一种低功耗远传输距离的工业无线通讯节点设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及工业无线通讯技术领域，特别是基于ISA100.1la工业无线物联网标准的节点设备，主要应用于工业现场的无线传感网络，用于工业现场温度，湿度，压力等变量信息的采集和实时监控。
【背景技术】
[0002]工业物联网技术是继现场总线后的工控领域核心技术，工业物联网技术解决了一些工业现场环境复杂无法布线的问题，同时降低了成本提高了物联网覆盖范围，基于工业无线传感器国际标准的ISA100.1la协议，无线网络终端节点设备可组成无线传感器网络，向网络中的基站传输节点设备通过传感器采集到的数据。随着无线传感器网络在商业上的普及与应用，基于ISA100.1la协议的工业级无线传感网络也逐步将取代现场总线作为工业现场信息采集通讯的标准途径。
[0003]基于ISA100.1la的工业无线节点设备为低能耗的短程无线网络通讯设备，使用免费的2.4GHZ频段，可以通过传感器采集工业现场的信息将信息通过射频模块发射给基站，从而实现对工业现场的信息采集。然而，如今现有的工业无线通讯节点设备设计方案具有以下不足:
[0004]URF发射功率低，通讯距离近，仅几十到几百米，无法适应大规模工业现场通讯距离要求。
[0005]2、节点设备仅靠射频集成芯片内部微控制器处理采集到的信息，内部微控制器的内存限制导致无法处理多种复杂信息的采集分析。
[0006]3、由外部分离微处理器处理信息而射频芯片仅负责射频模块的结构功耗过大，节点设备电池更换过于繁琐。
【实用新型内容】
[0007]针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种低功耗远传输距离的工业无线通讯节点设备，旨在提高射频发射功率，使点对点通讯距离达到I公里，本设计分离了射频子板和底板，并通过采用低功耗微处理器等一系列措施进行低功耗设计，通过跳线帽片选使节点设备可选择通过电池供电或USB供电。
[0008]本实用新型的技术方案是:一种低功耗远传输距离的工业无线通讯节点设备，其特征在于:包括至少一个带功率放大的射频子板、一个带有外部扩展处理芯片以及通讯接口的底板；所述射频子板包括:射频电路、子接口电路、精确时钟电路、射频匹配电路、射频前端放大电路和天线；所述底板包括:主控电路、主接口电路、通讯接口电路、USB转串口电路、电源选择模块、传感器接口电路；其中射频电路连接射频匹配电路以及精确时钟电路，射频前端放大电路通过射频匹配电路与射频电路相连接，所述射频子板与底板通过两个双排插针连接，射频子板与底板主控电路芯片通过UART通讯，同时通过排针给射频子板供电，射频子板与底板分离的形式方便了用户对射频子板的扩展应用。
[0009]所述主接口电路实现射频子板和计算机通讯，采用USB转串口芯片FT232RL构成，该芯片内置晶振。
[0010]所述射频匹配电路采用JT型匹配网络，走线采用50欧姆阻抗设计。
[0011]所述射频电路主芯片采用MC13224V射频芯片，MC13224V包含两个UART接口，一个和底板LPC1114通讯来接收采集到的外部信息，一个通过底板的USB转串口模块和计算机通讯。
[0012]所述底板主控电路由LPC1114芯片以及周边电路组成，负责传感器信号的处理，通过UART通讯将外界信息发送给射频子板。
[0013]所述底板电源选择模块采用跳线帽选择由电池供电或USB供电，电池供电由一节I号190000mAh的3.3V干电池及电池座构成，USB供电通过电源芯片TPS79533提供3.3V高达500mA电流为节点设备供电。
[0014]与现有技术相比，本实用新型存在以下优点:
[0015]1、本实用新型所需的器件少，射频子板通过插针和底板连接，选用USB转串口芯片内置晶振，同时射频子板高精度晶振选用R4801芯片，节省了空间，板子大小仅为9cm氺6cm0
[0016]2、本实用新型采用了低功耗设计，射频子板前端放大在不工作时配置为睡眠模式用以节约功耗，底板采用低功耗主芯片LPC1114，整个电路在19000mAh电池供电条件下可连续工作一个月。提高了电池使用寿命，减少更换次数。
[0017]3、本实用新型采用MC13224V射频单端输出外接前端放大芯片SE2431的设计方式，增大了输出功率，最大功率15dbm，点对点通讯距离超过一公里。适用于大厂区工业现场节点采集应用。
[0018]4、本实用新型供电采用电池或USB通过跳线帽选择的模式，在有USB通讯的情况下通过USB供电进一步节约了耗电量。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型无线传感网络节点结构图。
[0020]图2是本实用新型的前端射频放大模块示意图。
[0021]图3是本实用新型电源供电及选择模块示意图。
[0022]图4是射频子板与底板的接口示意图。
【具体实施方式】
[0023]为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施方案对本【实用新型内容】作进一步的详细说明。
[0024]如图1所示，无线传感器节点由射频子板和底板两部分组成所述射频子板包括:射频电路、子接口电路、精确时钟电路、射频匹配电路、射频前端放大电路和天线；所述底板包括:主控电路、主接口电路、通讯接口电路、USB转串口电路、电源选择模块、传感器接口电路；射频子板和底板的通讯主要是通过射频电路和主控电路采用UART进行通讯，射频子板通过两个2*10双排插针接底板，对射频子板烧写程序主要是通过20针JTAG接口实现，主板和计算机的通讯主要是通过主接口电路的USB转串口模块实现。
[0025]主控电路由LPCl 114芯片以及周边电路组成，微处理器采用Cortex - MO结构，待机功耗很低，周边电路包括晶振，滤波电容等等，主控电路主要是实现通过ADC接口采集和处理传感器接收到的温度，压力，湿度等模拟量的外界信息，然后通过UART通讯将信息发送给射频子板。LPC1114芯片可工作在深度睡眠模式使功耗达到最低，拥有32K片上Flash以及8K静态RAM储存器，睡眠模式下功耗仅为6mW。
[0026]主接口电路主要是实现射频子板和计算机通讯，采用USB转串口芯片FT232RL芯片构成，该芯片内置了晶振，外部需要的周边元器件少，通讯稳定。
[0027]电源选择模块主要是由TPS79533芯片构成，由于射频发射需要的大电流需求，USB转串口芯片内部的LDO不能满足功率要求，当作为网关模块使用USB供电时，采用如图3所示的TPS79533从MiniUSB接口的5V电压转为3.3V为模块供电，输出电流可达500mA，MiniUSB接口的C13和C14主要用来滤除信号线上的