一种数据收发系统及数据收发方法
【专利摘要】本发明实施例提供一种数据收发系统和数据收发方法，所述数据收发系统包括：多路数据采集单元，每路数据采集单元包含用于采集数据的传感器和用于将传感器数据无线发送的无线模块；数据收发单元，用于无线接收多路传感器数据，同时处理所述多路传感器数据，并将处理后的多路传感器数据高速实时地输出；智能终端，用于与所述数据收发单元通信，接收处理后的多路传感器数据。本发明实施例的系统对来自不同传感器的数据进行提前处理，使得数据能够以高效灵活的方式收发，然后与智能终端进行高速实时的数据交互，具有高效的并发性。
【专利说明】一种数据收发系统及数据收发方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数据收发系统及数据收发方法，具体涉及一种能够利用3G智能终端的无线多传感器实时并发数据收发系统。
【背景技术】
[0002]目前的数据收发系统只能是一对一，即一个发送模块和一个接收模块，比如带蓝牙功能的手机和耳机相连进行数据传输，一个手机同一时刻只能与一对耳机(一对耳机视为一个设备)相连接。虽然市场上的蓝牙适配器可以同时将蓝牙手机、耳机、鼠标、键盘等与PC机相连，一定程度上实现了一对多的数据交互系统，但是当一个适配器同时连接多个设备时，每个设备必然占用一定的带宽，这样传输速度受到限制，降低了数据交互的效率，并且数据的处理只能在PC上实现。
[0003]能够面对3G智能终端的多个传感器(甚至传感器整列)的大数据高速实时并发的收发系统还没有解决方案。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的是，提供一种数据收发系统，特别是一种支持3G智能终端的无线多传感器实时并发的数据收发系统，以实现多个传感器数据的高速并发性。
[0005]本发明的另一个目的是，提供一种数据收发系统，特别是一种支持3G智能终端的无线多传感器实时并发的数据收发系统，以解决多个传感器数据传输过程中的实时性。
[0006]本发明的又一个目的是，提供一种基于上述系统的数据收发方法，以实现对多个传感器数据的并发处理及实时发送，以满足实时性与并发性的要求。
[0007]为达上述目的，本发明实施例提供了一种数据收发系统，所述数据收发系统包括:
[0008]多路数据采集单元，每路数据采集单元包含用于采集数据的传感器和用于将传感器数据无线发送的无线模块；
[0009]数据收发单元，用于无线接收多路传感器数据，同时处理所述多路传感器数据，并将处理后的多路传感器数据高速实时地输出；
[0010]智能终端，用于与所述数据收发单元通信，接收处理后的多路传感器数据。
[0011]优选地，所述数据收发单元包括:多个无线收发模块，用于对应地无线接收所述多路数据采集单元传送的多路传感器数据，并发送给收发控制模块；收发控制模块，用于同时处理所述多路传感器数据，将处理后的多路传感器数据发送给数据转发模块，并控制所述数据转发模块进行发送；数据转发模块，用于在所述收发控制模块的控制下，将所述处理后的多路传感器数据高速实时地发送至所述智能终端。
[0012]优选地，所述无线模块为蓝牙模块，所述无线收发模块为具有蓝牙功能的微控制单元MCU。
[0013]优选地，所述收发控制模块采用数字逻辑器件。
[0014]优选地，所述数字逻辑器件为现场可编程逻辑门阵列FPGA。
[0015]优选地，所述FPGA，具体用于向所述USB数据转发芯片发送小于字节阈值的多路传感器数据的数据包，并在所述数据包发送完毕后向所述USB数据转发芯片发送触发信号；所述USB数据转发芯片，具体用于在接收到所述FPGA发送的触发信号后，将接收到的小于字节阈值的多路传感器数据的数据包立即发送到所述智能终端。
[0016]优选地，所述USB数据转发芯片中预先配置用于设定全速模式下的字节阈值的全速模式控制文件；所述USB数据转发芯片，还用于当接收到的数据包达到字节阈值时，自动发送字节阈值的数据包到所述智能终端。
[0017]为达上述目的，本发明实施例提供了一种数据收发方法，所述方法包括:
[0018]步骤110:多路数据采集单元采集多路传感器数据并进行无线发送，每路数据采集单元包含用于采集数据的传感器和用于将传感器数据无线发送的无线模块；
[0019]步骤120:数据收发单元无线接收所述多路传感器数据，同时处理所述多路传感器数据，并将处理后的多路传感器数据高速实时地输出；
[0020]步骤130:智能终端接收处理后的多路传感器数据。
[0021 ] 优选地，步骤100的具体处理过程可以包括:
[0022]利用多个无线收发模块对应地无线接收所述多路数据采集单元传送的多路传感器数据，并发送给收发控制模块；
[0023]利用所述收发控制模块同时处理所述多路传感器数据，将处理后的多路传感器数据发送给数据转发模块，并控制所述数据转发模块进行发送；
[0024]利用所述数据转发模块在所述收发控制模块的控制下，将所述处理后的多路传感器数据高速实时地发送至所述智能终端。
[0025]优选地，所述无线模块为蓝牙模块，所述无线收发模块为具有蓝牙功能的微控制单元MCU。
[0026]优选地，所述收发控制模块为现场可编程逻辑门阵列FPGA ;所述数据转发模块为USB数据转发芯片，所述方法还可以包括:
[0027]预先在所述USB数据转发芯片中配置全速模式控制文件，该全速模式控制文件用于设定全速模式下的字节阈值；
[0028]所述FPGA向所述USB数据转发芯片发送小于字节阈值的多路传感器数据的数据包，并在所述数据包发送完毕后向所述USB数据转发芯片发送触发信号；
[0029]所述USB数据转发芯片在接收到所述FPGA发送的触发信号后，将接收到的小于字节阈值的多路传感器数据的数据包立即发送到所述智能终端；或者，当接收到的数据包达到字节阈值时，自动发送字节阈值的数据包到所述智能终端。
[0030]上述技术方案的有益技术效果在于:
[0031]本发明实施例中的系统是一对多，即同一块接收器上可以同时接收来自三个(或者更多)蓝牙模块的数据进行实时处理，当需要同时监控来自三个(多个)传感器的数据时，这个系统可以很容易地满足要求。
[0032]同时本发明实施例的系统对来自不同传感器的数据进行提前处理，使得数据能够以高效灵活的方式收发，然后与智能终端进行高速实时的数据交互，具有高效的并发性。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]为了更清楚地说明本发明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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图。
[0034]图1为本发明实施例中的数据收发系统的主要结构功能框图；
[0035]图2A为本发明实施例的数据发送的简易时序图；
[0036]图2B为本发明实施例的FPGA与USB芯片之间的连接示意图。
【具体实施方式】
[0037]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]图1为本发明实施例中的数据收发系统的主要结构功能框图。如图1所示，该数据收发系统包括如下三个部分:
[0039]A单元:为多路数据采集单元，其包括N (NS 3)个传感器，这里以三个为例进行说明，每个传感器都集成了蓝牙功能(仅为举例，不以蓝牙为限，例如ZIGBEE模块也可以)，用于向B单元发送数据；A单元可以包括A1-A3模块，其均集成了传感器和蓝牙模块，该蓝牙模块将传感器采集的数据无线发送给B单元，多个蓝牙模块可以同时发送数据。
[0040]B单元:为数据收发单元，其包含三个模块，分别是多个带有蓝牙功能的MCU (Micro Control Unit，微控制单元)(B1-B3)，分别用于接收来自A1-A3模块的传感器数据；FPGA (B4)作为中心处理器，用于处理从MCU (B1-B3)接收到的数据和来自B5模块的数据，然后将从MCU接收到的数据处理后发送给B5模块；其中FPGA还可以用其他的数字逻辑器件来替代；B5模块较佳地是选用一款USB数据转发芯片(这里可以较佳地采用cypress的FX2LP)，但不应以此为限，其专门用于与智能终端C进行通信，将FPGA处理后的数据与智能终端进行交互，数据的发送与接收受到FPGA的控制。B单元中的BI?B3模块用来接收来自A1-A3模块的数据，接收到的数据经过FPGA处理整合发给B5模块，B5模块可以高速、无缝地与外设(智能终端)进行数据传输，所以通过B5模块与智能终端通信，可以实现数据传输效率最大化，系统收发过程通过FPGA的控制，使得发送的数据包大小可控，实现了实时性。
[0041]C单元:为智能终端，用于与B单元进行通信，可以在智能终端上看到数据处理的效果。
[0042]以下对该数据收发系统的各单元、模块、子模块的作用进行更加详细的说明:
[0043]A单元由某种传感器和蓝牙模块组成，传感器相当于系统的“感官”，蓝牙相当于“神经”，将传感器“感受”的内容发送/传递到“大脑”处理，即B单元。这里A单元中模块的数量不受限制，视应用场合而定，但是数量必须与B单元中用来接收数据的MCU —致，即发送模块和接收模块数量相等。
[0044]B单元是整个系统的关键，其中的B4模块为数据处理和控制发送的核心，它处理来自各个不同传感器的数据，正是这个模块的存在才实现了系统的并发性；B5模块也是必不可少的，它的作用就是用来高速地与智能终端C进行通信，而且受到B4模块的控制，这样才实现了任意字节大小数据包的发送。
[0045]C单元为智能终端，是用户与系统交互的窗口，只要满足与B单元进行通信的条件(比如具备USB芯片的驱动)即可，其类型不受限制。
[0046]在本发明实施例中，并发性，是指系统可以同时处理来自多个传感器发来的数据并综合，如图1所示，多个传感器通过蓝牙向模块B发送数据，B模块中的FPGA是实现并发性的关键部分，它可以同时处理这些数据并发送。
[0047]在本发明实施例中，实时性，是指FPGA不仅可以根据需求提前处理来自传感器的数据，而且还可以通过控制FX2LP来实现数据的实时发送，这里FX2LP是发送数据的关键部分，如图1所示，FPGA发送数据给FX2LP，发送完一个数据包之后(数据包大小任意)立刻把管脚“PKTEND”拉低，通知FX2LP发送数据，则FX2LP立刻把数据发送到智能终端，具体实现方法在后面详述。
[0048]FPGA的控制模块在本系统实现了一个重要功能。在传统配置模式下，USB芯片B5(FX2LP)与终端进行数据交互的时候只能发送固定字节大小的数据，只能是512byte (或1024byte),即FX2LP —直接收来自FPGA的数据，直到收集满512个字节之后才会发送到终端，这给需要实时显示数据状态的应用造成数据显示的延时，从而带来不便。
[0049]一种情况，USB数据转发芯片工作在全速模式/自动发送模式，进行自动发送。在本发明实施例的系统中，首先把数据交互的模式从高速模式转成全速模式，并且修改设备描述符文件(DRCR.A51)中的全速模式部分，把maximum packet size的MSB (MostSignificant Bit,最高有效位)改为 00H, LSB (Least Significant Bit,最低有效位)改为40H (64)，这样就可以把需要接收的数据字节大小从最低512byte降到64byte (经过反复试验，64byte是全速模式下能设置的最小值，小于此值USB芯片驱动将不能正常工作)，即USB芯片的FIFO (First Input First Output，先入先出存储器)接收满64字节(字节阈值的一个示例)数据后会自动发送，很大程度上降低了数据传输过程中的等待延时，具体实现方法是将文件iic可执行程序直接烧入至USB芯片的EPR0M(ErasabIe ProgrammableRead Only Memory,可擦除可编程只读寄存器),这样才可以进入全速模式。
[0050]另一种情况，USB数据转发芯片工作在受控发送模式，根据FPGA的触发信号进行数据发送。在本发明实施例中通过FPGA控制USB芯片，当FPGA完成小于64byte的任意字节的数据的发送之后，再发送一个低电平PKTEND (高低电平可配置)信号“通知” USB芯片数据发送完毕，USB芯片收到信号后立刻发送接收到的数据。这个控制机制可以实现任意字节的数据收发，实现了传输带宽可控。这两个功能的实现一方面保证了大数据包的实时性，又实现了小数据包的实时发送(如64或16个甚至更小字节的小数据包)。
[0051]图2A-图2B分别为本发明实施例的数据发送的简易时序图和芯片连接示意图。其是整个系统的关键部分，FPGA处理来自多个传感器的数据后，通过数据总线把数据发给USB芯片，图2A中发送I?16共16个字节数据，当最后一个数据读入数据总线后，FPGA向USB芯片发送一个低电平信号(PKTEND信号从高到低跳变)，USB芯片收到这个信号后就知道此时FPGA数据发送完毕，立刻把刚刚接收到的16个字节数据发送到智能终端。实现这个功能之前需要让FPGA和USB芯片相应功能的引脚物理连接(如图2B所示)。
[0052]以下描述本数据收发系统的工作过程:
[0053]步骤1:A单元中的各种传感器把获得的数据发给蓝牙模块(蓝牙模块和传感器之间的连接不做介绍)，蓝牙模块再把数据转发出去给B单元上同样带有蓝牙功能的MCU。
[0054]步骤2:B单元的MCU接到数据，经过FPGA的处理(具体如何处理可以根据应用需要来设置)后把数据转发给USB芯片，控制USB芯片何时发送数据。这里USB芯片最主要的作用就是高速无缝地与智能终端通信。
[0055]步骤3:智能终端收到来自B单元的数据后可以对传感器具体监测的对象数据进行相应的处理与显示，完成设备的功能，智能终端也可以向B单元发送数据，实现数据交互，这里USB芯片起到FPGA与智能终端之间的桥梁作用。
[0056]更加具体地:
[0057]步骤1:传感器与蓝牙模块之间正确的连接是必要的，两个子模块缺一不可，前者完成数据的监测，后者将数据无线发送出去，A模块的数量不受限制，可以定制；
[0058]步骤2:步骤2是系统的主要部分，它是系统实现并发性和实时性的关键。首先是接收来自传感器的数据，再者是合理处理来自多个传感器的数据，最后是将处理好的数据发送给智能终端供用户使用；
[0059]步骤3:智能终端的作用是利用传感器检测的数据实现一定的应用，它是用户和设备的通信的唯一窗口，它可以向系统发送数据，系统根据相应的请求给出反馈。
[0060]本发明实施例的上述技术方案的优点在于:
[0061]本发明实施例中的系统是一对多，即同一块接收器上可以同时接收来自三个(或者更多)蓝牙模块的数据进行实时处理，当需要同时监控来自三个(多个)传感器的数据时，这个系统可以很容易地满足要求。
[0062]同时本发明实施例的系统对来自不同传感器的数据进行提前处理，使得数据能够以高效灵活的方式收发，然后与智能终端进行高速实时的数据交互，具有高效的并发性。
[0063]通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，或者二者的结合来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件模块或计算机软件产品可以存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。存储介质可以是随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或【技术领域】内所公知的任意其它形式的存储介质。
[0064]以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种数据收发系统，其特征在于，所述数据收发系统包括: 多路数据采集单元，每路数据采集单元包含用于采集数据的传感器和用于将传感器数据无线发送的无线模块； 数据收发单元，用于无线接收多路传感器数据，同时处理所述多路传感器数据，并将处理后的多路传感器数据高速实时地输出； 智能终端，用于与所述数据收发单元通信，接收处理后的多路传感器数据。
2.根据权利要求1所述的数据收发系统，其特征在于，所述数据收发单元包括: 多个无线收发模块，用于对应地无线接收所述多路数据采集单元传送的多路传感器数据，并发送给收发控制模块； 收发控制模块，用于同时处理所述多路传感器数据，将处理后的多路传感器数据发送给数据转发模块，并控制所述数据转发模块进行发送； 数据转发模块，用于在所述收发控制模块的控制下，将所述处理后的多路传感器数据高速实时地发送至所述智能终端。
3.根据权利要求2所述的数据收发系统，其特征在于，所述无线模块为蓝牙模块，所述无线收发模块为具有蓝牙功能的微控制单元MCU ；以及所述收发控制模块采用数字逻辑器件。
4.根据权利要求3所述的数据收发系统，其特征在于，所述数字逻辑器件为现场可编程逻辑门阵列FPGA。
5.根据权利要求4所述的数据收发系统，其特征在于， 所述FPGA，具体用于向所述USB数据转发芯片发送小于字节阈值的多路传感器数据的数据包，并在所述数据包发送完毕后向所述USB数据转发芯片发送触发信号； 所述USB数据转发芯片，具体用于在接收到所述FPGA发送的触发信号后，将接收到的小于字节阈值的多路传感器数据的数据包立即发送到所述智能终端。
6.根据权利要求5所述的数据收发系统，其特征在于， 所述USB数据转发芯片中预先配置用于设定全速模式下的字节阈值的全速模式控制文件； 所述USB数据转发芯片，还用于当接收到的数据包达到字节阈值时，自动发送字节阈值的数据包到所述智能终端。
7.一种数据收发方法，其特征在于，所述方法包括: 多路数据采集单元采集多路传感器数据并进行无线发送，每路数据采集单元包含用于采集数据的传感器和用于将传感器数据无线发送的无线模块； 数据收发单元无线接收所述多路传感器数据，同时处理所述多路传感器数据，并将处理后的多路传感器数据高速实时地输出； 智能终端接收处理后的多路传感器数据。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述数据收发单元无线接收所述多路传感器数据，同时处理所述多路传感器数据，并将处理后的多路传感器数据高速实时地输出；包括: 利用多个无线收发模块对应地无线接收所述多路数据采集单元传送的多路传感器数据，并发送给收发控制模块； 利用所述收发控制模块同时处理所述多路传感器数据，将处理后的多路传感器数据发送给数据转发模块，并控制所述数据转发模块进行发送； 利用所述数据转发模块在所述收发控制模块的控制下，将所述处理后的多路传感器数据高速实时地发送至所述智能终端。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述无线模块为蓝牙模块，所述无线收发模块为具有蓝牙功能的微控制单元MCU。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述收发控制模块为现场可编程逻辑门阵列FPGA ;所述数据转发模块为USB数据转发芯片，所述方法还包括: 预先在所述USB数据转发芯片中配置全速模式控制文件，该全速模式控制文件用于设定全速模式下的字节阈值； 所述FPGA向所述USB数据转发芯片发送小于字节阈值的多路传感器数据的数据包，并在所述数据包发送完毕后向所述USB数据转发芯片发送触发信号； 所述USB数据转发芯片在接收到所述FPGA发送的触发信号后，将接收到的小于字节阈值的多路传感器数据的数据包立即发送到所述智能终端；或者，当接收到的数据包达到字节阈值时，自动发送字节阈值的数据包到所述智能终端。
【文档编号】H04B1/38GK104426566SQ201310368129
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】陈燕 申请人:上海朗虹信息科技有限公司