專利名稱：一種無線傳感器網絡智能網關的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種網絡網關，尤其是一種無線傳感器網絡智能網關。
背景技術：
隨著無線傳感器網絡技術的發展，無線傳感器網絡的應用日益廣泛，被應用于智 能家居，物流，醫療等領域。無線傳感器網絡是物聯網技術的重要組成部分，具有不需電纜、 應用靈活性強、可靠性高、低成本等特點。通過將無線傳感器網絡節點嵌入到某種設備中， 可以使原來分立的設備組成網絡實現相互通信，但由于無線傳感器網絡與已有的有線網絡 及WIFI等無線網絡并不兼容，若需要實現無線傳感器網絡與PC等其他設備通信，則需要無 線傳感器網絡網關的支持。然而，現有技術中各種無線傳感器網絡網關方案都普遍具有以 下3個缺點(1)接收端口數量少。目前已有的傳感器網絡網關方案往往只具有一個無線接收 端口。從該端口接收來自無線傳感器網絡的數據包后，經由串口或485總線接口等接口上 傳到主機。由于無線接收端口數量少，在網絡規模較大的時候，信道擁塞的情況嚴重，嚴重 地影響了無線傳感器網絡的性能。(2)功能單一，不具備包過濾功能。目前已有的無線傳感器網絡網關方案大多只簡 單地實現數據包的轉發，并沒有任何相關的數據包處理功能。(3)與用戶交互途徑不友好。目前已有的無線傳感器網絡方案大多只能通過串口 與用戶交互，當需要對網關的參數進行調整時，用戶必須通過串口登錄到網關。由于無線傳 感器網絡的應用特點，其網關本身也有可能被安裝在用戶難以觸及的地方，其通過串口線 纜連接網關進行登錄管理的方式增加了管理的難度。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種無線傳感器網絡智能網關，其具有極好的擴展 性，高性能，多端口和良好的用戶交互接口。本實用新型的目的通過以下技術方案實現一種無線傳感器網絡智能網關，包括 嵌入式微處理器，用于保存應用程序數據及運算結果的閃速存儲器，用于實現以太網通信 的以太網物理層控制器，用于實現USB總線通信功能的USB連接器，至少兩個用于實現485 網絡通信的485總線收發器，用于CAN總線通信功能的CAN總線收發器，用于提供高速臨時 數據讀寫服務的鐵電存儲器和一個RS232串口收發器；所述NOR型閃速存儲器通過上述外部存儲器總線與嵌入式微處理器連接；所述以 太網物理層控制器與嵌入式微處理器上的以太網控制器MAC層接口連接；所述USB連接器 與嵌入式微處理器上的USB控制器接口連接；所述每個485總線收發器各自與上述嵌入式 微處理器的其中一個UART接口對應連接；所述CAN總線收發器與嵌入式微處理器上的CAN 總線控制器MAC層接口連接，所述鐵電存儲器通過I2C總線接口與上述嵌入式微處理器連 接；所述RS232串口收發器連接上述嵌入式微處理器的其中另一個UART接口。[0009]本實用新型還包括用于擴展UART接口輸出的I2C總線轉UART接口控制模塊，所 述的I2C總線轉UART接口控制模塊通過I2C總線接口與上述嵌入式微處理器連接。本實用新型所述的嵌入式微處理器為32位的嵌入式微處理器，包括具有20位地 址總線及8位數據總線的外部存儲器總線，至少3個UART接口，至少1個I2C總線接口，至 少1個以太網控制 器MAC層接口，至少1個USB控制器接口和至少IfCAN總線控制器MAC 層接口。所述的嵌入式微處理器還包括有用于對數據包過濾并具有MQX內核的嵌入式操 作模塊。本實用新型所述的閃速存儲器包括兩片具有20位地址總線和8位數據總線的NOR 型閃速存儲器。所述的USB連接器為mini-USB連接座。所述的以太網物理層控制器為工 作于以太網物理層的收發器，以太網物理層控制器的另一端連接隔離變壓器，且隔離變壓 器連接有RJ-45接頭；所述隔離變壓器和RJ-45接頭是整合集成在一起。所述的CAN總線 收發器是工作于CAN通信協議PHY層的收發器，該CAN總線收發器的另一端通過2X 5排 針座將數據傳輸至具有CAN總線接口的設備。所述每個485總線收發器外接端均分別連接 RJ-45接口。所述的RS232串口收發器的外接端為DB9串口連接插座。與現有技術相比，本實用新型具有如下優點(1)具有多個無線接收端口。本實用新型具有至少4個485總線接口用于連接無 線傳感器網絡的接收節點，利用485總線通信距離長且可靠的特點，使得網關可以被安裝 在遠離無線傳感器網絡的地方。(2)本實用新型通過通用的以太網接口將數據上傳到遠程主機，同時用戶可以通 過以太網接口以網頁的形式登錄到網關中實現對網關的管理。通過成熟的以太網技術，實 現無線傳感器網絡與PC等通用計算機的連接。(3)可對數據包進行過濾，以及具有極好的擴展性。(4)友好的用戶交互途徑，極大地方便了用戶的部署與使用。

圖1為本實用新型的原理框圖；圖2為本實用新型的軟件流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型的核心是微處理器，其上連接有NOR型閃速存儲器 FLASH,，以太網物理層控制器，USB連接座，CAN總線收發控制器，RS232串口收發器，I2C轉 UART模塊，鐵電存儲器。其中，微處理器選用MCF52259型號，其具有20位地址總線和8位 數據總線用于閃速儲存器，1路I2C接口用于連接鐵電儲存器和I2C轉串口模塊，3個UART 接口，1個以太網MAC層接口、1個USB總線接口及1路CAN總線接口。其他各個組成部件 可以選用相同功能的常用器件。微處理器的外部存儲器總線連接NOR型閃速存儲器，以太網物理層控制器連接隔 離變壓器，隔離變壓器連接RJ45接頭，RJ45接頭與隔離變壓器整合在一起。微處理器中集 成的以太網控制器連接以太網物理層控制器，以太網物理層控制器其另一端通過RJ45與交換機或集線 器相連接，實現平臺與其他具有以太網接口的設備的通信。USB連接座為mini-USB型USB連接座，一端連接微處理器中整合的USB控制器，一 端通過USB線纜連接USB設備，實現平臺與其他具有USB接口的設備通信。CAN總線收發控制器連接2X5排針座，。微處理器中集成的CAN總線控制器連接 CAN總線收發器，收發器的另一端通過2 X 5排針座連接其他具有CAN總線接口的設備，實現 平臺與其他具有CAN總線接口設備的通信。RS232串口收發器連接DB_9型串口插座。微處理器中集成的串口通信控制器連接 RS232接口控制器，RS232收發器的另一端通過DB-9型串口座與其他具有RS232接口的設 備連接，實現平臺與其他具有RS232接口的設備的通信能力。I2C轉UART模塊連接485收發器，485收發器連接RJ-45座。微處理器中的I2C總 線連接I2C轉UART模塊，模塊通過RJ-45座與其他同樣具有485接口的設備連接，I2C轉 UART模塊擴展了平臺的UART接口的數量。微處理器的I2C總線連接鐵電儲存器，其余的2個485收發器連接微處理器的UART 接口，485收發器連接RJ-45座。模塊通過RJ-45座與其他同樣具有485接口的設備連接。如圖2所示，本平臺的軟件系統包括初始化程序1，MQX內核的嵌入式操作系統2， Flash存儲器驅動程序3，網絡驅動程序4，USB總線驅動程序5，CAN總線驅動程序6，I2C設 備驅動程序7，串口設備驅動程序8，嵌入式動態網頁服務器9和數據包過濾程序10。當系統上電時，處理器按照預先設計好的工作方式在片內存儲器的特定地方讀取 其第一條指令，開始執行初始化程序1。初始化程序初始化微處理器的各個模塊，準備好 MQX內核2的運行環境，之后跳轉到MQX內核2中，系統的控制器由此轉換到MQX內核2中。若應用有以太網網絡訪問的需求，則MQX內核2調用網絡驅動4，網絡驅動程序4 控制微處理器中整合的網絡控制器，網絡控制器將數據送以太網物理層控制器，以太網物 理層控制器經RJ45接口將以太網絡信號傳輸至外部設備。若應用有USB總線訪問需求，則MQX內核2調用USB總線驅動5，USB總線驅動控 制微處理器中整合的USB控制器，USB控制器運行USB總線通信協議將數據通過USB座傳 輸至外部設備。 若應用有CAN總線訪問需求，則MQX內核2調用CAN總線驅動6，CAN總線驅動控 制微處理器中整合的CAN總線控制器，CAN總線控制器將數據送CAN收發器，CAN收發器通 過2X5排針座將數據傳輸至外部設備。若應用需要使用鐵電存儲器或使用I2C轉UART控制器，則MQX內核2調用I2C設 備驅動7，通過I2C總線驅動控制微處理器中的I2C總線控制器訪問鐵電存儲器或訪問I2C 轉UART控制器。若用戶通過以太網由預定義的端口連接到網關，這MQX內核2調用嵌入式動態網 頁服務器9相應用戶的請求，并將用戶的設置數據保存到NOR型閃速存儲器中。若應用從任一個485端口接收到數據，則MQX內核2啟動包過濾程序10，按照用戶 自定義的包過濾規則對數據包實施過濾。本實用新型的實施方式不限于此，根據本實用新型的上述內容，按照本領域的普 通技術知識和慣用手段，在不脫離本實用新型上述基本技術思想前提下，本實用新型還可 以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均可實現本實用新型目的。
權利要求1.一種無線傳感器網絡智能網關，其特征在于包括嵌入式微處理器，用于保存應用 程序數據及運算結果的閃速存儲器，用于實現以太網通信的以太網物理層控制器，用于實 現USB總線通信功能的USB連接器，至少兩個用于實現485網絡通信的485總線收發器，用 于CAN總線通信功能的CAN總線收發器，用于提供高速臨時數據讀寫服務的鐵電存儲器和 一個RS232串口收發器；所述嵌入式微處理器具有20位地址總線及8位數據總線的外部存 儲器總線；所述閃速存儲器通過上述外部存儲器總線與嵌入式微處理器連接；所述以太網物理層 控制器與嵌入式微處理器上的以太網控制器MAC層接口連接；所述USB連接器與嵌入式微 處理器上的USB控制器接口連接；所述每個485總線收發器各自與上述嵌入式微處理器的 其中一個UART接口對應連接；所述CAN總線收發器與嵌入式微處理器上的CAN總線控制 器MAC層接口連接，所述鐵電存儲器通過I2C總線接口與上述嵌入式微處理器連接；所述 RS232串口收發器連接上述嵌入式微處理器的其中另一個UART接口。
2.根據權利要求1所述的無線傳感器網絡智能網關，其特征在于還包括用于擴展 UART接口輸出的I2C總線轉UART接口控制模塊，所述的I2C總線轉UART接口控制模塊通 過I2C總線接口與上述嵌入式微處理器連接。
3.根據權利要求1所述的無線傳感器網絡智能網關，其特征在于所述的嵌入式微處 理器為32位的嵌入式微處理器，包括至少三個UART接口，至少一個I2C總線接口，至少一 個以太網控制器MAC層接口，至少一個USB控制器接口和至少一個CAN總線控制器MAC層 接口。
4.根據權利要求3所述的無線傳感器網絡智能網關，其特征在于所述的嵌入式微處 理器還包括有用于對數據包過濾并具有MQX內核的嵌入式操作模塊。
5.根據權利要求1所述的無線傳感器網絡智能網關，其特征在于所述的閃速存儲器 包括兩片具有20位地址總線和8位數據總線的NOR型閃速存儲器。
6.根據權利要求1所述的無線傳感器網絡智能網關，其特征在于所述的USB連接器 Smini-USB 連接座。
7.根據權利要求1所述的無線傳感器網絡智能網關，其特征在于所述的以太網物理 層控制器為工作于以太網物理層的收發器，以太網物理層控制器的另一端連接隔離變壓 器，且隔離變壓器連接有RJ45接頭；所述隔離變壓器和RJ-45接頭是整合集成在一起。
8.根據權利要求1所述的無線傳感器網絡智能網關，其特征在于所述的CAN總線收 發器是工作于CAN通信協議PHY層的收發器，該CAN總線收發器的另一端通過2 X 5排針座 將數據傳輸至具有CAN總線接口的設備。
9.根據權利要求1所述的無線傳感器網絡智能網關，其特征在于所述每個485總線 收發器外接端均分別連接RJ-45接口。
10.根據權利要求1所述的無線傳感器網絡智能網關，其特征在于所述的RS232串口 收發器的外接端為DB9串口連接插座。
專利摘要本實用新型公開一種無線傳感器網絡智能網關，包括嵌入式微處理器，用于保存應用程序數據及運算結果的閃速存儲器，用于實現以太網通信的以太網物理層控制器，用于實現USB總線通信功能的USB連接器，至少4個用于實現485網絡通信的485總線收發器，用于擴展UART接口輸出的I2C總線轉UART接口控制器，用于CAN總線通信功能的CAN總線收發器，用于提供高速臨時數據讀寫服務的鐵電存儲器和1個RS232串口收發器，能夠運行MQX實時操作系統，完成無線傳感器網絡數據包轉發，無線傳感器網絡數據包過濾，同時能通過網頁提供友好的人機交互界面，從而使得用戶能實現對該網關的遠程管理。
文檔編號H04W88/16GK201839452SQ20102052541
公開日2011年5月18日 申請日期2010年9月9日 優先權日2010年9月9日
發明者劉財興, 周浩恩, 曾汶彬, 賴沆斐 申請人:華南農業大學