具有通信功能的物联网数据采集装置制造方法
【专利摘要】本实用新型具有通信功能的物联网数据采集装置，通过使用通信距离更远的Zigbee模块1实现数据的远距离传输，本实用新型还可以采用多种工作模式，分别作为数据采集板、Zigbee路由节点以及PC端的Zigbee接收器进行使用，相较于现有技术，较大的进步。
【专利说明】具有通信功能的物联网数据采集装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种数据采集装置，尤其涉及一种具有通信功能的物联网数据采
集装置。
【背景技术】
[0002]ZigBee技术是一种应用于短距离范围内，低传输数据速率下的各种电子设备之间的无线通信物联网技术。ZigBee过去又称为“HomeRF Lite”、“RF_EasyLink”或“FireFly”无线电技术，目前统一称为ZigBee技术。
[0003]自从马可尼实用新型无线电以来，无线通信技术一直向着不断提高数据速率和传输距离的方向发展。例如:广域网范围内的第三代移动通信网络(3G)目的在于提供多媒体无线服务，局域网范围内的标准从IEEE802.11的IMbit/s到IEEE802.1lg的54Mbit/s的数据速率。而当前得到广泛研究的ZigBee技术则致力于提供一种廉价的固定、便携或者移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线通信技术。这种无线通信技术具有如下特点:功耗低、数据传输可靠、网络容量大、兼容性、安全性、实现成本低等优点。
[0004]随着ZigBee规范的进一步完善,许多公司均在着手开发基于ZigBee的产品。采用ZigBee技术的无线网络应用领域有家庭自动化、家庭安全、工业与环境控制与医疗护理、检测环境、监测、监察保鲜食品的运输过程及保质情况等等。其典型应用领域如下:
[0005]可以应用于家庭的照明、温度、安全、控制等。通过ZigBee网络自动收集各种信息，并将信息回馈到系统进行数据处理与分析，以利工厂整体信息之掌握，例如火警的感测和通知，照明系统之感测，生产机台之流程控制等，都可由ZigBee网络提供相关信息，以达到工业与环境控制的目的。
[0006]如果沿着街道、高速公路及其他地方分布式地装有大量ZigBee终端设备，你就不再担心会迷路。安装在汽车里的器件将告诉你，你当前所处位置，正向何处去。基于ZigBee技术的系统还可以开发出许多其他功能，例如在不同街道根据交通流量动态调节红绿灯，追踪超速的汽车或被盗的汽车等。
[0007]现有技术中的物联网采集装置传输距离较短，功能较为单一。
实用新型内容
[0008]本实用新型公开了一种具有通信功能的物联网数据采集装置，用以解决现有技术中物联网采集装置传输距离较短，功能较为单一的问题。
[0009]本实用新型的上述目的是通过以下技术方案实现的:
[0010]一种具有通信功能的物联网数据采集装置，其中，包括一 Zigbee模块1，所述Zigbee模块I上具有一基带模块和一射频模块，所述Zigbee模块I上分别连接有一数字前端调理电路2和一模拟前端调理电路3。
[0011]如上所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其中，所述数字前端调理电路2与一配电板数字插槽4相连。[0012]如上所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其中，所述模拟前端调理电路3与一配电板模拟插槽5相连。
[0013]如上所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其中，所述Zigbee模块I上连接有一 LED显示器。
[0014]如上所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其中，所述Zigbee模块I上连接有一输入装置。
[0015]如上所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其中，所述Zigbee模块I上连接有一电源7。
[0016]如上所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其中，所述Zigbee模块I上还连接有一参考电源6。
[0017]如上所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其中，所述Zigbee模块I上具有一数字IO模块和一模拟IO模块。
[0018]如上所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其中，所述数字前端调理电路2与所述数字IO模块连接，所述模拟前端调理电路3与所述模拟IO模块连接。
[0019]如上所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其中，所述Zigbee模块I上连接有一 USB模块。
[0020]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型具有通信功能的物联网数据采集装置，通过使用通信距离更远的Zigbee模块I实现数据的远距离传输。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型具有通信功能的物联网数据采集装置的结构框图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述:
[0023]一种具有通信功能的物联网数据采集装置，其中，包括一 Zigbee模块(ZigbeeModule) 1，Zigbee模块I上具有一基带模块和一射频模块，Zigbee模块I上分别连接有一数字前端调理电路(Digital Front-end Circuit) 2和一模拟前端调理电路(AnalogFront-end Circuit) 3，数字前端调理电路2的作用是:保证CM0S/TTL以及不同电压范围的数字信号能适配到Zigbee模块I需要的0-3.3V的CMOS数字信号范围；模拟前端调理电路3的作用是:保证各种模拟信号通过理调电路后能正确的转化为Zigbee模块I需要的电压范围，目前暂定(T3V的电压输入范围。本实用新型采用的Zigbee模块I可以采用现有技术中的硬件模块。
[0024]采用Zigbee模块I具有以下的优点:
[0025]1、功耗低:工作模式情况下，ZigBee技术传输速率低,传输数据量很小，因此信号的收发时间很短，其次在非工作模式时，ZigBee节点处于休眠模式。设备搜索时延一般为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。由于工作时间较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式，使得ZigBee节点非常省电，ZigBee节点的电池工作时间可以长达6个月到2 年左右。同时，由于电池时间取决于很多因素，例如:电池种类、容量和应用场合，ZigBee技术在协议上对电池使用也作了优化。对于典型应用，碱性电池可以使用数年，对于某些工作时间和总时间(工作时间+休眠时间)之比小于1%的情况，电池的寿命甚至可以超过10年。
[0026]2、数据传输可靠:ZigBee的媒体接入控制层(MAC层)采用talk-when_ready的碰撞避免机制。在这种完全确认的数据传输机制下，当有数据传送需求时则立刻传送，发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息，并进行确认信息回复，若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞，将再传一次，采用这种方法可以提高系统信息传输的可靠性。同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。同时ZigBee针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。
[0027]3、网络容量大=ZigBee低速率、低功耗和短距离传输的特点使它非常适宜支持简单器件。ZigBee定义了两种器件:全功能器件(FFD)和简化功能器件(RFD)。对全功能器件，要求它支持所有的49个基本参数。而对简化功能器件，在最小配置时只要求它支持38个基本参数。一个全功能器件可以与简化功能器件和其他全功能器件通话，可以按3种方式工作，分别为:个域网协调器、协调器或器件。而简化功能器件只能与全功能器件通话，仅用于非常简单的应用。一个ZigBee的网络最多包括有255个ZigBee网路节点，其中一个是主控(Master)设备,其余则是从属(Slave)设备。若是通过网络协调器(Network Coordinator),整个网络最多可以支持超过64000个ZigBee网路节点，再加上各个Network Coordinator可互相连接，整个ZigBee网络节点的数目将十分可观。
[0028]4、兼容性=ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器(Coordinator)自动建立网络，采用载波侦听/冲突检测(CSMA-CA)方式进行信道接入。为了可靠传递，还提供全握手协议。
[0029]5、安全性=Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，在数据传输中提供了三级安全性。第一级实际是无安全方式，对于某种应用，如果安全并不重要或者上层已经提供足够的安全保护，器件就可以选择这种方式来转移数据。对于第二级安全级别，器件可以使用接入控制清单(ACL)来防止非法器件获取数据，在这一级不采取加密措施。第三级安全级别在数据转移中采用属于高级加密标准(AES)的对称密码。AES可以用来保护数据净荷和防止攻击者冒充合法器件。
[0030]6、实现成本低:模块的初始成本估计在6美元左右，很快就能降到1.5-2.5美元，且Zigbee协议免专利费用。目前低速低功率的UWB芯片组的价格至少为20美元。而ZigBee的价格目标仅为几美分。
[0031]本实用新型的数字前端调理电路2与一配电板数字插槽(PowerBoard DigitalSlot)4相连。本实用新型的模拟前端调理电路3与一配电板模拟插槽(PowerBoard AnalogSlot) 5 相连。
[0032]本实用新型的Zigbee模块I上连接有一 LED显示器9，用以显示整个采集板的状态息。
[0033]本实用新型的Zigbee模块I上连接有一输入装置(Key) 8，用于控制系统进入匹配模式，本实用新型的输入装置8可以具体为一键盘。
[0034]本实用新型的Zigbee模块I上连接有一电源7，用于根据zigbee模块的需求供电。
[0035]进一步的，本实用新型的Zigbee模块I上还连接有一参考电源6，本实用新型的Zigbee模块I上还具有一模数转换模块(ADC)，参考电源6的作用是为了为ADC模块提供精准的参考电平。
[0036]本实用新型的Zigbee模块I上具有一数字IO模块(DIO)和一模拟IO模块(ΑΙ0)。数字前端调理电路2与数字IO模块连接，模拟前端调理电路3与模拟IO模块连接。
[0037]本实用新型的Zigbee模块I上连接有一 USB模块(USB Module) 10，包含USB转换电路，把Zigbee无线模块的输出接口转换为USB的接口方式，使得本实用新型可以连接电脑的USB接口。
[0038]本实用新型的一个实施例中，本实用新型作为数据采集板与一配电板(Powerboard)相连接，配电板上还连接有一传感器板，配电板还与一数据采集卡(DAQ)连接，DAQ
与一终端相连接。
[0039]本实用新型的另一个实施例中，本实用新型作为一 PC端的Zigbee接收器，本实用新型与电脑的USB接口相连接。
[0040]本实用新型的另一个实施例中，本实用新型作为一 Zigbee路由节点。
[0041]可以采用本实用新型分别用作数据采集板、Zigbee路由节点以及PC端的Zigbee接收器共同构建一数据传输网络。
[0042]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型具有通信功能的物联网数据采集装置，通过使用通信距离更远的Zigbee模块I实现数据的远距离传输，本实用新型还可以采用多种工作模式，分别作为数据采集板、Zigbee路由节点以及PC端的Zigbee接收器进行使用，相较于现有技术，较大的进步。
【权利要求】
1.一种具有通信功能的物联网数据采集装置，其特征在于，包括一 Zigbee模块，所述Zigbee模块上具有一基带模块和一射频模块，所述Zigbee模块上分别连接有一数字前端调理电路和一模拟前端调理电路。
2.根据权利要求1所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其特征在于，所述数字前端调理电路与一配电板数字插槽相连。
3.根据权利要求1所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其特征在于，所述模拟前端调理电路与一配电板模拟插槽相连。
4.根据权利要求1所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其特征在于，所述Zigbee模块上连接有一 LED显示器。
5.根据权利要求1所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其特征在于，所述Zigbee模块上连接有一输入装置。
6.根据权利要求1所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其特征在于，所述Zigbee模块上连接有一电源。
7.根据权利要求6所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其特征在于，所述Zigbee模块上还连接有一参考电源。
8.根据权利要求1所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其特征在于，所述Zigbee模块上具有一数字IO模块和一模拟IO模块。
9.根据权利要求8所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其特征在于，所述数字前端调理电路与所述数字IO模块连接，所述模拟前端调理电路与所述模拟IO模块连接。
10.根据权利要求1、任一所述的具有通信功能的物联网数据采集装置，其特征在于，所述Zigbee模块上连接有一 USB模块。
【文档编号】G08C17/02GK203520607SQ201320421529
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年7月16日 优先权日:2013年7月16日
【发明者】于海军, 周鸯 申请人:上海威鸿电子科技有限公司