专利名称：物联网信号转接装置和物联网系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及物联网，更具体地说，涉及ー种物联网信号转接装置和物联网系统。
背景技术：
物联网技术现在被广泛应用。我们国家将物联网发展作为战略性新兴产业的重要组成部分，物联网对加快转变经济发展方式具有重要推动作用。エ信部发布《物联网“十二五”发展规划》，明确指出物联网已成为当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一 O在物联网应用中，通常需要对环境及天气状况等数据进行采集，并对这些数据初步处理后传输到控制中心，以对物联网内的各个设备的操作进行控制。现有物联网技术中，对环境及天气状况等数据进行采集的各类传感器基本都是单独设置，独立运作，分别通过単独的通信通道将数据传输到控制中心，这样就需要为每ー个传感器配置数据处理模块、通信模块和供电电源，因此存在系统结构复杂、成本高等问题。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在干，针对现有技术的上述各个传感器単独配置一套数据处理模块、通信模块及供电电源造成系统结构复杂、成本高的缺陷，提供ー种物联网信号转接装置。本实用新型要解决的另一技术问题在干，针对现有技术的上述各个传感器単独配置ー套数据处理模块、通信模块及供电电源造成系统结构复杂、成本高的缺陷，提供ー种物联网系统。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是构造ー种物联网信号转接装置，包括微处理器，所述微处理器设置有多个用于与本地传感器通信连接的传感器接ロ，且所述微处理器连接有用于与网络服务器通信的远距离无线传输模块和用于与远程传感器通信的近距离无线传输模块；还包括用于为所述微处理器、多个本地传感器、近距离无线传输模块及远距离无线传输模块供电的供电管理模块。在本实用新型所述的物联网信号转接装置中，设置有用干与本地计算机通信连接的上位机通信接ロ，所述上位机通信接ロ与所述微处理器通连接。在本实用新型所述的物联网信号转接装置中，所述本地传感器包括模拟传感器和/或数字传感器；所述微处理器的多个传感器接口中至少有ー个连接有用于对所述模拟传感器的输出信号进行模数转换的数据采集模块。在本实用新型所述的物联网信号转接装置中，所述供电管理模块设置有市电输入接口和12V太阳能电池供电输入接ロ，以及用于在市电输入接口和12V太阳能电池供电输入接ロ之间进行切换的供电电源切换电路。在本实用新型所述的物联网信号转接装置中，所述供电管理模块包括用于将市电转换为12V电源的电源适配器、与所述电源适配器连接并通过所述供电电源切换电路与12V太阳能电池供电输入接ロ连接且用于将12V输入电源转换为5V电源的第一电源转换芯片、与所述第一电源转换芯片连接且用于将5V电源转换为3. 3V电源的第二电源转换芯片、及分别与所述微处理器的I/O引脚相连的第一控制电路、第二控制电路和第三控制电路；其中，所述第一电源转换芯片的输出端通过所述第一控制电路连接至远距离无线传输模块，并通过所述第二控制电路连接至所述数据采集模块和本地传感器；所述第二电源转换芯片的输出端连接至微处理器、并通过所述第三控制电路连接至所述近距离无线传输模块。在本实用新型所述的物联网信号转接装置中，所述微处理器还连接有用于选择エ作状态和调试状态的切换开关。 在本实用新型所述的物联网信号转接装置中，所述本地传感器包括雨量传感器、风速传感器、风向传感器、视频图像传感器和/或温湿度传感器。在本实用新型所述的物联网信号转接装置中，所述近距离无线传输模块为Zigbee无线传输模块；所述远距离无线传输模块为GPRS模块；所述上位机通信接ロ为RS 232接□。在本实用新型所述的物联网信号转接装置中，所述物联网信号转接装置设置有用于指示工作状态和调试状态的蜂鸣器，其中所述蜂鸣器的一端接第二电源转换芯片的输出端，另一端连接到蜂鸣器控制场效应管的漏扱，且所述场效应管的栅极连接于所述微处理器的I/o引脚、源极接地、栅极与源极之间连接有电流保护电阻。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是构造ー种物联网系统，包括上述物联网信号转接装置；以及与所述物联网信号转接装置通信连接的网络服务器、PC上位机、多个本地传感器、远程传感器。实施本实用新型，具有以下有益效果物联网信号转接装置将周边的多个本地传感器和多个远程传感器的信号接入，处理后通过远距离无线传输模块发射给网络服务器，并采用一个供电管理模块为物联网信号转接装置及与其连接的本地传感器供电，处理资源和供电电源集成在ー个装置中，从而使系统结构简单紧凑、成本低。本实用新型解决了本地传感器信号处理问题，风速传感器、风向传感器和雨量传感器等采集的数字信号，温湿度传感器采集的模拟信号经过数据采集模块转换成数字信号，然后再通过微处理器的处理，通过远距离无线传输模块(例如GPRS模块)无线传送到网络服务器。本实用新型还解决了近距离信号传送问题，通过近距离无线传输模块(例如Zigbee模块)将远程终端节点的采集数据传送到网关，经过网关的Zigbee模块的信号接收，将信号传递到物联网信号转接装置，然后对信号进行处理，处理完的信号通过GPRS模块传送到网络服务器。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进ー步说明，附图中图I所示为根据本实用新型一实施例的物联网系统的结构示意图；[0023]图2所示为根据本实用新型另ー实施例的物联网系统的结构示意图；图3所示为根据本实用新型一实施例的物联网信号转接装置的结构示意图；图4所示为根据本实用新型一实施例的物联网信号转接装置的供电管理模块的结构示意图；图5所示为根据本实用新型一实施例的物联网信号转接装置中微处理器所采用的单片机的原理图；图6所示为根据本实用新型一实施例的物联网信号转接装置的工作状态和调试状态的切换开关的电路原通图；图7所示为根据本实用新型一实施例的物联网信号转接装置中的用于状态指示的蜂鸣器电路的原理图。·具体实施方式
图I所示为根据本实用新型一实施例的物联网系统的结构示意图。如图I所示，本实用新型的物联网系统包括物联网信号转接装置100及与其通信连接的网络服务器200、远程传感器21及本地传感器(包括例如第一本地传感器20a、第二本地传感器20b、……第N本地传感器20η)。其中，物联网信号转接装置100包括微处理器Ul，连接于微处理器Ul的远距离无线传输模块30a、近距离无线传输模块30b，以及为微处理器U1、多个本地传感器、远距离无线传输模块30a及近距离无线传输模块30b供电的供电管理模块40。多个本地传感器例如第一本地传感器20a、第二本地传感器20b、……第N本地传感器20η通过设置在微处理器Ul上的传感器接ロ与微处理器Ul通信。物联网信号转接装置100通过远距离无线传输模块与网络服务器通信、通过近距离无线传输模块与远程传感器通信。图2所示为根据本实用新型另ー实施例的物联网系统的结构示意图。与图I所示的物联网系统相比，不同之处在于图2中的物联网信号转接装置100’还与PC上位机300通信连接；另外微处理器Ul与第N本地传感器20η之间还连接有数据采集模块12，用于将模拟传感器(例如在本实施例中为第N本地传感器20η)输出的信号进行模数转换后传送给微处理器U1。数字传感器(例如在本实施例中为第一本地传感器20a、第二本地传感器20b……)输出的信号则直接传送至微处理器Ul。数据采集模块12也由供电管理模块40供电。在一实施例中，物联网信号转接装置100’设置有用干与本地计算机通信连接的上位机通信接ロ，该上位机通信接ロ与微处理器Ul连接，具体參见图3所示的物联网信号转接装置实施例。本实用新型的物联网系统工作原理如下在操作过程中，物联网信号转接装置主要用于处理传感器(例如风速传感器、风向传感器、温湿度传感器等)感应到信号的数据。如果本地传感器的信号为数字信号，例如风速传感器、风向传感器输出的信号等，则信号数据直接接入微处理器(MCU)，由MCU对信号进行数据处理，然后通过远距离无线传输模块发射出去。如果本地传感器的信号为模拟信号，例如温湿度传感器输出的信号，则信号数据经过数据采集模块，转换成数字信号，然后输入到MCU，由MCU对信号进行数据处理，然后经过远距离无线传输模块发射出去。由近距离无线传输模块接收到的远程传感器传来的数据信号，输入到MCU，由MCU对数据进行处理，然后经过远距离无线传输模块发射出去。其中上位机可用于控制近距离无线通信模块的參数设置，例如包括网关的地址、功率大小和/或休眠模式等。还可通过上位机查看网关接收的传感器数据。图3所示为根据本实用新型一实施例的物联网信号转接装置的结构示意图。如图3所示，在本实施例中，物联网信号转接装置采用GPRS模块30a’作为远距离无线传输模块，采用Zigbee无线传输模块30b’作为近距离无线传输模块。微处理器(MCU)Ul的多个传感器接ロ分别与数字型的雨量传感器20a’、风速传感器20b’、风向传感器20c’连接，模拟型的温湿度传感器20η’通过数据采集模块12与微处理器Ul的传感器接ロ相连。微处理器Ul还设置有视频图像接ロ 22b用于连接视频图像传感器，以及ー个或多个预留传感器接ロ22a。在本实施例中微处理器Ul连接有用于监测电池电量的电池电量监测模块46、用 于存储数据及应用程序的存储器U3、以及用于对物联网信号转接装置进行复位的复位电路14。其中，电池电量监测模块46为可选模块，在其他实施例中也可以不设置电池电量监测模块。在本实施例中，物联网信号转接装置的上位机通信接ロ包括ー个RS 232接ロ芯片U4及与其连接的串行通讯端ロ连接器(COM ロ)16，该RS232接ロ芯片U4连接于微处理器U1。在其他实施例中，上位机通信接ロ也可采用USB接ロ及其他常用计算机通信接ロ来实现。在本实施例中，可通过上位机控制ZigBee无线通信模块的网关的參数设置，包括网关的地址、功率大小和/或休眠模式等。通过上位机也可以查看网关接收的传感器数据。图4所示为根据本实用新型一实施例的物联网信号转接装置的供电管理模块的结构示意图。在本实施例中，物联网信号转接装置可由市电(例如220V或110V)和12V太阳能电池供电。如图4所示，供电管理模块设置有两个供电输入接ロ 市电输入接ロ 48和12V太阳能电池供电输入接ロ 49，分别用于接入市电和12V太阳能电池电源；还设置有供电电源切换电路47、12V电源适配器45、第一电源转换芯片U8、第二电源转换芯片U9、第一控制电路41、第二控制电路42、第三控制电路43。其中，12V电源适配器45用于将市电转换为DC 12V电源输出；第一电源转换芯片U8与电源适配器45连接、并通过供电电源切换电路47与12V太阳能电池接ロ 49连接，以接入12V输入电源并转换为DC 5V电源输出；第ニ电源转换芯片U9与第一电源转换芯片U8连接，接入5V电源，并转换为3. 3V电源输出。第一控制电路41、第二控制电路42和第三控制电路43分别与微处理器Ul的I/O引脚相连(图中未示出)，第一电源转换芯片U8的输出端通过第一控制电路41连接至GPRS模块30a’，并通过第二控制电路42连接至数据采集模块12和本地传感器20(包括第一本地传感器20a、第二本地传感器20b、……第N本地传感器20n);第二电源转换芯片U9的输出端连接至微处理器U1、并通过第三控制电路43连接至Zigbee无线传输模块30b’。在本实施例中，基于微处理器Ul的指令，可通过第一控制电路41控制对GPRS模块30a’的供电，通过第二控制电路42控制对数据采集模块12和本地传感器20的供电，通过第三控制电路43控制对zigbee无线传输模块30b’的供电。微处理器Ul和zigbee无线传输模块30b’供电为3. 3V，GPRS模块30a’、数据采集模块12和本地传感器20供电为5V0[0041]供电电源切换电路47用于在市电输入接ロ 48和12V太阳能电池供电输入接ロ 49之间进行切換，该切换可以是自动切换也可以采用人工切換方式。例如，在一个实施例中，当12V太阳能电池和市电均可供电时，供电电源切换电路47 (例如，场效应管控制电路或其他开关控制电路)自动切断12V太阳能电池供电，并启动电源适配器45工作，将市电转换为12V电源，从而切换为由市电供电。又例如，在一实施例中，当电池电量监测模块46监测到12V太阳能电池的电量低于预定的低电量阈值(例如，太阳能电池的最低工作电量)时，基于微处理器Ul的指令，供电电源切换电路47自动切断12V太阳能电池供电，并启动电源适配器45工作，将市电转换为12V电源，从而切换为由市电供电。再例如，在一实施例中，当电池电量监测模块46监测到12V太阳能电池的电量高于预定的高电量阈值(例如，太阳能电池的最高电量的80%或90%)时，基于微处理器Ul的指令，供电电源切换电路47 (例如，场效应管控制电路)自动切断市电输入，同时关闭电源适配器45，切换为由12V太阳能电池供电。值得注意的是，虽然图3、图4的实施例是以GPRS模块和Zigbee无线传输模块为·例对本实用新型的物联网信号转接装置进行进ー步说明，但是本领域技术人员知悉，物联网信号转接装置中的远距离无线传输模块也可采用其他无线传输模块例如CDMA模块、GSM模块等，近距离无线传输模块也可采用其他近距离无线传输模块例如红外模块、蓝牙模块等来实施。图5所示为根据本实用新型一实施例的物联网信号转接装置中用于实施微处理器的单片机的原理图。图5示出了单片机的各个引脚的功能及连接。单片机作为物联网信号转接装置的核心部分，进行信号处理和控制。其引脚定义如表一表一
Γ Μ
1VCC接电源+3.3V
2RXDORS232 接收端ロ.
3TXDORS232 发射端 ロ.
~PE2双向I/O端ロ，连接无线模块
~PE3双向I/O端ロ，连接无线模块
6PE4双向I/O端ロ，连接无线模块
7INT5无.
ΝΤ6传感器接ロ
9PE7传感器接ロ10Γ SSI_ SPI从机选择引脚/連接数据来集芯片
~ ιscKspi总线的串行时钟/連接数据采集芯片
~ 2MOSISPI总线的从机输入信号/連接数据采集芯片
~Τ3MISOSPI总线的从机输出信号/連接数据采集芯片
~~TiΡΒ4双向I/O端ロ，无线模块
15ΡΒ5无.
16ΡΒ6无.
17ΡΒ7双向I/O端ロ，电/土控制_ ~ 8PG3双向I/O端ロ，控制工作状态
19PG4无'
20RESET复位引脚
21DVDD3. 3v接电源 3. 3V'
22GND接地_
23XTAL2晶体 11.0592MHz 引脚-
24XTALl晶体 11.0592MHz 引脚- ""25PDO双向I/O端ロ，连接无线模块
26PDl双向 I/O 端ロ。
~27RXDlUARTl数据接收引脚。
""28TXDlUARTl数据发送引脚，连接无线模块
""29PD4双向I/O端ロ，连接无线模块
30PD5无
31PD6无
32PD7无
权利要求1.ー种物联网信号转接装置，其特征在于，包括微处理器，所述微处理器设置有多个用干与本地传感器通信连接的传感器接ロ，且所述微处理器连接有用于与网络服务器通信的远距离无线传输模块和用于与远程传感器通信的近距离无线传输模块；还包括用于为所述微处理器、多个本地传感器、近距离无线传输模块及远距离无线传输模块供电的供电管理模块。
2.根据权利要求I所述的物联网信号转接装置，其特征在于，设置有用干与本地计算机通信连接的上位机通信接ロ，所述上位机通信接ロ与所述微处理器通连接。
3.根据权利要求2所述的物联网信号转接装置，其特征在干，所述本地传感器包括模拟传感器和/或数字传感器；所述微处理器的多个传感器接口中至少有ー个连接有用于对所述模拟传感器的输出信号进行模数转换的数据采集模块。
4.根据权利要求3所述的物联网信号转接装置，其特征在于，所述供电管理模块设置有市电输入接口和12V太阳能电池供电输入接ロ，以及用于在市电输入接口和12V太阳能电池供电输入接ロ之间进行切换的供电电源切换电路。
5.根据权利要求4所述的物联网信号转接装置，其特征在于，所述供电管理模块包括用于将市电转换为12V电源的电源适配器、与所述电源适配器连接并通过所述供电电源切换电路与12V太阳能电池供电输入接ロ连接且用于将12V输入电源转换为5V电源的第一电源转换芯片、与所述第一电源转换芯片连接且用于将5V电源转换为3. 3V电源的第二电源转换芯片、及分别与所述微处理器的I/O引脚相连的第一控制电路、第二控制电路和第三控制电路；其中，所述第一电源转换芯片的输出端通过所述第一控制电路连接至远距离无线传输模块，并通过所述第二控制电路连接至所述数据采集模块和本地传感器；所述第ニ电源转换芯片的输出端连接至微处理器、并通过所述第三控制电路连接至所述近距离无线传输模块。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的物联网信号转接装置，其特征在于，所述微处理器还连接有用于选择工作状态和调试状态的切換开关。
7.根据权利要求6所述的物联网信号转接装置，其特征在干，所述本地传感器包括雨量传感器、风速传感器、风向传感器、视频图像传感器和/或温湿度传感器。
8.根据权利要求6所述的物联网信号转接装置，其特征在干，所述近距离无线传输模块为Zigbee无线传输模块；所述远距离无线传输模块为GPRS模块；所述上位机通信接ロ为 RS 232 接ロ。
9.根据权利要求6所述的物联网信号转接装置，其特征在于，所述物联网信号转接装置设置有用于指示工作状态和调试状态的蜂鸣器，其中所述蜂鸣器的一端接第二电源转换芯片的输出端，另一端连接到蜂鸣器控制场效应管的漏扱，且所述场效应管的栅极连接于所述微处理器的I/O引脚、源极接地、栅极与源极之间连接有电流保护电阻。
10.一种物联网系统，其特征在于，包括如权利要求2至9中任一项所述的物联网信号转接装置；以及与所述物联网信号转接装置通信连接的网络服务器、PC上位机、多个本地传感器、远程传感器。
专利摘要本实用新型涉及物联网信号转接装置及物联网系统。其中物联网信号转接装置包括微处理器，该微处理器设置有多个用于与本地传感器通信连接的传感器接口，且该微处理器连接有用于与网络服务器通信的远距离无线传输模块、用于与远程传感器通信的近距离无线传输模块；还包括用于为微处理器、多个本地传感器、近距离无线传输模块及远距离无线传输模块供电的供电管理模块。本实用新型物联网信号转接装置将周边的多个本地传感器和多个远程传感器的信号接入，处理后通过远距离无线传输模块发射给网络服务器，并采用一个供电管理模块为物联网信号转接装置及与其连接的本地传感器供电，处理资源和供电电源集成在一个装置中，从而使系统结构简单紧凑、成本低。
文档编号H04L29/08GK202634485SQ201220217600
公开日2012年12月26日 申请日期2012年5月15日 优先权日2012年5月15日
发明者朱丽萍 申请人:航天数联信息技术(深圳)有限公司