一种具有双路ZIGBEE通信模块的网关模块的制作方法

本实用新型涉及一种具有双路ZIGBEE通信模块的网关模块，主要应用于云智能无线网关模块，涉及到土木施工安全监测行业领域。

背景技术：

目前在土木自动化监测领域，随着系统集成程度高、工况复杂的使用环境，对应的监测方法也随之而优化，其中以无线传输、工业总线、网络通信的普遍化为自动话监测行业的快速实现提供技术支持。

为满足各种测量对象的数据测量，自动化监测系统往往同时设计有各种通信接口方式，例如RS485、RS232、以太网、USB串行通信等，以及有线电缆、无线通信等不同形式的通信方式的不同，难以统一一种设备进行数据协议转换、数据管理，存在一定局限性。传统解决方式是采用计算机、协议转换器、无线协调器等装置，对接口协议进行转换。

上述传统监测系统实现存在以下的不足：

首先传统监测系统复杂程度较高，因为协议转换模块功能单一，按照功能拼凑进行实现。且由于协议转换模块往往使用不同厂家的产品，兼容性也存在差异，进一步增加了系统的复杂程度和维护成本。其次由于传统监测系统需要，如系统供电、数据传输等要求，需要使用电缆、光纤、网线等有线方式进行布设，施工难度较大，且增加一定材料成本。

传统的监测系统中对数据转换、多参数测量等方面，在功能单一、系统复杂、成本高等方面存在一定的局限性，难以满足特定工况下的要求。早期版本的网关模块主要解决了以下问题：（1）实现多种接口协议转换，即一个智能模块同时实现RS485、RS232、以太网、USB、ZIGBEE无线等多种数据接口的数据采集功能；（2）实现无线网关管理，可实现网关角色管理无线网络，避免现场无线维护的难度和降低成本；（3）实现直流供电、锂电池供电切换，避免因短时间断电导致系统无法工作的问题；（4）实现数据的定时采集和内部存储；（5）可实现噪声采集功能。

随着早期版本的网关设备在现场的应用，逐步也发现了对于某些场景下，早期网关设备的在管理大数量的节点时存在一定局限性，即ZIGBEE网络的节点数和网络深度有限。因此需要使用两个或以上的网关设备进行使用，增加了一定的系统成本和复杂程度。

技术实现要素：

本实用新型为了克服上述缺陷，本实用新型目的在于提供一种具有双路ZIGBEE通信模块的网关模块，其相比早期版本的网关模块，本设计保留原有功能模块外，主要新设计方式在于使用了两个ZIGBEE协调器模块，双路ZIGBEE模块的网关模块功能更全面，可实现数据处理、协议转换、无线网络管理的模块。

本实用新型要解决的技术问题就在于以下问题点：保留早期版本的各种通信接口、噪声监测等功能外，还需要能应对不同信道、多个节点数量的现场，即多个ZIGBEE局域网络的管理功能。 即可降低系统成本，亦可通过两路模块分别管理不同信道的ZIGBEE无线网络，完成局域网的数据传输功能，减少相互干扰和提高系统可靠性。

本实用新型为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种具有双路ZIGBEE通信模块的网关模块，它包括一微处理器，该网关模块设计有直流电源供电电路，内置锂电池作为备用工作电源；直流电源供电电路与内置锂电池通过电源切换电路与微处理器连接并进行切换供电；

模块内设计有网络通信电路、USB通信电路、RS485通信电路、RS232通信电路和噪声采集电路；

所述网络通信电路、USB通信电路、RS485通信电路、RS232通信电路和噪声采集电路与微处理器连接；

模块内设计有ZIGBEE通信网关模块，ZIGBEE通信网关模块的数量为两个。

模块内置两个ZIGBEE通信网关模块，两个模块可独立设置成不同信道进行工作，用于管理两个不同信道的ZIGBEE无线网络。可应对单个模块无法解决的节点数多、组网层数大于3的ZIGBEE网络。

进一步的，模块内设计有实时时钟电路，实时时钟电路由纽扣电池作为备用电源。

进一步的，模块内设计有数据存储器电路，数据存储器电路与微处理器连接。

进一步的，该网关模块内的各部件通过印刷电路板线路进行连接。

进一步的，所述微处理器为A8微处理器。

即使用双路ZIGBEE协调器模块，达到了所需功能。网关模块内部设计有一个32位A8微控制器，作为主控制器，管理和驱动系统各接口模块，同时完成数据解析、管理、传输，其主要工作相当于一个多种数据语言输入，一种标准语言输出的数据协议转换器装置。

实现RS485数据通信及协议转换的电路设计方案是：模块设计一个RS485驱动电路，当微控制器检测到RS485设备接入系统时，自动驱动RS485电路，并采集数据，并转换成统一标准的数据协议进行传输。

实现RS232数据通信及协议转换的电路设计方案是：模块设计一个RS232驱动电路，当微控制器检测到RS232设备接入系统时，自动驱动RS232电路，并采集数据，并转换成统一标准的数据协议进行传输。

实现USB数据通信及协议转换的电路设计方案是：模块设计一个标准USB驱动电路，当微控制器检测到USB设备接入系统时，按照标准协议进行驱动，采集数据，并转换成统一标准的数据协议进行传输。

实现以太网数据通信及协议转换的电路设计方案是：模块设计一个标准以太网驱动电路，当微控制器检测到网络设备接入系统时，按照标准协议进行驱动，采集数据，并转换成统一标准的数据协议进行传输。

实现噪声采集功能的电路设计方案是：通过麦克风将境声音信号转换为电压信号，电压信号经过不同增益的放大电路，自动根据噪声的大小选择匹配的增益进行放大。放大后的电压信号经过带通滤波器进行滤波后，再进入到全波整流电路并输入到模拟数字转换器中进行数值化采集，微控制器对数值化数据进行计算，得到实际噪声值。

为满足管理双路无线网关的要求，本设计采用的方案是：使用双路ZIGBEE协调器作为局域网通信装置，微控制器通过控制两路ZIGBEE网关模块，网关模块可自主通过对无线局域网内的子无线节点进行管理、配置、数据收发功能。为了使得两路ZIGBEE网络不受干扰，A8控制器将ZIGBEE模块配置成不同信道的网络，避免相互干扰。同时这个样做

本实用新型的网关模块电源设计方案是，使用直流电源作为主电源，并设计锂电池充电控制电路。两路电源经过切换电路后，作为系统电源。当直流电路供电正常时，系统靠直流电源供电工作，当直流供电异常时。例如断电等，切换电路可自动切换到锂电池供电，以维持系统的正常工作。

本实用新型的有益效果：

综上所述，本实用新型内部设计有RS485、RS232、USB、以太网等多种通信接口、ZIGBBEE网关、实时时钟、存储器等，通过微型控制器的自动控制，可实现多种数据协议转换、噪声采集功能，并通过无线进行传输，且系统是双电源供电的装置，因此可实现数据协议转换、无线网络管理、智能采集的功能，弥补了传统监测系统中不足。

附图说明

图1 是云智能采集模块功能框图；

图2 是采集模块实际安装示意图；

图2中 ：21是ZIGBEE天线；22是噪声测量探头；23是云智能无线网关模块的外壳； 24是安装固定孔；25是网络接口； 26是RS232接口；27是RS485接口 ；28是USB接口；29是直流电源输入接口。

具体实施方式

下面结合附图1、2对本实用新型进行详细描述：

一种具有双路ZIGBEE通信模块的网关模块，它包括一微处理器5，该网关模块设计有直流电源供电电路1，内置锂电池7作为备用工作电源；直流电源供电电路1与内置锂电池7通过电源切换电路2与微处理器5连接并进行切换供电；

模块内设计有网络通信电路9、USB通信电路10、RS485通信电路6、RS232通信电路8和噪声采集电路11；

所述网络通信电路9、USB通信电路10、RS485通信电路6、RS232通信电路8和噪声采集电路11与微处理器5连接；

模块内设计有ZIGBEE通信网关模块4，ZIGBEE通信网关模块4的数量为两个。

模块内设计有实时时钟电路13，实时时钟电路13由纽扣电池12作为备用电源。

模块内设计有数据存储器电路10，数据存储器电路10与微处理器5连接。

该网关模块内的各部件通过印刷电路板线路3进行连接。

所述微处理器5为A8微处理器。

将云智能数据采集模块，安装固定于离地面有一定高度，可通过安装固定孔安装于室内墙壁，安装完毕后调整天线、噪声测量探头额定角度和位置。

打开云智能无线网关模块的电源开关，此时无线网关模块自动获取无线网络地址，并进行数据通信，并自动作为无线的网关对无线网络数据进行管理、采集、存储。

通过在无线管理端可设置云智能采集模块的实时时钟、采集间隔、采集方式等参数，启动后，云智能无线网关模块可实现多参数自动测量、无线传输功能。

无线模块使用的天线应尽量远离大面积的金属平面及地面，安装设备时，要使天线距离金属管或者金属平面至少15cm，安装位置至少离地面1米以上。并尽量减少天线之间的障碍物。

云智能无线网关模块应安装在室内，避免因雨水淋湿导致故障。