户外免维护多功能无线传感器网络网关的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及无线传感器网络领域，特别涉及需要大规模布网，野外环境下长时间工作的无线传感器网络。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络(WSN)网关通过分布在现场中的节点采集数据，然后根据事先规定的协议，将现场信息通过单跳或者多跳自组织的方式传送至网关节点，网关节点再传给监控中心，众多节点协同工作以完成此网络覆盖范围的数据采集。在大规模布网情况下，节点、跳数的增多，功耗和传输负载的急剧增大，会给网络带来很大的不稳定性；此外，很多需要部署WSN的区域与有线IP网络之间的距离很远，仅仅依靠无线多跳或者Mesh来到达是很不现实的，而且WSN层数增多带来的传输延迟的增加，使得多层WSN很难处理实时的监控信息。
[0003]针对这些问题，目前主要研宄集中在路由协议、时间同步策略、跨层设计、负载均衡等方面，但这些研宄对于大规模布网问题暂时还没取得重大突破。GPRS技术已经在水表、电表以及单节点的WSN中有一些应用。不足的是，这些应用领域仍很狭窄，数据传输量也比较小，尚未真正发挥GPRS和WSN相结合的潜力。
【实用新型内容】
[0004]为了解决现有技术存在的不足，本实用新型的目的用于解决上述问题，通过对WSN和无线通信技术的研宄，发明了一种面向户外免维护WSN网关，特别涉及需要大规模布网，野外环境下长时间工作的无线传感器网络。
[0005]本实用新型提出的一种无线传感器网络网关包括:射频和微处理器模块，存储模块，GPRS模块，WIFI模块，串口通信模块和能量管理模块，其中:
[0006]所述射频和微处理器用于对于传感器节点发送的采集数据进行收集和处理，接收上位机指令并下发给传感节点；
[0007]所述GPRS模块与所述射频和微处理器连接，用于将经所述射频和微处理器处理后的数据发送到远程数据中心，通过远程数据中心和GPRS网络对网关和节点下发指令；
[0008]所述WIFI模块和串口通信模块与所述射频和微处理器连接，用于将经所述射频和微处理器处理后的数据发送到本地数据中心；
[0009]所述能量管理模块与射频和微处理器模块、存储模块、GPRS模块、WIFI模块和串口通信模块连接，用于负责各个模块的供电、电量检测和电源智能控制；
[0010]所述存储模块与射频和微处理器模块采用SPI通信方式连接，用于对于无线传感器网络网关数据进行实时存储。
[0011]可选地，所述射频和微处理器模块基于CC2530F256方案。
[0012]可选地，所述能量管理模块包括太阳能电池板、充电管理电路、稳压电路和锂电池。
[0013]可选地，所述太阳能电池板为15w单晶太阳能电池板，工作电压为17.5V，工作电流为0.86A，开路电压为21.5V，短路电压为0.97A。
[0014]可选地，所述锂电池为聚合物锂电池。
[0015]可选地，所述聚合物锂电池标称电压为7.4V，最高充电电压为8.4V，最低放电电压为6.5V，容量为15AH，放电电流稳定工作电流为3A，充电电流为1A，内阻小于50m Ω。
[0016]可选地，所述存储模块包括数据存储子模块和实时时钟。
[0017]可选地，所述存储模块支持可热插拔。
[0018]可选地，所述射频和微处理器与所述GPRS模块之间设有通信接口电路。
[0019]可选地，所述网关依靠安装支架固定，所述安装支架的立杆支架长200mm，上半部分为长50_、直径为60_、壁厚为2.0mm的国标钢管，下半部分为直径为76_的国标钢管，底部法兰为厚度6_的钢板，整体安装支架表面静电喷塑，高温烤漆，支架顶部安装有可活动拆装的避雷针。
[0020]利用本实用新型的上述技术方案，WSN传感器节点将采集到的数据发送到该网关上，并由射频和微处理器进行数据处理，然后通过GPRS模块发送到远程数据中心，或者通过WIFI和RS232发送到本地数据中心。应用于大规模布网中，利用“分治思想”，将大规模网络分而治之，组成GPRS-WSN群组，每个GPRS-WSN网关根据自身网络能力处理相应多的WSN小网络，而每个WSN小网络是稳定可靠的，从而使得整个大规模网络稳定可靠，并且可跨区域、协同工作。远程服务器对传感器采集节点进行相应的控制时，可以通过TCP/IP协议，再经由GPRS网络发送到该无线传感器网络网关上，射频和微处理器根据接收到具体的内容控制网关和传感器节点。当WSN网络应用于野外环境，监测区域离有线IP网络远，该网关将收集到的数据通过GPRS网络传输到远程数据中心，并且通过SD卡存储器备份实时网关数据。工作在野外环境，通常没有市电并且环境较为恶劣，该网关能量管理模块能在无任何光照的低端恶劣环境下连续工作15天以上。通过GPRS网络能接收到PC上位机下发数据，可远程参数设置、实时时钟校正等，对于固件升级，系统维护都极为便利。
[0021]本实用新型实现了网关免维护和野外环境长期稳定工作，特别适用需要大规模布网，野外环境下长时间工作的无线传感器网络。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型无线传感器网络网关的结构框图。
[0023]图2本本实用新型RS-232通信电路的硬件原理图。
[0024]图3为本实用新型无线传感器网络网关的支架安装示意图。
[0025]图4为本实用新型的应用模式框架图。
【具体实施方式】
[0026]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
[0027]图1为本实用新型无线传感器网络网关的结构框图，如图1所示，所述无线传感器网络网关包括:射频和微处理器模块，存储模块，GPRS模块，WIFI模块，串口通信模块和能量管理模块，其中:
[0028]所述射频和微处理器用于对于WSN传感器节点发送的采集数据进行收集和处理，接收上位机指令并下发给传感节点；
[0029]所述GPRS模块与所述射频和微处理器连接，用于将经所述射频和微处理器处理后的数据发送到远程数据中心，在监测区域离IP有线网络较远的情况下实现远程数据传输到远程数据中心，并且可以通过远程数据中心和GPRS网络对WSN网关和节点下发指令控制网关和节点，这样就可以在大规模布网中利用分治思想，形成GPRS-WSN群组，把大规模网络分而治之，跨区域协工作；
[0030]所述WIFI模块和串口通信模块与所述射频和微处理器连接，用于将经所述射频和微处理器处理后的数据发送到本地数据中心，即WIFI模块和串口通信模块为WSN网络提供本地局域传输服务；
[0031]在本实用新型一实施例中，所述串口通信模块为RS232串口通信模块。
[0032]所述能量管理模块与上述各个模块连接，用于负责网关各个模块的供电、检测电量、对电源进行智能控制，实现免维护和野外环境长期稳定工作；
[0033]所述存储模块包括数据存储子模块和实时时钟模块，与射频和微处理器模块采用SPI通信方式连接，用于对于无线传感器网络网关数据进行实时存储，尤其是当GPRS网络信号不稳定时可对于网关数据进行实时备份，并可以实现热插拔功能。
[0034]在本实用新型一实施例中，所述数据存储子模块为SD卡数据存储子模块。
[0035]远程服务器对传感器采集节点进行相应的控制时，可以通过TCP/IP协议，再经由GPRS网络发送到该无线传感器网络网关上，射频和微处理器根据接收到具体的内容控制网关和传感器节点。
[0036]其中，所述射频和微处理器模块基于CC2530F256方案，所述CC2530F256是用于IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统解决方案，它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530F256结合了领先的RF收发器的优良性能、业界标准的增强型8051CPU、系统内可编程闪存、8KB RAM和许多其他的强大的功能，主要是收集和处理传感节点信息以及接收PC上位机指令并下发给传感节点。
[0037]所述能量管理模块进一步包括太阳能电池板、充电管理电路、稳压电路和锂电池，其中，充电管理电路将太阳能电池板的输出功率储存进锂电池，并经过稳压电路，供电给CC2530射频模块，GPRS模块内部已具有稳压功能，所以锂电池可直接供电给GPRS模块。其中