连网关设备的制作方法

文档序号:7906033阅读:409来源:国知局
专利名称:一种异构网络互连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,具体涉及一种异构网络互连网关设 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。ZigBee协议建立在IEEE 802. 15. 4 (LR_WPAN,低速率无线个人区域网)之上,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。其 主要优点为协议实现简单、投资成本低、网络接入容量大,特别适合于低功耗场合,如工业 中的无线传感器检测、低等级控制;个人监护仪器、低功耗无线医疗设备;高端玩具;电器 组网和控制;无线消费设备;HVAC和灯光控制等,在低耗电待机模式下,两节普通5号干电 池可使用6个月以上。ZigBee数据传输速率较低(小于250Kb/s),有效覆盖范围10 50 米之间,多用于监测温度、湿度、光照等标量数据。WiFi是建立在IEEE 802. lla、802. lib、 802. Ilg协议之上的一种短距离无线通信技术,WiFi数据传输速率可达54Mb/s,覆盖范围 100米左右,特别适合于采集音频、视频图象等矢量数据,且要求传输速率较高场合。因此, 迫切需要由符合不同协议的异构节点组成的无线传感器网络。而大量现有无线传感器网络 节点设备,很难承担网关多种协议转换的功能,且存在抗干扰能力低、功耗高、成本昂贵和 体积大的问题。发明内容本实用新型的目的在于提供一种异构网络互连网关设备,其不仅可对大量传感器 节点之间通过WiFi和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,还可为无线传感器网络提供多种 网络接入方案,可实现三种异构网络之间监测数据的共享和传输,从而使接入到互联网的 WiFi网络和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异构网络互连网关设 备,由WiFi无线射频收发单元、ZigBee无线射频收发单元、ARMll嵌入式处理器控制单元、 互联网接口控制单元、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。WiFi无线射频收发单元、ZigBee无线射频收发单元、互联网接口控制单元、触摸屏器接口控制单元、USB接口和SD卡接口控制单元分别与ARMll嵌入式处理器控制单元 双向电连接;按键接口控制单元与ARMl 1嵌入式处理器控制单元单向电连接。WiFi无线射频收发单元采用WM-G-MR-09芯片,ZigBee无线射频收发单元采用 CC2530芯片,互联网接口控制单元采用DM9000AE芯片,ARMll嵌入式处理器控制单元采用 S3C6410芯片,触摸屏器接口控制单元采用AT043TN24V. 1芯片,USB接口和SD卡接口控制 单元由S3C6410芯片内部资源进行外部扩展,可外接带SD接口、USB接口的设备。本实用新型的处理控制单元采用ARMll处理器,可改变网关接入单一的缺点。 ARMll处理器具有比传统ARM7、ARM9处理器的优越性,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。WiFi与ZigBee网络发送自身网络拓扑结构、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,或通过互联网接口控制单元接入互联网。WiFi无线射频收发单元与ARMl 1嵌入式处理器控制单元双向电连接。WM-G-MR-09 的第1引脚GND、第3引脚GND、第8引脚GND接地,WM-G-MR-09的第2引脚ANT1接电感Ll, 电感Ll接电感L2和天线Fl,电感L2接地;WM-G-MR-09的第7引脚ECSn通过电阻R2接 地;WM-G-MR-09的第9引脚VDD_H0ST_I0接电容Cl和3. 3V电源,电容Cl接地;WM-G-MR-09 的第4引脚ANT_SEL_P、第6引脚SCLK、第10引脚GPIO[6]、第11引脚GPIO[5]、第13引脚 GPIO [2]、第 15 引脚 GPIO W]、第 29 引脚 BT_STATE、第 30 引脚 WL_ACTIVE、第 33 引脚 BT_ PRIORITY、第34引脚GPIO[0]悬空;WM-G-MR-09的第16引脚GPIO[1]接发光二极管Dl的 负端,Dl的正端通过电阻Rl接3. 3V电源;WM-G-MR-09的第17引脚VDD1. 8通过电容C6接 地;WM-G-MR-09的第18引脚VDD1. 2通过电容C7接地;WM-G-MR-09的第19引脚GND接地; WM-G-MR-09的第23引脚IF_SEL_1通过电阻R3接地;WM-G-MR-09的第24引脚IF_SEL_2通 过电阻R4接地;WM-G-MR-09的第25引脚VDD1. 8A通过电容C2、C8接地;WM-G-MR-09的第 26引脚GND接地;WM-G-MR-09的第27引脚VDD3. 3接电容C3和3. 3V电源,电容C3接地; WM-G-MR-09 的第沘引脚 VDD3. 3 与 WM-G-MR-09 的第 27 引脚 VDD3. 3 相连;WM-G-MR-09 的第 20 引脚 SD_CMD/SPI_SDI、第 14 引脚 SD_CLK/SPI_CLK、第 21 引脚 SD_DAT/SPI_SCSn、第 5 弓 I 脚 SD_DAT [ 1 ] /SPI_SD0、第 22 引脚 SD_DAT [2] /SPI_SINTn、第 12 引脚 SD_DAT [3]、第 31 引 脚 PDn、第 32 引脚 RESETn 分别与 S3C6410 的 A16 引脚 X_MmcCMDl、Jl 1 引脚 X_MmcCLKl、Hl 1 引 脚 X_MmcDATAl_0、C17 引脚 X_MmcDATAl_l、B16 引脚 X_MmcDATAl_2、H10 引脚 X_MmcDATAl_3、 C4引脚GPE2、B3引脚GPEl相连;WM-G-MR-09的第31引脚PDn接电阻R5和电容C4,电阻 R5接3. 3V电源,电容C4接地;WM-G-MR-09的第32引脚RESETn接电阻R6和电容C5,电阻 R6接3. 3V电源,电容C5接地。ZigBee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。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。互联网接口控制单元与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 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(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及电子R2与电容C3相连,电子R3及电子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。本实用新型提供的异构网络互连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,通过符合 802. 1 Ib协议WiFi网络芯片WM-G-MR-09、符合IEEE802. 15. 4协议的ZigBee网络芯片 CC2530和符合TCP/IP协议的互联网芯片DM9000AE,分别接入WiFi网络、ZigBee网络和互 联网,提供WiFi、ZigBee、互联网三种异构网络之间相互连通,具有抗干扰能力强、功耗低、 成本低廉和体积小巧的特点,可为无线传感器网络提供多种网络接入方案,实现异构网络 之间监测数据的共享和传输,从而使接入到互联网的WiFi网络和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,具有广阔的市场前景。[0014]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是本实用新型的异构网络互连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WiFi无线射频收发单元连 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ZigBee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互联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详细说明。图1显示本实用新型的异构网络互连网关设备硬件系统构成。由WiFi无线射频 收发单元10、ZigBee无线射频收发单元11、互联网接口控制单元12、ARMll嵌入式处理器 控制单元13、按键接口控制单元14、触摸屏器接口控制单元15、USB接口和SD卡接口控制 单元16组成。ARMll嵌入式处理器控制单元分别与WiFi无线射频收发单元、ZigBee无线 射频收发单元、互联网接口控制单元、触摸屏器接口控制单元、USB接口和SD卡接口控制单 元双向电连接,与按键接口控制单元单向电连接。WiFi无线射频收发单元采用WM-G-MR-09芯片,ZigBee无线射频收发单元采用 CC2530芯片,互联网接口控制单元采用DM9000AE芯片,ARMll嵌入式处理器控制单元采用 S3C6410芯片,触摸屏器接口控制单元采用AT043TNMV. 1芯片。在工作中,WiFi与ZigBee网络发送自身网络拓扑结构、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,或通过互联网接口控制单元接入互 联网发送给远方的用户终端。图2显示本实用新型的WiFi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,WiFi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。 WiFi无线射频收发单元采用WM-G-MR-09芯片。WiFi全称Wireless Fidelity,又称802. 1 Ib 标准,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,它 的最大优点是传输速度较高,可达到11Mbps,另外它的有效传输距离较长,同时与各种已有802. IlDSSS 设备兼容,WM-G-MR-09 与 S3C6410 采用 SDIO 4-Bit 模式连接,WM-G-MR-09 的 第21引脚、第5引脚、第22引脚、第12引脚对应4位数据位DATA ,其中第5引脚又 复用为中断引脚,对WM-G-MR-09的控制主要就是对WM-G-MR-09内部寄存器进行操作,在发 送数据时,先把数据写入WM-G-MR-09的发送缓冲区中,然后写发送命令到WM-G-MR-09的命 令寄存器发送数据,当WM-G-MR-09接收到数据时,WM-G-MR-09的第5引脚SD_DAT[1]/SPI_ SDO会产生一个中断信号,S3C6410在中断函数中对所接收到的数据进行读取。图3显示本实用新型的ZigBee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,ZigBee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。ZigBee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进行进 一步处理。图4显示本实用新型的互联网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,互联网接口控制单元与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,其中dataW: 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弓丨脚为低电平时,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1( #为高电平时无效;101#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;CS#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。图4中,互联网控制器单元工作原理为当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,可以用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则 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,IXD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YB1518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, TO5158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 PwmTOUTl/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。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,当按键按下时,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,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H13X_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弓丨脚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 G12X_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 C18X_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VSS1、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XJsbDP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,WiFi与 ZigBee网络发送自身网络拓扑结构、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,或通过互联网接口控制单元接入互联网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WiFi无线通信模块、ZigBee无线通信 模块、互联网控制器、ARMll处理器、IXD、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WiFi模块驱动、ZigBee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,以及通过互联网接口控制单元利用TCP/IP协议对数据的转 发程序等。
权利要求1.一种异构网络互连网关设备,其特征在于由WiFi无线射频收发单元(10)、ZigBee 无线射频收发单元(11)、互联网接口控制单元(12)、ARM11嵌入式处理器控制单元(13)、按 键接口控制单元(14)、触摸屏器接口控制单元(15)、USB接口和SD卡接口控制单元(16)组 成;其中WiFi无线射频收发单元、ZigBee无线射频收发单元、互联网接口控制单元、触摸 屏器接口控制单元、USB接口和SD卡接口控制单元分别与ARMll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所述的异构网络互连网关设备,其特征在于WiFi无线射频收发单 元采用WM-G-MR-09芯片,ZigBee无线射频收发单元采用CC2530芯片,互联网接口控制单 元采用DM9000AE芯片,ARMll嵌入式处理器控制单元采用S3C6410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所述的异构网络互连网关设备,其特征在于WM-G-MR-09的第1 引脚GND、第3引脚GND、第8引脚GND接地,WM-G-MR-09的第2引脚ANTl接电感Li,电 感Ll接电感L2和天线Fl,电感L2接地;WM-G-MR-09的第7引脚ECSn通过电阻R2接地; WM-G-MR-09的第9引脚VDD_HOST_IO接电容Cl和3. 3V电源,电容Cl接地;WM-G-MR-09的 第4引脚ANT_SEL_P、第6引脚SCLK、第10引脚GPI0[6]、第11引脚GPIO[5]、第13引脚 GPIO [2]、第 15 引脚 GPIO [4]、第 29 引脚 BT_STATE、第 30 引脚 WL_ACTIVE、第 33 引脚 BT_ PRIORITY、第34引脚GPIO[0]悬空;WM-G-MR-09的第16引脚GPIO[1]接发光二极管Dl的 负端,Dl的正端通过电阻Rl接3. 3V电源;WM-G-MR-09的第17引脚VDD1. 8通过电容C6接 地;WM-G-MR-09的第18引脚VDD1. 2通过电容C7接地;WM-G-MR-09的第19引脚GND接地; WM-G-MR-09的第23引脚IF_SEL_1通过电阻R3接地;WM-G-MR-09的第24引脚IF_SEL_2通 过电阻R4接地;WM-G-MR-09的第25引脚VDD1. 8A通过电容C2、C8接地;WM-G-MR-09的第 26引脚GND接地;WM-G-MR-09的第27引脚VDD3. 3接电容C3和3. 3V电源,电容C3接地; WM-G-MR-09 的第 28 引脚 VDD3. 3 与 WM-G-MR-09 的第 27 引脚 VDD3. 3 相连;WM-G-MR-09 的第 20 引脚 SD_CMD/SPI_SDI、第 14 引脚 SD_CLK/SPI_CLK、第 21 引脚 SD_DAT/SPI_SCSn、第 5 引脚 SD_DAT[1]/SPI_SD0、第 22 引脚 SD_DAT [2]/SPI_SINTn、第 12 引脚 SD_DAT [3]、第 31 引 脚 PDn、第 32 引脚 RESETn 分别与 S3C6410 的 A16 引脚 X_MmcCMD 1、J11 引脚 X_MmcCLK 1、Hl 1 引 脚 X_MmcDATAl_0、C17 引脚X_MmcDATAl_l、B16 引脚 X_MmcDATAl_2、H10 引脚 X_MmcDATAl_3、 C4引脚GPE2、B3引脚GPEl相连;WM-G-MR-09的第31引脚PDn接电阻R5和电容C4,电阻 R5接3. 3V电源,电容C4接地;WM-G-MR-09的第32引脚RESETn接电阻R6和电容C5,电阻 R6接3. 3V电源,电容C5接地。
4.根据权利要求2所述的异构网络互连网关设备,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/XOSC32_Q2、第33引 脚P2. 3/XOSC32_Ql分别通过电容C16、电容C15接地,CC2530的第32引脚P2. 4/XOSC32_ Q2、第33引脚P2. 3/XOSC32_Ql通过晶振Y2相连,CC2530的第22引脚X0SC_Q1、第23引脚 XOSC_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XOSC_ 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所述的异构网络互连网关设备,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 XmO_OEn 接 DM9000AE 的 35 引脚 I0R#,S3C6410 的 J2 引脚 XmO_WEn 接 DM9000AE 的第 36 引脚 IOW#,S3C6410 的 R3 引脚 XmO_CSnl 接 DM9000AE 的 37 引脚 CS#,S3C6410 的 AD16 引脚 X_nRSTOUT 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及电子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异构网络互连网关设备,由WiFi无线射频收发单元、ZigBee无线射频收发单元、互联网接口控制单元、ARM11嵌入式处理器控制单元、按键接口控制单元、触摸屏器接口控制单元、USB接口和SD卡接口控制单元组成。WiFi无线射频收发单元、ZigBee无线射频收发单元、互联网接口控制单元、触摸屏器接口控制单元、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。本实用新型的网关设备实现了WiFi、ZigBee、互联网三种异构网络之间的互连,为无线传感器网络提供多种网络接入方案,实现异构网络间监测数据的共享和传输。
文档编号H04W84/18GK201839446SQ20102059012
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3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)
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