專利名稱：一種新型數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備領(lǐng)域，特別是涉及一種在無線抄表，智 能儀表(器)等物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中廣泛使用的數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)將目前所新興 的2. 4GHz頻段的Zigbee射頻技術(shù)與GPRS技術(shù)、TCP/IP技術(shù)相結(jié)合，從而形成一套完整的 無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集中采集方案。
背景技術(shù)：
目前市場上利用近距離無線通信產(chǎn)品架構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)層出不窮，其廣泛應(yīng)用 在無線通訊方面的技術(shù)有藍牙(Bluetooth)，紅外(IrDA)和無線局域網(wǎng)802. Il(Wi-Fi) 技術(shù)。此外，還有一些具有發(fā)展?jié)摿Φ慕嚯x無線技術(shù)標準，它們分別是超寬頻 (UltraWideBand)、短距離通信(NFC)、WiMedia、GPS、DECT、無線139和專用無線系統(tǒng)等。它 們都有各自立足的特點，或基于傳輸速度、距離、耗電量的特殊要求；或著眼于距離的擴充 性；或符合某些單一應(yīng)用的特殊要求；或建立競爭技術(shù)的差異優(yōu)化等，但沒有一種技術(shù)完 美到可以滿足所有的要求。下面對當前生活工作中廣泛使用的幾種短距離無線通信技術(shù)進 行介紹(1)藍牙技術(shù)，藍牙是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放全球規(guī)范，是為固定設(shè)備或 移動設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的近距離無線接口，將通信技術(shù)與計算機技術(shù)進一步結(jié) 合起來，使各種設(shè)備在沒有電纜或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)實現(xiàn)相互通 信或操作。其傳輸頻段為全球公眾通用的2. 4GHz ISM頻段，提供IMbps的傳輸速率和IOm 的傳輸距離。藍牙技術(shù)缺點是過于昂貴，突出表現(xiàn)在芯片大小和價格難以下調(diào)、抗干擾能力 不強、傳輸距離太短、信息安全問題等等，這就使得許多用戶不愿花大價錢來購買這種無線 設(shè)備；(2) IrDA技術(shù)，IrDA是一種利用紅外線進行點對點通信的技術(shù)，能在Im范圍內(nèi)以最快 16Mb/s的速率傳輸數(shù)據(jù)，IrDA的主要優(yōu)點是無需申請頻率的使用權(quán)，因而紅外通信成本低 廉。并且還具有移動通信所需的體積小、功能低、連接方便、簡單易用的特點。此外，紅外線 發(fā)射角度較小，傳輸上安全性高。IrDA的不足在于它是一種視距傳輸，兩個相互通信的設(shè)備 之間必須對準，中間不能被其它物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于2臺設(shè)備之間的連接；(3) NFC 技術(shù)，NFC (Near FieldCommunication 近距離傳輸)是由 Philips、N0KIA 和 Sony 主推的 一種類似于RFID (非接觸式射頻識別)的短距離無線通信技術(shù)標準，NFC采用了雙向的識別 和連接。在20cm距離內(nèi)工作在13. 56MHz頻率范圍，NFC有三種應(yīng)用類型設(shè)備連接、實時預(yù) 定、移動商，它不適用于工業(yè)應(yīng)用場合；(4)UWB技術(shù)，超寬帶技術(shù)UWB(Ultra wideband)是 一種無線載波通信技術(shù)，他不采用正弦載波，而是利用納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)， 因此其所占的頻譜范圍很寬。UWB可在非常寬的帶寬上傳輸信號，UWB主要應(yīng)用在小范圍、 高分辨率、能夠穿透墻壁、地面和身體的雷達和圖像系統(tǒng)中。這種新技術(shù)適用于對速率要求 非常高(大于lOOMb/s)的LANs或PANs，UWB尤其適合近距離內(nèi)高速傳送大量多媒體數(shù)據(jù)； (5) Wi-Fi技術(shù)，Wi-FUWirelessFidelity)，無線保真技術(shù)，屬于在辦公室和家庭中使用的 短距離無線技術(shù)。該技術(shù)使用的使2. 4GHz附近的頻段，該頻段目前尚屬沒用許可的無線頻 段。其目前可使用的標準有兩個，分別是IEEE802. Ila和IEEE802. Ilb ；Wi-Fi技術(shù)傳輸?shù)臒o線通信質(zhì)量不是很好，數(shù)據(jù)安全性能差；(6) Zigbee技術(shù)，Zigbee主要應(yīng)用在短距離范圍 之內(nèi)并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間。Zigbee名字來源于蜂群使用的賴以生存 和發(fā)展的通信方式，蜜蜂通過跳zigbee形狀的舞蹈來分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置、距離和 方向等信息。Zigbee使用2. 4GHz波段，采用跳頻技術(shù)。與其它短距離無線通信技術(shù)相比， zigbee更簡單、功率及費用更低，傳輸可靠性高。另外，它可與邪4個節(jié)點聯(lián)網(wǎng)?？梢员绕?它短距離無線技術(shù)更好的支持游戲、消費電子、儀器、工業(yè)監(jiān)控/自動化、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭 監(jiān)控/自動化、安全系統(tǒng)和玩具等領(lǐng)域應(yīng)用。zigbee技術(shù)特點主要包括以下幾個部分數(shù) 據(jù)傳輸可靠性高；功耗低，在低耗電待機模式下，兩節(jié)普通5號干電池可使用6個月以上； 低成本，因為zigbee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本，無需支付協(xié)議專利 費；網(wǎng)絡(luò)容量大，每個zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個設(shè)備，也就是說每個zigbee設(shè)備可以 與另外254臺設(shè)備相連接；并且可以通過集中器將Zigbee網(wǎng)絡(luò)進行擴展；工作頻段靈活， 使用的頻段分別為2. 4GHz、868MHz (歐洲)915MHz (美國)，均為免執(zhí)照頻段。雖然上述各種無線通信技術(shù)迅猛發(fā)展，極大提高了人們的工作效率和生活品質(zhì)， 然而，在日常生活和工業(yè)領(lǐng)域中，人們?nèi)匀槐桓鞣N電纜所束縛，能否在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)各種 設(shè)備之間的無線通信，縱觀目前發(fā)展較成熟的幾大短距離無線通信技術(shù)，往往比較復(fù)雜，不 但耗費資源較多，而且成本也比較高，并不適用于短距離、低成本、低功耗的工業(yè)控制，數(shù)據(jù) 采集、監(jiān)控報警、集中抄表等無線通信的場合。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對目前各種工業(yè)通信仍然被電纜所束縛的問題，提出一種 全新的基于Zigbee和GPRS無線通信技術(shù)的把無線短距離和無線遠距離通信有機結(jié)合的 無線數(shù)據(jù)集中采集與傳輸方案，以達到不利用通信電纜而實現(xiàn)各種設(shè)備之間相互通信的目 的。實現(xiàn)上述目的的本實用新型技術(shù)方案為一種新型數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)，包 括底層數(shù)據(jù)測量裝置、Wi-net采集器、Wi-net路由器和Wi-net集中器。底層數(shù)據(jù)測量裝置 與Wi-net采集器通過數(shù)據(jù)線連接傳輸數(shù)據(jù)，Wi-net采集器、Wi-net路由器和Wi-net集中 器之間通過無線信道傳輸數(shù)據(jù)。Wi-net路由器充當無線中繼設(shè)備，將Wi-net采集器傳輸?shù)?數(shù)據(jù)無線傳送到Wi-net集中器。一臺Wi-net路由器可以接收多臺Wi-net采集器傳輸?shù)?數(shù)據(jù)，一臺Wi-net集中器也可以接收多臺Wi-net路由器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。與Wi-net采集器連接的底層數(shù)據(jù)測量裝置可以是電能表、數(shù)字儀表或傳感器。底層數(shù)據(jù)測量裝置與Wi-net采集器可以采用RS485總線方式連接。Wi-net集中器可以通過GPRS方式或INTERNET網(wǎng)絡(luò)連接方式傳送數(shù)據(jù)。上述Wi-net路由器與Wi-net采集器和Wi-net集中器的無線通訊形式為Zigbee 短距離無線通訊連接方式。本實用新型發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有通信組網(wǎng)方式靈活、適用范圍廣、網(wǎng)絡(luò)容量 大、成本低、功耗低、維護簡單、功能齊全、使用方便、采集數(shù)據(jù)準確快捷、設(shè)備穩(wěn)定性高、安 裝接線容易等特點，是實用化程度很高的無線數(shù)據(jù)傳輸方案。本實用新型發(fā)明采用的是基 于ZigBee無線射頻技術(shù)，該技術(shù)使用的是無需申請的2. 4G ISM免費頻段，而且都滿足國家 對2. 4G頻道無線產(chǎn)品的相關(guān)規(guī)定。而有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必須用通信電纜與中央指揮系統(tǒng)相連接，造價高，且不便操作。特別是在無線集中抄表應(yīng)用中體現(xiàn)了諸多優(yōu)點和有益效果，它抄 讀數(shù)據(jù)準確快捷、使用方便可靠、安裝費用低廉，維護簡單，不需要租用公網(wǎng)，也無須巨額運 行費用，這是現(xiàn)代智能集抄系統(tǒng)的最優(yōu)解決方案！利用本實用新型發(fā)明集成的集抄系統(tǒng)方 案，可以省去每個月挨家挨戶敲門查表、抄表收費給用戶和抄表人員帶來的很多麻煩，且安 全可靠；可以有效解決入戶抄表收費存在的諸多弊端，提高效率，避免入戶抄表引發(fā)的不安 全因素(如冒充收費人員入室搶劫)，避免用戶受到打擾(如用戶在家休息時)和杜絕用戶 拖欠費用等情況；同時可以解決電力部門長期以來一直等待解決的問題——對電能數(shù)據(jù)的 統(tǒng)計、分析和實時監(jiān)測等。此外，本實用新型在工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)、礦井、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域也有 諸多優(yōu)點，它可以解決敷設(shè)大量通信電纜的麻煩，使人們不在受電纜的束縛，使人們使用最 少的資源解決更多的問題。本實用新型產(chǎn)品的設(shè)計還充分考慮使用環(huán)境，做到防塵防水，能 在環(huán)境比較惡劣的戶外長期穩(wěn)定的工作，這極大的提高和方便了人們的工作。

圖1是本實用新型的一種結(jié)構(gòu)構(gòu)架框圖；圖2是本實用新型的另一種結(jié)構(gòu)構(gòu)架框圖；圖3是本實用新型在使用過程中的流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施方式進行具體描述。如圖1所示，為本實用 新型的一種結(jié)構(gòu)構(gòu)架框圖，整個新型數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)，包括底層數(shù)據(jù)測量裝置、 Wi-net采集器、ffi-net路由器和Wi-net集中器，底層數(shù)據(jù)測量裝置與Wi-net采集器通過 數(shù)據(jù)線連接傳輸數(shù)據(jù)，Wi-net路由器通過分別無線通訊形式接收Wi-net采集器傳輸?shù)臄?shù) 據(jù)及發(fā)送至Wi-net集中器。Wi-net路由器充當無線中繼設(shè)備，將Wi-net采集器傳輸?shù)臄?shù) 據(jù)無線傳送到Wi-net集中器。圖中，一臺Wi-net路由器接收多臺Wi-net采集器傳輸?shù)臄?shù) 據(jù)，每臺Wi-net集中器也接收多臺Wi-net路由器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。本實施例中的底層數(shù)據(jù)測量 裝置為電能表，其與Wi-net采集器通過RS485總線方式連接，從而將電能表的數(shù)據(jù)實時傳 送至Wi-net采集器，Wi-net采集器將數(shù)據(jù)通過Zigbee短距離無線通訊連接方式將數(shù)據(jù)傳 送至Wi-net路由器，Wi-net路由器接收多臺Wi-net采集器傳送的數(shù)據(jù)并將其通過Zigbee 無線方式傳送至Wi-net集中器，最終Wi-net集中器通過GPRS方式將實時測量的數(shù)據(jù)傳送 至上層管理系統(tǒng)。圖2是本實用新型的另外一種實施方式，該實施例中，與Wi-net采集器相連接的 不限于電能表還可以是傳感器或其他的數(shù)字類儀表，采用同樣的數(shù)據(jù)傳輸方式，實時測量 的數(shù)據(jù)通過Wi-net集中器進入以太網(wǎng)，并被網(wǎng)絡(luò)交換機接收并傳輸INTERNET上的數(shù)據(jù)中 心。圖3表述了本實用新型系統(tǒng)的工作流程，如圖所示，主站管理計算機通過GPRS或 以太網(wǎng)將通信請求命令下發(fā)到Wi-Net集中器，Wi-Net集中器接到主站計算機命令后負責 配置和啟動整個無線網(wǎng)絡(luò)，即啟動Wi-Net路由器和喚醒Wi-Net采集器，網(wǎng)絡(luò)啟動完成后 會自動計算網(wǎng)絡(luò)路徑將主站下發(fā)的命令傳至現(xiàn)場設(shè)備層的智能儀表(如電能表)、傳感器 等，設(shè)備層的設(shè)備收到主站的請求命令后，立即應(yīng)答響應(yīng)，應(yīng)答數(shù)據(jù)包通過無線網(wǎng)絡(luò)傳至Wi-Net集中器，Wi-Net集中器將應(yīng)答數(shù)據(jù)包通過GPRS遠程無線傳輸方式或以太網(wǎng)通信方 式或串口通信方式傳至主站管理計算機。 上述技術(shù)方案僅體現(xiàn)了本實用新型技術(shù)方案的優(yōu)選技術(shù)方案，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù) 人員對其中某些部分所可能做出的一些變動均體現(xiàn)了本實用新型的原理，屬于本實用新型 的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種新型數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)，包括底層數(shù)據(jù)測量裝置、Wi-net采集器、 Wi-net路由器和Wi-net集中器，其特征在于，底層數(shù)據(jù)測量裝置與Wi-net采集器通過數(shù)據(jù) 線連接傳輸數(shù)據(jù)；Wi-net采集器、Wi-net路由器和Wi-net集中器之間通過無線短距離通 信信道傳輸數(shù)據(jù)；Wi-net路由器充當無線中繼設(shè)備，將Wi-net采集器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)無線傳送 到Wi-net集中器；Wi-net集中器將無線網(wǎng)絡(luò)采集到的全部數(shù)據(jù)處理后再上傳到主站管理 計算機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)，其特征在于，一臺Wi-net路 由器可以接收多臺Wi-net采集器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，一臺Wi-net集中器也可以接收多臺Wi-net 路由器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)，其特征在于，與Wi-net采集 器連接的底層數(shù)據(jù)測量裝置可以是電能表、數(shù)字儀表或傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)，其特征在于，底層數(shù)據(jù)測量 裝置與Wi-net采集器可以采用RS485總線方式連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)，其特征在于，Wi-net集中器 可以通過GPRS方式或INTERNET網(wǎng)絡(luò)連接方式與主站管理計算機進行數(shù)據(jù)交互。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)，其特征在于，Wi-net路由器 與Wi-net采集器和Wi-net集中器的無線通訊形式為Zigbee短距離無線通訊連接方式。
專利摘要本實用新型公開了一種新型數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)，包括底層數(shù)據(jù)測量裝置、Wi-net采集器、Wi-net路由器和Wi-net集中器，底層數(shù)據(jù)測量裝置與Wi-net采集器通過數(shù)據(jù)線連接傳輸數(shù)據(jù)，Wi-net采集器、Wi-net路由器和Wi-net集中器之間通過無線信道傳輸數(shù)據(jù)。Wi-net路由器是多跳路由和協(xié)助Wi-net采集器通信，相當于無線中繼設(shè)備，將Wi-net采集器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)無線傳送到Wi-net集中器或別的Wi-net路由器，Wi-net集中器將整個無線網(wǎng)絡(luò)采集到的全部數(shù)據(jù)處理后通過以太網(wǎng)或GPRS再上傳到主站管理計算機。本實用新型具有通信組網(wǎng)方式靈活、適用范圍廣、網(wǎng)絡(luò)容量大、成本低、功耗低、維護簡單、功能齊全、使用方便、采集數(shù)據(jù)準確快捷、設(shè)備穩(wěn)定性高、安裝接線容易等特點，是實用化程度很高的無線數(shù)據(jù)采集傳輸方案。
文檔編號H04B5/00GK201853337SQ20102029474
公開日2011年6月1日 申請日期2010年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月18日
發(fā)明者盧紹旺, 張開平, 李小強, 李振弘, 王海云, 高劍 申請人:深圳市信立科技有限公司