基于usb的多协议智能网关的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于USB的多协议智能网关，包括局域通信、中央处理器和远程通信三部分。局域通信部分包括ZigBee、Wi?Fi、Bluetooth和红外设备控制模块；中央处理器部分包括核心处理器、电源管理模块、LCD触摸显示屏、RJ45接口、存储模块和通用USB通信接口；远程通信部分包括GPRS、3G、4G和WiMAX通信模块。局域和远程通信部分的模块都经可扩展的USB接口与核心处理器对接，可热插拔。本实用新型采用最新芯片技术以及通用USB接口设计，根据不同网络环境，局域通信部分可选择ZigBee/Wi?Fi/Bluetooth/红外线进行数据采集与设备控制，远程通信部分可选择GPRS/3G/4G/WiMAX和RJ45实现数据的无线或有线传输，具有结构简单、使用方便、传输速率快而稳定、适应性强等特点。
【专利说明】
基于USB的多协议智能网关
技术领域
[0001]本实用新型主要用于各种低、高速率数据的远程传输，涉及无线传感网络及无线通信技术领域，特别是涉及基于USB的多协议智能网关。
【背景技术】
[0002]随着物联网技术的快速发展，越来越多的通信方式得到了广泛的应用。在终端采集节点组成的感知网络中，无线传感网络技术(Wireless Sensor Network，WSN)在低功耗等方面脱颖而出。该技术集成了传感器、嵌入式处理和无线通信技术于一体，可对网络分布的区域进行感知和相关采集控制，并通过无线方式传输数据，将信息世界与物理世界融为一体。
[0003]作为其中的重要部分，网关完成感知网络与互联网中远程监控中心之间的双向数据传输的任务，可以通过有线和无线的方式接入互联网。目前国内外市场已有的产品，功能相对单一，速率不高，适用范围受限。
【实用新型内容】
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型提出的方案是:基于USB的多协议智能网关，本网关包括局域通信、中央处理器和远程通信三部分。局域通信部分包括ZigBee模块、W1-Fi模块、Bluetooth模块和红外设备控制模块。ZigBee、Wi_F1、Bluetooth、红外设备控制模块分别用于接收由各自网络中采集设备传送过来的数据，将接收的数据传输到中央处理器部分的核心处理器进行处理，同时也接收远程通信部分经由中央处理器部分处理过的远程控制命令和反馈信号。中央处理器部分包括核心处理器、电源管理模块、IXD触摸显示屏、RJ45接口、存储模块和通用USB通信接口 ；核心处理器用于接收局域通信部分传输过来的数据并对数据进行处理和压缩，同时可接收上位机通过远程通信部分并经由USB通信接口传送过来的命令和反馈数据;电源管理模块用于管理网关各模块的工作电压和电流;LCD触摸屏可以实时显示由局域通信部分传上来的数据，也可以显示历史数据及其变化的曲线图；并且能控制局域通信部分中的节点设备和对本网关进行配置;本网关可通过RJ45接口连接互联网；存储模块建立数据库，用于存储核心处理器压缩过的数据;USB通信接口兼容八种通信协议，包括2丨8866^^、811^00他、多种通用红外线通信、6?1?、36、46和￥丨1^乂通八种信协议，这些协议均可由USB协议进行中转后相互转化，八种通信模块可热插拔，USB通信接口可以扩展。远程通信部分包括GPRS、3G、4G和WiMAX等通信模块；当四种通信模块其中一种接上USB接口时，中央处理器部分的核心处理器能自动识别该通信模块类型，并进行相应的数据处理及传输。
[0005]本实用新型的可热插拔式通信模块的设计使得用户可以根据不同实际应用场合，选择合适的通信模块通过USB通信接口与核心处理器对接。该设计使得本网关体积小、便携，可在户外工作，能实现多种无线通信协议的融合，有效地克服使用单一通信技术所存在的局限和缺点。
[0006]本实用新型有益效果是:采用最新芯片技术以及通用USB通信接口设计;可根据不同环境，选择局域通信部分的ZigBee/W1-Fi/Bluetooth/红外线等进行数据采集与设备控制，选择远程通信部分的GPRS/3G/4G/WiMAX和RJ45等实现数据的无线或有线传输;局域通信部分的模块采用低功耗节能芯片;USB通信接口使视频和语音等数据也可以经由通信模块快速稳定地传输。本网关具有结构简单、使用方便、传输速率快而稳定、适应性强等特点。
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型提供的基于USB的多协议智能网关的模块框图。
[0008]图2为本实用新型提供的局域通信部分和远程通信部分的各个模块之间的协议转化模型图。
【具体实施方式】
[0009]为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对实用新型进一步详细说明。应当理解，此处描述的【具体实施方式】仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0010]如附图1和图2所示，本网关包括局域通信、中央处理器和远程通信三部分。局域通信部分包括ZigBee、W1-F1、Bluet00th和红外设备控制模块；中央处理器部分包括核心处理器、电源管理模块、IXD触摸显示屏、RJ45接口、存储模块和通用USB通信接口 ；远程通信部分包括GPRS、3G、4G和WiMAX等通信模块。局域通信部分和远程通信部分的模块都可热插拔，通过USB通信接口与核心处理器对接，USB通信接口可以扩展。八种通信模块中任意插上两种，只要在网关上进行协议转化的选择，就可以实现双向通信。
[0011]WiMAX(fforldwide Interoperability for Microwave Access)，即全球微波互联接入。它是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km，WiMAX还具有QoS保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。相比于W1-Fi，在高数据传输率的前提下，无线覆盖面大大提高，足以覆盖城市范围，能实现城市区域内高速数据的远程传输。
[0012]本实用新型ZigBee/W1-Fi/Bluetooth/红外线通信模块和GPRS/3G/4G/WiMAX通信模块使用通用的USB接口与中央处理器部分的核心处理器连接，可实现多种环境下无线接入的同时，且硬件更换极为方便灵活。其中GPRS/3G/4G通信模块，只需要插入S頂卡，便可在GPRS/3G/4G三种网络环境中实现无线接入，从而进行数据的远距离传输。
[0013]本实用新型实施过程:该过程分为局域通信过程和远程通信过程两部分，由插入的丰吴块决定。
[0014]局域通信过程:需要至少两种局域通信部分的模块接入;局域通信的协议在网关的协调下相互转化，在没有因特网络时也可以相互传输数据及相互控制设备，手机连上W1-Fi 或 Bluetooth 模块配合 APP 可查看其他局域部分的模块采集数据及控制采集设备。
[0015]远程通信过程:必须有远程通信部分和局域通信部分的模块同时接入；局域通信部分的节点采集系统所采集的数据，通过局域通信部分的ZigBee模块、W1-Fi模块、Bluetooth模块或红外线控制模块接收并传输给中央处理器的核心处理器，经过存储、处理及封装打包后经有线RJ45接口传到远程监控中心或经USB接口传输到远程通信部分。根据环境的具体情况，优先使用RJ45有线接口连接到互联网进行远程数据传输。如果没有光纤等有线的条件，则通过连上USB接口的远程通信部分的通信模块连接到互联网进行远程数据传输，若连上多个通信模块，则选择通信模块的优先顺序为WiMAX、4G、3G、GPRS;在上述顺序的基础上也考虑信号强度，如信号强度弱则选择下一种通信模块，最终将数据传输到远端上位机监控中心。
[0016]远程通信部分从上位机监控中心接收到的命令数据，通过中央处理器的核心处理器处理与分析，发送到局域通信部分的对应模块，收到数据的模块下发命令，控制相应的前端采集系统。
[0017]远程通信过程进行时也可有局域通信过程。
[0018]本实用新型不局限于上述具体的实施方式，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1.基于USB的多协议智能网关，其特征在于，该网关包括局域通信、中央处理器和远程通信三部分；局域通信部分包括ZigBee、W1-F1、Bluet00th和红外设备控制模块；中央处理器部分包括核心处理器、电源管理模块、IXD触摸显示屏、RJ45接口、存储模块和通用USB通信接口 ；远程通信部分包括GPRS、3G、4G和WiMAX通信模块;所述通信模块都可热插拔，通过USB通信接口与中央处理器相连。2.根据权利要求1所述的基于USB的多协议智能网关，其特征在于，所述的局域通信部分的ZigBee、W1-F1、Bluetooth、红外设备控制模块主要用于数据采集与设备控制；四种模块结合使用适用于各种感知环境，能满足各种低、高速率数据的稳定采集和传输;ZigBee、W1-Fi和Bluetooth模块分别采用TI公司的CC2538芯片、CC3200芯片和CC2541芯片，红外设备控制模块则由红外传感器集成。3.根据权利要求1所述的基于USB的多协议智能网关，其特征在于，中央处理器部分的核心处理器为整个网关的数据处理核心，完成不同协议的转换，并对接受到的数据进行存储、处理及封装，核心处理器采用S3C6410芯片。4.根据权利要求1所述的基于USB的多协议智能网关，其特征在于，中央处理器部分的电源管理模块给各功能模块供电，并对电压电流进行管理;供电可以直接5V直流供电或电池供电，电池分为主电池和备用电池，主电池为太阳能电池，备用电池为充电式锂电池。5.根据权利要求1所述的基于USB的多协议智能网关，其特征在于，LCD触摸屏可以实时显示由局域通信部分传输过来的数据，也可以显示历史数据及其变化的曲线图；通过LCD触摸屏可以控制局域网络中的节点设备和配置网关。6.根据权利要求1所述的基于USB的多协议智能网关，其特征在于，在没有无线环境或者无线环境传输速率不太理想时，如果在有光纤等有线布线的情况下，可以用网线直接通过RJ45接口连上互联网进行数据传输。7.根据权利要求1所述的基于USB的多协议智能网关，其特征在于，局域通信与远程通信两部分的八种无线通信模块使用USB通信接口与核心处理器连接;该USB接口兼容八种通信协议，包括2丨8866、胃丨^、蓝牙、红外线通信、6?1?、36、46和們1^乂通信协议;这些通信协议以USB通信协议作为中转可以相互转换;八种通信协议构成了一个网状的网络，任意两种都能进行对应的协议转换;八种无线通信模块均可热插拔，以适应不同环境的数据传输；中央处理器部分的核心处理器能自动识别所接入通信模块的类型，并对数据进行相应处理并传输。8.根据权利要求1所述的基于USB的多协议智能网关，其特征在于，各通信模块可单独通过USB接口与其他设备相连。9.根据权利要求1所述的基于USB的多协议智能网关，其特征在于，USB接口可以扩展接口，可同时连接上述八种模块;局域通信部分用于进行数据采集和设备控制，四种通信模块同时工作；远程通信部分用于和互联网进行数据的双向传输，中央处理器的核心处理器根据的数据量大小以及WiMAX、4G、3G、GPRS的信号强度选择其中的一种方式进行远程数据传输。10.根据权利要求1所述的基于USB的多协议智能网关，其特征在于，所述GPRS通信模块采用SM900A芯片;所述3G通信模块采用华为公司的EM770W芯片，4G通信模块采用华为公司的全网通ME909s-821芯片。
【文档编号】H04L12/66GK205647564SQ201620258538
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】陈侃松, 杨威, 张丹, 蒋碧波, 吴聪, 沈超
【申请人】湖北大学