一种多协议融合的无线传感器网络实验平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型实施例公开了一种多协议融合的无线传感器网络实验平台，用于解决现有高校教学应用的无线物联网实验平台功能单一、灵活性差，只能做部分无线通信协议的实验的问题。本实用新型实施例中一种多协议融合的无线传感器网络实验平台包括：无线传感网单元；所述无线传感网单元包括多个无线传感网节点，每个所述无线传感网节点包括嵌入式底板、无线模组、传感器接口板以及显示板；所述无线模组、传感器接口板以及显示板均安装在所述嵌入式底板上；所述无线模组分别与所述传感器接口板和所述显示板连接；所述传感器接口板适配实验用的传感器，负责传感器数据的采集和量化；所述显示板负责实时显示来自所述无线模组的数据。
【专利说明】
一种多协议融合的无线传感器网络实验平台
技术领域
[0001]本实用新型涉及教学实验平台领域，尤其涉及一种多协议融合的无线传感器网络实验平台。
【背景技术】
[0002]物联网技术是在成熟的互联网技术基础上发展起来的一种用户端延伸和扩展到了物品与物品间进行通讯的一种技术，有着广泛的应用范围和巨大的发展空间，而无线传感器网络技术更是物联网技术的热门领域，政府企业高效都力求推进无线物联网的发展。
[0003]顺应时势发展，近年来很多高校都设立了以无线无线网技术为重点的物联网专业，然而无线通信协议复杂难懂，要学好无线通信系统开发必须理论和实践想结合，若没有全面综合先进的一套实验平台，学生很难去只管的掌握无线物联网的相关知识及应用开发。
[0004]目前高校教学应用的无线物联网实验平台功能单一、灵活性差，只能做部分无线通信协议的实验。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型实施例公开了一种多协议融合的无线传感器网络实验平台，用于解决现有高校教学应用的无线物联网实验平台功能单一、灵活性差，只能做部分无线通信协议的实验的问题。
[0006]本实用新型实施例提供的一种多协议融合的无线传感器网络实验平台，包括:无线传感网单元；
[0007]所述无线传感网单元包括多个无线传感网节点，每个所述无线传感网节点包括嵌入式底板、无线模组、传感器接口板以及显示板；
[0008]所述无线模组、传感器接口板以及显示板均安装在所述嵌入式底板上；
[0009]所述无线模组分别与所述传感器接口板和所述显示板连接，负责所述无线传感网节点的控制和运算，以及写入协议进行无线通信，写入的协议类型包括IPV6、Zigbee、WIFI和Bluetooth;
[0010]所述传感器接口板适配实验用的传感器，负责传感器数据的采集和量化；
[0011]所述显示板负责实时显示来自所述无线模组的数据。
[0012]可选地，所述无线模组、传感器接口板以及显示板通过嵌入接口的方式安装在所述嵌入式底板上。
[0013]可选地，所述无线模组、传感器接口板以及显示板上设有与所述嵌入式底板上的接口对应的引脚。
[0014]可选地，还包括IPV6核心板、Zigbee核心板、WIFI核心板和Bluetooth核心板，均与所述无线传感网单元连接。
[0015]可选地，还包括独立电源模块，为所述无线传感网单元供电。
[0016]可选地，所述嵌入式底板嵌入CorTex-M3ARM处理器芯片，提供稳定的5V/3.3V电源输入，包括4个可编程按键、4个可编程LED灯、I个RTC、I个JTAG&DEBUG接口、I个显示板接口和I个24PIN的传感器接口。
[0017]可选地，所述传感器接口板适配的传感器包括温湿度传感器、光照传感器、空气质量传感器、可燃气体传感器、火焰传感器、人体红外传感器、超声波传感器、压力传感器、继电器传感器、酒精传感器、霍尔传感器、烟雾传感器、酒精传感器、雨滴传感器、振动传感器、三轴传感器、罗盘传感器、电机传感器、声控传感器、灯控传感器、语音识别传感器、指纹识别传感器、门磁传感器、倾斜开关传感器、甲烷传感器、紫外线传感器、颜色识别传感器、红外壁障传感器、电流传感器、陀螺仪传感器、土壤酸碱度传感器和触摸传感器。
[0018]可选地，还包括与所述无线传感网单元连接的智能网关单元；
[0019]所述智能网关单元包括网关处理器和显示屏，其板载集成有无线通信模块、WIFI网关模块、蓝牙网关模块、Zigbee无线协调器模块和IPV6无线协调器模块。
[0020]可选地，所述智能网关单元还集成有:RS232串口、HUB接口、HOST接口、OTG接口、SD卡接口以及视频输入接口。
[0021]可选地，所述智能网关单元还集成有五组40PIN应用扩展接口。
[0022]从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点:
[0023]本实用新型实施例中，一种多协议融合的无线传感器网络实验平台，包括:无线传感网单元;所述无线传感网单元包括多个无线传感网节点，每个所述无线传感网节点包括嵌入式底板、无线模组、传感器接口板以及显示板;所述无线模组、传感器接口板以及显示板均安装在所述嵌入式底板上;所述无线模组分别与所述传感器接口板和所述显示板连接，负责所述无线传感网节点的控制和运算，以及写入协议进行无线通信，写入的协议类型包括IPV6、Zigbee、WIFI和Bluetooth ；所述传感器接口板适配实验用的传感器，负责传感器数据的采集和量化;所述显示板负责实时显示来自所述无线模组的数据。在本实用新型实施例中，所述无线传感器网络实验平台可选用IPV6、Zigbee、WIFI和Bluetooth四种协议进行教学实验，并且其传感器接口板可根据需要适配各种实验用的传感器，教学应用的灵活性强、功能丰富。
【附图说明】
[0024]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0025]图1为本实用新型实施例中一种多协议融合的无线传感器网络实验平台一个应用场景下的结构示意图；
[0026]图2为本实用新型实施例中一种多协议融合的无线传感器网络实验平台与云平台的工作原理示意图；
[0027]图3为本实用新型实施例中无线传感网节点的结构示意图；
[0028]图4为本实用新型实施例中无线模组、传感器接口板以及显示板的硬件引脚图。
【具体实施方式】
[0029]本实用新型实施例公开了一种多协议融合的无线传感器网络实验平台，能够解决现有高校教学应用的无线物联网实验平台功能单一、灵活性差，只能做部分无线通信协议的实验的问题。
[0030]请参阅图1至图4，本实用新型实施例中一种多协议融合的无线传感器网络实验平台，包括:无线传感网单元；
[0031 ] 所述无线传感网单元包括多个无线传感网节点，每个所述无线传感网节点包括嵌入式底板、无线模组、传感器接口板以及显示板；
[0032]所述无线模组、传感器接口板以及显示板均安装在所述嵌入式底板上；
[0033]如图3所示，所述无线模组分别与所述传感器接口板和所述显示板连接，负责所述无线传感网节点的控制和运算，以及写入协议进行无线通信，写入的协议类型包括IPV6、Zigbee、WIFI和Bluetooth;所述传感器接口板适配实验用的传感器，负责传感器数据的采集和量化;所述显示板负责实时显示来自所述无线模组的数据。具体地，所述显示板可以为IXD显示板或者LED显示板。
[0034]在具体的一个实施例中，所述无线模组、传感器接口板以及显示板可以通过嵌入接口的方式安装在所述嵌入式底板上。另外，所述无线模组、传感器接口板以及显示板上可以设有与所述嵌入式底板上的接口对应的引脚，使得无线模组、传感器接口板以及显示板在嵌入式底板上安装的灵活性大大增加，当某一个模块损坏时，只需更换损坏的模块即可，其他模块无需更换或者舍弃，其硬件引脚图如图4所示。
[0035]在具体的一个实施例中，所述无线传感器网络实验平台还可以包括IPV6核心板、Zigbee核心板、WIFI核心板和Bluetooth核心板，均与所述无线传感网单元连接。这四种核心板均可以连接到嵌入式底板上使用。具体地，这四种核心板可以分别为:采用CC2530处理器的Zigbee核心板、采用STM32W108无线处理器的IPV6核心板、LPA透传串口 WIFI模组的WIFI核心板、采用HC05透传串口蓝牙的Bluetooth核心板，所述无线传感器网络实验平台可以自定义配置四组不同无线协议的节点:IPV6、Zigbee、WIF1、Bluetooth，并且可以通过智能网关单元上的无线协调器进行数据汇总处理。
[0036]在具体的一个实施例中，所述无线传感器网络实验平台还可以包括独立电源模块，提供稳定的12V电力，一般来说可以支持12组无线传感节点和3G智能网关单元同时工作。
[0037]为了增强无线传感网节点的可操作性以及满足多层次多方位的教学需求，在具体的一个实施例中，所述嵌入式底板可以嵌入CorTeX-M3ARM处理器芯片，提供稳定的5V/3.3V电源输入，包括4个可编程按键、4个可编程LED灯、I个RTC、I个JTAG&DEBUG接口、I个显示板接口和I个24PIN的传感器接口。
[0038]为了满足多元化的教学需求，本实用新型的无线传感器网络实验平台可以承载尽可能多的传感器，在具体的一个实施例中，所述传感器接口板适配的传感器可以包括温湿度传感器、光照传感器、空气质量传感器、可燃气体传感器、火焰传感器、人体红外传感器、超声波传感器、压力传感器、继电器传感器、酒精传感器、霍尔传感器、烟雾传感器、酒精传感器、雨滴传感器、振动传感器、三轴传感器、罗盘传感器、电机传感器、声控传感器、灯控传感器、语音识别传感器、指纹识别传感器、门磁传感器、倾斜开关传感器、甲烷传感器、紫外线传感器、颜色识别传感器、红外壁障传感器、电流传感器、陀螺仪传感器、土壤酸碱度传感器和触摸传感器。并且，每个无线传感网节点均可以进行独立编程，可用于学习WSN(Wireless Sensor Networks)网络实验，包含TI ZStack协议、Contiki IPV6协议等。
[0039]在具体的一个实施例中，所述无线传感器网络实验平台还可以包括与所述无线传感网单元连接的智能网关单元。所述智能网关单元包括网关处理器和显示屏，其板载集成有无线通信模块、WIFI网关模块、蓝牙网关模块、Zigbee无线协调器模块和IPV6无线协调器模块。具体地，所述智能网关单元采用高性能的三星ARM Cortex-A8处理器，主频1GHZ、内存512MB、Flash4GB;采用7寸真彩液晶屏(AT070TN92)，分辨率800*480、且为带7寸多点电容触摸屏。
[0040]在具体的一个实施例中，所述智能网关单元还可以集成有:RS232串口、HUB接口、HOST接口、OTG接口、SD卡接口以及视频输入接口。具体地，可以集成有4路RS232串口，集成USB2.0HUB接口，4路独立USB HOST接口，I路USB OTG接口(Mini USB接口)，2路高度SD卡接口、4路模拟高清摄像头输入接口等。其中，高度SD卡接口可以支持高达32G的扩容;而模拟高清摄像头输入接口的四通道可以自由切换，视屏前端可通过网关转换实现3G/WIFI无线传输。
[0041]为了进一步满足教学的扩展需求，所述智能网关单元还可以集成有五组40PIN应用扩展接口，例如可以包含如下信号:3路USB、3路串口、I路SP1、1路IIC、8个GP1(可用于中断)、5V/3.3V电源等。
[0042]需要说明的是，一个实施例中，所述智能网关单元可以采用嵌入式主流操作系统Android+Linx，可以完成物联网应用层/网关服务层的学习和应用开发。
[0043]本实用新型实施例中的无线传感器网络实验平台可以与云端的云平台建立网络连接，可进行云端大数据处理和物联网应用的开发学习，如图2所示，对无线传感器网络实验平台的工作原理进行说明:
[0044]无线传感器网络实验平台通过其上的智能网关单元与云平台进行数据存储和交互。用户(教师或学生)可以登录云平台或者智能网关单元进行操作学习或者应用开发。
[0045]对于云平台的网关接入，无线传感器网络实验平台可以容纳各种物联网协议标准的硬件设备接入，用户编程仅需绑定ID和Key即可在云平台完成数据连接、数据访问存储、数据使用等，可为用户提供具体的二次开发接口。系统能够无缝接入基于IP网络的物联网中间件，开发物联网云应用系统。
[0046]另外，可以在云平台的web后台上对无线传感器网络实验平台上的传感器进行配置，自动生成前台项目页面，对传感器历史数据的曲线展示(需显示实时，三天，一周，一个月，三个月时间段数据)，同时实时显示传感器主动上传的数值，实时远程控制各类执行器等。
[0047]另外，该云平台还可以提供私有云管理、Web应用开发和应用接入接口系统，通过应用分布式数据库系统设计为信息平台建设完善的数据结构和逻辑关系，实现了物联网数据应用服务的标准化。云平台具有物联网应用所需的采集、控制、传输、显示、数据库访问、数据分析、自动辅助决策、手机应用等应用功能的开发工具和二次开发库，可以基于该开发平台上开发一整套完整的物联网应用系统。
[0048]与现有技术相比，本实用新型提供了一种多协议融合的无线传感器网络实验平台，是一款高端的多功能物联网教学实验平台，具有以下优点:能够完整的满足物联网多个层次的教学任务、能够提供感知层(传感器技术/RFID技术/嵌入式技术)、传输层(WSN无线传感网/IPV6无线传感网/Zigbee无线传感网)、网关层(嵌入式1^111^/^11(11'；[0(1技术/36/WIFI)、应用层(Android应用/云计算)的教学解决方案;并且协议多样化，可承载40+教学用传感器;整个无线传感器网络实验平台采用模块化设计，功能灵活，可以根据不同实验选用不同传感器配件。
[0049]以上对本实用新型所提供的一种多协议融合的无线传感器网络实验平台进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
【主权项】
1.一种多协议融合的无线传感器网络实验平台，其特征在于，包括:无线传感网单元； 所述无线传感网单元包括多个无线传感网节点，每个所述无线传感网节点包括嵌入式底板、无线模组、传感器接口板以及显示板； 所述无线模组、传感器接口板以及显示板均安装在所述嵌入式底板上； 所述无线模组分别与所述传感器接口板和所述显示板连接，负责所述无线传感网节点的控制和运算，以及写入协议进行无线通信，写入的协议类型包括IPV6、Zigbee、WIFI和Bluetooth； 所述传感器接口板适配实验用的传感器，负责传感器数据的采集和量化； 所述显示板负责实时显示来自所述无线模组的数据。2.根据权利要求1所述的无线传感器网络实验平台，其特征在于，所述无线模组、传感器接口板以及显示板通过嵌入接口的方式安装在所述嵌入式底板上。3.根据权利要求2所述的无线传感器网络实验平台，其特征在于，所述无线模组、传感器接口板以及显示板上设有与所述嵌入式底板上的接口对应的引脚。4.根据权利要求1所述的无线传感器网络实验平台，其特征在于，还包括IPV6核心板、Zigbee核心板、WIFI核心板和Bluetooth核心板，均与所述无线传感网单元连接。5.根据权利要求1所述的无线传感器网络实验平台，其特征在于，还包括独立电源模块，为所述无线传感网单元供电。6.根据权利要求1所述的无线传感器网络实验平台，其特征在于，所述嵌入式底板嵌入CorTex-M3ARM处理器芯片，提供稳定的5V/3.3V电源输入，包括4个可编程按键、4个可编程LED灯、I个RTC、I个JTAG&DEBUG接口、I个显示板接口和I个24PIN的传感器接口。7.根据权利要求1所述的无线传感器网络实验平台，其特征在于，所述传感器接口板适配的传感器包括温湿度传感器、光照传感器、空气质量传感器、可燃气体传感器、火焰传感器、人体红外传感器、超声波传感器、压力传感器、继电器传感器、酒精传感器、霍尔传感器、烟雾传感器、酒精传感器、雨滴传感器、振动传感器、三轴传感器、罗盘传感器、电机传感器、声控传感器、灯控传感器、语音识别传感器、指纹识别传感器、门磁传感器、倾斜开关传感器、甲烷传感器、紫外线传感器、颜色识别传感器、红外壁障传感器、电流传感器、陀螺仪传感器、土壤酸碱度传感器和触摸传感器。8.根据权利要求1所述的无线传感器网络实验平台，其特征在于，还包括与所述无线传感网单元连接的智能网关单元； 所述智能网关单元包括网关处理器和显示屏，其板载集成有无线通信模块、WIFI网关模块、蓝牙网关模块、Zigbee无线协调器模块和IPV6无线协调器模块。9.根据权利要求8所述的无线传感器网络实验平台，其特征在于，所述智能网关单元还集成有:RS232串口、HUB接口、HOST接口、OTG接口、SD卡接口以及视频输入接口。10.根据权利要求9所述的无线传感器网络实验平台，其特征在于，所述智能网关单元还集成有五组40PIN应用扩展接口。
【文档编号】H04W84/18GK205647599SQ201620424370
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】刘广聪, 刘铮
【申请人】广东工业大学