一种通用型物联网无线数据传输终端的制作方法

本实用新型涉及一种通信技术领域，特别涉及一种通用型物联网无线数据传输终端。

背景技术：

数据显示，2017年全球物联网市场规模将达到4500亿美元，而我国物联网市场规模则有望达到7500亿元，物联网产业发展前景广阔。随着物联网的快速发展，从个人电子产品到工业机械和传感器等相关应用逐渐的接入网络。通信是网络连接的基础。没有通信，物联网感知的大量信息无法进行有效地交换和共享，从而也不能利用基于这些物理世界的数据产生丰富的多层次的物联网应用。无线通信因其结构简单、成本低、克服有线通信在某些情况下布线困难等优势成为现阶段研究的重点。

现有无线数传方案有以下几种：

其中采用Bluetooth、Zigbee和Wifi技术的无线数据传输终端工作频段是2.4GHz，基于移动通信的4g频段由于运营商不同，大致分布在1800MHz-1900MHz、2.3GHz和2.5GHz等专用频段上。从现有无线通信方案可以看出，每种无线传输方案都有各自的优势，比如采用Bluetooth技术的方案相较其他方案，功耗较低，基于跳频技术可以实现安全传输，但数据传输率较低、通信距离较短；基于Zigbee技术的方案相比其他方案的优势是可以实现局域内快速组网，同时功耗较低，缺点是随着网络节点的增多，无线数据在节点间传输延时较高，相应的数据传输率较低；WiFi技术与上述两种方案相比，数据传输率较高，在物理层增加功率放大器模块可以实现远距离无线数据传输，同时与网关相连可以直接连接Internet。但是WiFi技术功耗较大，虽然可以基于Mesh组网，但其对应网络拓扑结构对通信数据传输影响较大。基于WiFi技术的无线通信终端还具有数据安全性没法保障的缺点；3G/4G或者GSM等基于蜂窝技术的无线通信方案可以使用现有基站实现远距离无线传输，缺点是在基站没法覆盖的偏远地区，无法使用。

现有无线通信方案的硬件结构如图1示，主要由MCU电路和射频芯片电路两部分构成，MCU主要作用是运行相应协议栈，完成控制并把数据通过某种协议传输到射频芯片，射频芯片主要完成调制、解调，把调制好的无线电磁波信号传到物理空间和从物理空间接受电磁波信。基于Bluetooth和WiFi的应用一般采用这种方案。

采用Zigbee技术的方案与与采用Bluetooth和WiFi技术方案不同点在于，有良好的自组网特性。如图2所示，在采用Zigbee技术方案中，节点分为3种类型，分别为协调器节点、路由器节点和终端节点。协调器节点主要任务是构建网络，一旦网络构建完毕，退化为路由器节点。路由器节点主要完成数据路由功能，终端节点主要完成数据采集和发送。

从以上现有无线数据传输方案可以看出，现有方案只能应用于某些特定条件下。比如在低功耗方面，Bluetooth有天然的优势，而当对数据传输率较大时，WiFi优势明显，Zigbee的优势在于组网简单方便。随着物联网技术的发展，物联网市场对无线通信技术的需求越来越全面，尤其是权衡工作频段、功耗、数据传输率、通信距离和能否自由组网等方面，现有无线通信方案无法同时满足物联网全方面发展。现阶段，市场上尚未存在一种解决上述问题的物联网通用无线数据传输终端。

技术实现要素：

本实用新型目的是：提供一种通用型物联网无线数据传输终端，该无线数据传输终端具有可根据物联网应用中实际通信条件自动切换通讯方式、安全保密通讯、组网方便等优势。

本实用新型的技术方案是：

一种通用型物联网无线数据传输终端，包括一个主MCU、外网连接部分、若干分MCU及与各分MCU分别相对应的射频芯片；所述若干分MCU分别与各自对应的射频芯片通信连接，构成各无线数传子模块，所述主MCU分别与各分MCU通信连接，用于对各无线数传子模块的片选，时钟的同步和数据的处理，各无线数传子模块中的分MCU再控制对应射频芯片完成无线数据收发，主MCU还通过外网连接部分实现与终端外的网络连接。

优选的，所述主MCU为MCU0，各分MCU分别为MCU1、MCU2、MCU3和MCU4，MCU1、MCU2、MCU3和MCU4对应连接的射频芯片分别为Bluetooth芯片、Zigbee芯片、WiFi芯片和特定频率无线数传芯片。

优选的，所述主MCU通过I²C协议分别连接四个分MCU，各分MCU分别通过SPI协议连接Bluetooth芯片、Zigbee芯片、WiFi芯片和特定频率的无线数传芯片。

优选的，所述MCU1和Bluetooth芯片连接构成低功耗无线传输模块，用于处理对通信距离要求不高，数据传输速率较低和对数据安全性有苛刻要求的无线数传。

优选的，所述MCU2和Zigbee芯片连接构成无线自组网传输模块，当环境对组网有需求的时候，基于该子模块进行组网。

优选的，所述MCU3和WiFi芯片连接构成大功率无线传输模块，当对数据传输速率要求较高，通信距离较远的时候，转到该模块进行无线数传。

优选的，所述MCU3和WiFi芯片连接构成大功率无线传输模块还增加有功率放大电路，满足对通信距离的要求。

优选的，所述MCU4和特定频率无线数传芯片连接构成特定频率的无线数传模块；当对无线数传的传输频段有要求时，修改和调整此无线数传模块的射频芯片。

优选的，所述外网连接部分包括分别与主MCU连接的光纤接口、RJ45接口、WiFi无线接口和AC网桥接口。

优选的，所述主MCU采用STM32系列单片机，各分MCU采用STM8系列或者采用8051内核的单片机。

在物联网应用中，当对组网有需求时，无线数据传输终端基于Zigbee芯片构成的无线自组网传输模块形成自组网，无线通信数据在自组的局域网内通信；当对数据传输率和通信距离要求时较高，主MCU自动切换到WiFi芯片构成的大功率无线传输模块进行通信；当对数据传输量较少，通信距离较近，同时对数据安全性有要求时，主MCU自动切换转换到Bluetooth芯片构成的低功耗无线传输模块通信；当对无线传输的频段有要求时，可切换到特定频率的无线数传子模块进行传输。

本实用新型的优点是：

本实用新型所提供的通用型物联网无线数据传输终端，采用一个主MCU和若干不同类型的无线数传子模块，可根据物联网应用中实际通信条件自动切换通讯方式，具有安全保密通讯、组网方便等优势，比较全面的满足物联网技术对无线通信硬件的需求。

附图说明

图1为基于Bluetooth或者WiFi技术的无线数据传输模型；

图2 为基于Zigbee技术的无线数据传输模型；

图3为本实用新型所提出的的通用型物联网无线数据传输终端的模型。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图3所示，本实用新型所揭示的通用型物联网无线数据传输终端，包括一个主MCU(MCU0)、四个分MCU（MCU1、MCU2、MCU3、MCU4）和相对应的4种不同类型的无线射频芯片，以及外网连接部分。主MCU一般采用性能较为强劲的MCU芯片，如STM32系列单片机；分MCU采用性能一般的MCU芯片，如STM8系列或者采用8051内核的单片机，4种无线射频芯片分别为Bluetooth芯片、Zigbee芯片、WiFi芯片和特定频率无线数传芯片，现阶段也有不少厂商把MCU和单片射频芯片做在一起，但本质上和本实用新型结构没区别。主MCU通过I2C协议分别连接四个分MCU，四个分MCU通过SPI协议连接Bluetooth芯片、Zigbee芯片和WiFi芯片和特定频率无线数传芯片，特定频率选为433MHz，实际可根据需求更改。

外网连接部分由4种不同类型接口组成，分为有线连接和无线连接。有线连接为光纤接口、RJ45接口和AC网桥接口，无线连接为WiFi无线接口。WiFi无线连接可选2.4GHz的802.11bgn和5.8GHz的802.11ac。主MCU根据不同情况或请求通过不同的接口实现与终端外的Internet连接。除了以上四种类型接口，根据不同需求还可以添加各种手段连接公网通讯，如GSM，北斗短报文通讯模块等。

MCU1和Bluetooth射频芯片连接构成低功耗无线传输模块，主要处理对通信距离要求不高，数据传输速率较低和对数据安全性有苛刻要求的无线数传。MCU2和Zigbee射频芯片连接构成无线自组网传输模块，当环境对组网有需求的时候，基于该子模块可以迅速组网，在该局域网内的所有无线终端可以自由无线数据传输。MCU3和WiFi模块连接构成大功率无线传输模块，当对数据传输速率要求较高，通信距离较远的时候，可以转到该模块进行无线数传；同时如果对通信距离有要求的话，可以在该模块后方加功率放大电路。MCU4和433MHz无线数传芯片连接构成在433MHz频段传输的无线数传模块。当需要在433MHz频段传输时，可调整主MCU切换到该分模块。

MCU0通过I²C分别连接MCU1、MCU2、MCU3、MCU4，MCU0采用性能较为强劲的MCU芯片，MCU0的主要作用是基于某种机制片选各子模块电路，时钟的同步和数据的处理，物联网无线数据传输终端通过MCU0控制各子模块，子模块中MCU再控制射频芯片完成无线数据收发。子模块可以存在2种模块同时运行的情况，比如Zigbee模块和WiFi模块同时运行，或者Zigbee模块和Bluetooth模块同时运行。

在物联网应用中，当对组网有需求时，本实用新型所公开的无线数据传输终端可以基于Zigbee芯片构成的无线自组网传输模块形成自组网，无线通信数据在自组的局域网内通信；当对数据传输率和通信距离要求时较高，主MCU自动切换到WiFi芯片构成的大功率无线传输模块进行通信，WiFi芯片构成的大功率无线传输模块还增加有功率放大电路，满足对通信距离的要求；当对数据传输量较少，通信距离较近，同时对数据安全性有要求时，主MCU自动切换转换到Bluetooth芯片构成的低功耗无线传输模块通信；当对无线传输的频段有要求时，可切换到特定频率的无线数传子模块进行传输。通过上面的介绍，可看出本实用新型比较全面的满足物联网技术对无线通信硬件的需求。

需要特别说明的是，本实用新型的主MCU后面所接的无线数传子模块可以不止四个，还可以再接一些其他频点的特定频率无线数传芯片或不同制式的射频芯片，以满足不同的信号传输需求。任何在此基础上做出的改进的技术都属于本实用新型的保护范围之内。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。