專利名稱：一種基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置及其系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
一種基于Z i gBee的氣象站用多接口網關裝置及其系統(tǒng)技術領域[0001]本實用新型涉及氣象監(jiān)測領域，尤其涉及一種基于ZigBee的氣象站用多接口網 關裝置及其系統(tǒng)。
背景技術：
[0002]氣象站是一種地面氣象觀測儀器，能夠自動地觀測、存儲、傳輸氣象信息。氣 象站通常被放置于四周空曠的場所，通過多種傳感器采集氣溫、氣壓、濕度、風向、日 照、蒸發(fā)、低溫、輻射、降水等各種氣象要素，經對數(shù)據進行處理后，以約定的格式存 儲在氣象站中，并通過一定的通信方式發(fā)送給觀測室中的接收設備，供氣象工作人員使 用。[0003]當前，已有的氣象站與上位機進行數(shù)據交換的方式包括(1)通過人工手段讀 取氣象站中的數(shù)據磁盤、閃存；( 利用RS232串口、USB接口等外設接口讀取氣象站 數(shù)據；( 利用TCP/IP網口將氣象站連入有線網絡等。數(shù)據通信方式的優(yōu)劣在一定程度 上決定著氣象站信息采集系統(tǒng)的先進性。而通過以上列舉可以看出現(xiàn)有氣象站數(shù)據交換 方式除了手工方式就是有線連接方式，有線連接方式相對于手工方式來說確有提高，但 由于氣象站的分布一般較為分散，若采用有線通信的方式，觀測室與氣象站之間需要鋪 設大量的電纜，大大增加了系統(tǒng)成本，降低了系統(tǒng)的靈活性、可維護性與擴展性。基于 GPRS/3G公網調制解調器進行數(shù)據傳輸，同樣存在費用較高、依賴于GPRS/3G基礎設 施等不足。若每一個氣象站都安裝一個GPRS設備與觀測站通信，則成本太高，實用性 不強，這也是當前制約氣象站設備自動化系統(tǒng)發(fā)展的一個重要原因。[0004]綜合而言，當前現(xiàn)有氣象站網關裝置的缺陷在于[0005]1、氣象站與觀測室之間多采用有線通信，安裝布線較為繁瑣，且成本較高；[0006]2、氣象站多為單點工作，尚未組成網絡，與觀察室沒有實現(xiàn)聯(lián)網，自動化程度 不高，且不能滿足當前對氣象站數(shù)據實時性采集的要求；[0007]3、通過有線網絡連接的氣象站若在位置發(fā)生變動時，需要重新布線，節(jié)點移動 性不強；[0008]4、網關設備接口類型較為單一，無法滿足用戶根據需要選擇接口的需求。 發(fā)明內容[0009]本實用新型的目的在于提供一種通過無線方式傳遞數(shù)據、移動性強、自動化程 度高且實時性強的基于SgBee的氣象站用多接口網關裝置，本實用新型還提供一種應用 了所述基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置的氣象監(jiān)測系統(tǒng)。[0010]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案如下[0011]本實用新型的基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置，包括中央處理模塊、 能量供應模塊，在所述的中央處理模塊上連接有ZigBee無線通信模塊、RTC實時時鐘模 塊、EFLASH擴展存儲模塊、EPROM存儲模塊，所述的能量供應模塊為上述各模塊提供電源，所述的中央處理模塊上還連接有CAN總線接口、RS485接口、USB接口、網絡接 口、GPRS接口中的一個或幾個。[0012]優(yōu)選的，所述的網關裝置還包括用來顯示時間、各氣象站的工作狀態(tài)和氣象要 素信息的LCD液晶顯示模塊，所述的LCD液晶顯示模塊分別和所述的中央處理模塊、能 量供應模塊相連接。[0013]優(yōu)選的，所述的網關裝置還包括用來顯示警示信息的LED顯示模塊，所述LED 顯示模塊分別和所述的中央處理模塊、能量供應模塊相連接。[0014]優(yōu)選的，所述的ZigBee無線通信模塊是采用支持Mesh自組網協(xié)議的ZigBee無線通信模塊。[0015]本實用新型還提供一種基于權利要求1-3任一所述的氣象站用多接口網關裝置 的氣象監(jiān)測系統(tǒng)，包括氣象監(jiān)測中心、設置在觀測室的監(jiān)測設備、至少一個氣象站，其 特征在于還包括所述的多接口網關裝置，所述的氣象站上設置有SgBee無線通信模 塊，所述的氣象站和多接口網關裝置通過ZigBee網絡連接，所述的多接口網關裝置通過 GPRS接口和氣象監(jiān)測中心相連和/或通過所述的CAN總線接口、RS485接口、USB接 口、網絡接口中的一個或幾個和所述的觀測室的監(jiān)測設備相連。[0016]本實用新型的有益效果如下[0017]首先，本實用新型的基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置及其系統(tǒng)，采用 無線通信的氣象站用多接口網關裝置實現(xiàn)氣象站與觀測室的遠程通信，無需在氣象站與 觀測室之間鋪設大量的電纜，通信距離可遠達幾公里，解決了原有通信的物理距離的限 制，且節(jié)省了安裝成本。[0018]其次，由于本實用新型的基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置與氣象站之間 采用無線通信，可以在需要氣象站的地方任意布置，氣象站也可根據需要進行位置的隨 意移動，無需電源線和數(shù)據線，增加和減少氣象站都非常容易，靈活性強；[0019]再次，本實用新型的基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置支持CAN總線接 口、RS485接口、USB接口、網口等多種接口類型，用戶可根據需要自由選擇，靈活性 較大，不必受到限制。[0020]本實用新型的基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置支持GPRS設備，可實現(xiàn) 觀測室與氣象監(jiān)測中心的通信，GPRS數(shù)據傳輸?shù)每煽啃愿?。[0021]本實用新型的基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置支持ZigBee國際標準，支 持Mesh網絡，組網簡單方便，實際中可以使用免費2.4G頻段，不需要支付額外的運營費 用，成本低。[0022]最后，本發(fā)明可支持多達65000個節(jié)點，可以遠程監(jiān)控多個氣象站，可擴展性 強。


[0023]圖1為本實用新型的氣象站用多接口網關裝置的原理框圖；[0024]圖2為本實用新型的氣象監(jiān)測系統(tǒng)的拓補示意圖。
具體實施方式
[0025]
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型的技術方案進一步進行說明。[0026]附圖1所示本實用新型的氣象站用多接口網關裝置具體實施例中，包括中央 處理模塊102、能量供應模塊105，在中央處理模塊102上連接有無線通信模塊101、 FLASH擴展存儲模塊103、EEPROM存儲模塊104、CAN總線接口 106、RS485接口 107、USB 接口 108、TCP/IP 網絡接口 109、GPRS 接口 110、RTC 實時時鐘模塊 111、 LED顯示模塊112、LCD液晶顯示模塊113。[0027]附圖2所示包括本實用新型的多接口網關裝置的監(jiān)測系統(tǒng)的實施例中，在連接 有若干傳感器1的氣象站2上設置ZigBee無線通信模塊，并通過ZigBee網絡和多接口網 關裝置3相連，多接口網關裝置3通過CAN總線、RS485總線、USB或TCP/IP網絡7 連接到觀測室的監(jiān)控設備4上，同時通過GPRS網絡6直接和氣象中心5相連，觀測室的 監(jiān)控設備4和氣象中心5通過internet網絡8相連接。[0028]使用時，分散放置在不同位置的氣象站2的各個傳感器1實時采集環(huán)境的氣象要 素信息，氣象站2將這些數(shù)據經過篩選、線性化、定量化等處理后，以約定的格式存儲 在氣象站2中，并以自動定時的方式、被動查詢的方式或實時發(fā)送的方式將氣象要素信 息通過ZigBee無線網絡發(fā)送給基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置3上的無線通信模 塊101，無線通信模塊101接收氣象站發(fā)來的氣象要素信息，并將氣象要素信息傳輸給中 央處理模塊102，中央處理模塊102接受氣象要素信息并將其暫時存儲在EEPROM存儲模 塊104中，然后中央處理模塊102對接收到的信息進行處理，并將處理里后的氣象要素信 息存入到FLASH擴展存儲模塊103中，以防掉電數(shù)據丟失；同時，中央處理模塊102將 處理后的氣象要素信息通過CAN總線接口 106、RS485接口 107、USB接口 108或網絡 接口 109透明傳輸給觀測室的監(jiān)控設備4上，監(jiān)控設備4通過internet網絡8將氣象要素 信息發(fā)送給氣象監(jiān)測中心5，或者中央處理模塊102直接通過GPRS接口 110直接將氣象 要素信息發(fā)送給氣象監(jiān)測中心5，供氣象中心的工作人員使用。[0029]本實用新型的無線通信模塊101采用高度集成的RF覆蓋范圍擴展器CC2591，實 現(xiàn)對無線信號的功率的放大，使氣象站與多接口網關裝置的通信距離能夠達到Ikm;中 央處理模塊102對氣象要素信息進行處理及控制，采用的是美國TI(德州儀器)的CCM30 芯片，CC2430片上系統(tǒng)在單芯片上結合了 2.4G的DSSS射頻發(fā)射器、U8KB可編程閃 存、8KB的RAM和增強型的8051微控制器，具備直接存儲器定址功能、可編程看門狗 定時器、AES-U8安全協(xié)議處理器、多達8輸入的8 14位ADC、USART、睡眠模式 定時、上電復位、掉點檢測電路以及21個可編程I/O引腳等，只需極少外圍電路，性能 穩(wěn)定且功耗極低。[0030]RTC實時時鐘模塊111提供了秒、分、時、日、月、年的信息，每月的天數(shù)和 閏年的天數(shù)設置為自動調整，從而保證了氣象數(shù)據對時間要求的精確性，RTC實時時鐘 模塊采用DS1302芯片，DS1302是LALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，內含一個實 時時鐘、日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM ； LED顯示模塊112用來顯示警示信息、LCD液晶顯示 模塊113用來顯示當前的時間、各個氣象站的工作狀態(tài)和氣象要素信息，供觀測站的工 作人員監(jiān)測直接觀測氣象要素信息使用，易于操作，方便直觀，LCD液晶顯示模塊113 采用YMU864R(帶中文字庫)液晶模塊，內置了 8192個中文字、1 個字符以及64x256 點陣顯示，采用串行通信模式，有背光燈顯示清晰，對比度可隨意調節(jié)；能量供應模塊105為其他各個模塊供電，本發(fā)明支持適配器供電，外部有一個5V電源接口。 同時，氣象監(jiān)測中心和觀測站的工作人員均可通過本實用新型發(fā)送控制命令給 各個氣象站。氣象監(jiān)測中心通過GPRS將控制命令發(fā)送給中央處理模塊102，觀測站的監(jiān) 控設備通過CAN總線接口 106、RS485接口 107、USB接口 108或網絡接口 109將控制 命令發(fā)送給中央處理模塊102;中央處理模塊102對控制命令進行處理，再通過無線通信 模塊101將處理后的控制命令發(fā)送給指定的氣象站，實現(xiàn)對氣象站的遠程控制。
權利要求1.基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置，其特征在于包括中央處理模塊、能 量供應模塊，在所述的中央處理模塊上連接有ZigBee無線通信模塊、RTC實時時鐘模 塊、EFLASH擴展存儲模塊、EPROM存儲模塊，所述的能量供應模塊為上述各模塊提供 電源，所述的中央處理模塊上還連接有CAN總線接口、RS485接口、USB接口、網絡接 口、GPRS接口中的一個或幾個。
2.根據權利要求1所述的基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置，其特征在于所 述的網關裝置還包括用來顯示時間、各氣象站的工作狀態(tài)和氣象要素信息的LCD液晶顯 示模塊，所述的LCD液晶顯示模塊分別和所述的中央處理模塊、能量供應模塊相連接。
3.根據權利要求1所述的基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置，其特征在于所 述的網關裝置還包括用來顯示警示信息的LED顯示模塊，所述LED顯示模塊分別和所述 的中央處理模塊、能量供應模塊相連接。
4.根據權利要求1所述的基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置，其特征在于所 述的中央處理模塊采用美國TI的CC2430芯片。
5.根據權利要求1所述的基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置，其特征在于所 述的無線通信模塊的前端采用美國TI的CC2591芯片。
6.根據權利要求1所述的基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置，其特征在于所 述的RTC實時時鐘模塊采用LALLAS公司的DS1302芯片。
7.根據權利要求2所述的基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置，其特征在于所 述的LCD液晶顯示模塊采用YM12864R液晶模塊。
8.根據權利要求1所述的基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置，其特征在于所 述的ZigBee無線通信模塊采用支持Mesh自組網協(xié)議的ZigBee無線通信模塊。
9.一種基于權利要求1-8任一所述的氣象站用多接口網關裝置的氣象監(jiān)測系統(tǒng)，包括 氣象監(jiān)測中心、設置在觀測室的監(jiān)測設備、至少一個氣象站，其特征在于還包括所述 的多接口網關裝置，所述的氣象站上設置有ZigBee無線通信模塊，所述的氣象站和多接 口網關裝置通過ZigBee網絡連接，所述的多接口網關裝置通過GPRS接口和氣象監(jiān)測中 心相連和/或通過所述的CAN總線接口、RS485接口、USB接口、網絡接口中的一個或 幾個和所述的觀測室的監(jiān)測設備相連。
專利摘要本實用新型公開了應用在氣象監(jiān)測領域的一種基于ZigBee的氣象站用多接口網關裝置及其系統(tǒng)。所述的氣象站用多接口網關裝置包括中央處理模塊，在所述的中央處理模塊上連接有ZigBee無線通信模塊，還連接有CAN總線接口、RS485接口、USB接口、網絡接口、GPRS接口中的一個或幾個，所述的系統(tǒng)包括所述的氣象站用多接口網關裝置和設置有無線通信模塊的氣象站，氣象站和所述網關通過ZigBee網絡通信。本實用新型的氣象站用多接口網關裝置及其系統(tǒng)解決了目前的氣象監(jiān)測領域使用有線網絡傳輸數(shù)據帶來的數(shù)據傳輸不實時、成本高、自動化程度低，且布網不靈活的問題。
文檔編號H04W84/18GK201805558SQ201020269040
公開日2011年4月20日 申請日期2010年7月23日 優(yōu)先權日2010年7月23日
發(fā)明者馮明亮, 楊丁, 王德群 申請人:北京中能普瑞技術有限公司