專利名稱：一種結(jié)合GPRS的ZigBee網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
—種結(jié)合GPRS的ZigBee網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，特別涉及一種結(jié)合GPRS的ZigBee網(wǎng)絡(luò)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中有著十分重要的意義。在許多控制領(lǐng)域的公共場(chǎng)合，尤其在一些無人值守、分散的現(xiàn)場(chǎng)，需要實(shí)時(shí)采集很多重要數(shù)據(jù)，以便及時(shí)了解和分析現(xiàn)場(chǎng)的狀況，并根據(jù)實(shí)時(shí)情況發(fā)送必要的控制命令。而傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般都需要自己建設(shè)并維護(hù)有線或者無線的通信網(wǎng)絡(luò)去實(shí)現(xiàn)，投資維護(hù)費(fèi)用較高，且有線的數(shù)據(jù)傳輸方式在很大程度上限制了應(yīng)用場(chǎng)合的拓展，如對(duì)相距很遠(yuǎn)的生產(chǎn)過程如電力、鐵路、采礦和大型鋼廠等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若采用有線方式，在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)上不可取。原有的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能滿足日益增長(zhǎng)的多方面的需求，我們需要通信質(zhì)量更好，成本更低的通信方式。
伴隨無線通訊技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信的ZigBee技術(shù)ZigBee是基于IEEE802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)，且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)，可有效的降低設(shè)備成本，工作頻段靈活，為免執(zhí)照頻段的2.4GHZ，即是沒有使用費(fèi)的無線通信，主要用于自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域及家用設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱，該技術(shù)建立在GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，是一種高效、高速、經(jīng)濟(jì)的無線通信方式。GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，性能較為完善，數(shù)據(jù)糾錯(cuò)能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸率較高可達(dá)128kbit/s能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性。由于GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚傩院褪褂贸杀镜牡土裕?dāng)前對(duì)GPRS在無線監(jiān)控方面的開發(fā)和應(yīng)用如火如荼，GPRS是目前遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)中性價(jià)比最高的通訊方式。用ZigBee技術(shù)組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成本低、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；采用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪K功耗低、體積小，適合作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)。因此，將ZigBee技術(shù)、GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸與傳感器技術(shù)相結(jié)合組成新興的無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，必將有廣泛的應(yīng)用前景。
目前，傳統(tǒng)的有線監(jiān)測(cè)和控制方式正被新技術(shù)所取代，有線的非功率傳送的通訊和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于線路安裝和維護(hù)成本高昂，隨著時(shí)間的推移可靠性難以保證，而且網(wǎng)絡(luò)組織一經(jīng)安裝完畢難以更改，除非再次布網(wǎng)，而無線的通訊和控制傳送網(wǎng)絡(luò)由于低成本、低功耗、組網(wǎng)方便正日益得到廣泛的應(yīng)用。由于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的有效通訊范圍一般為10 300m，對(duì)在空間上相對(duì)分散、距離較遠(yuǎn)的單位之間，各個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)內(nèi)或網(wǎng)間控制數(shù)據(jù)的傳送距離會(huì)很遠(yuǎn)，有可能超過ZigBee網(wǎng)絡(luò)的有效覆蓋范圍。而由ZigBee技術(shù)構(gòu)成的局域網(wǎng)本身也存在聯(lián)網(wǎng)的需要，而空間距離非常大的廣域網(wǎng)的運(yùn)行和維護(hù)成本較高。而采用GPRS傳輸技術(shù)將會(huì)節(jié)省大量運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，相對(duì)來說較經(jīng)濟(jì)。
文獻(xiàn)“基于Zigbee技術(shù)無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”(聞德立，胡立強(qiáng)，高占風(fēng).《物流工程與管理》，2009，31 (7):64-65.)中，提出了以PIC18F4620為控制器，CC2420為射頻模塊，DS18B20為溫度傳感器所組成的溫度監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，通過將ZigBee技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，擴(kuò)大了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。但是，此方案若是監(jiān)控中心離現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)控距離較遠(yuǎn)的情況下，數(shù)據(jù)傳輸可能超出ZigBee有效傳輸距離，將不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了滿足有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸中存在的不足，以及一些特殊環(huán)境對(duì)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的迫切需求，提供一種GPRS網(wǎng)絡(luò)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的無線監(jiān)控系統(tǒng)。本發(fā)明設(shè)計(jì)系統(tǒng)具體包括=ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集層、GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸層和PC機(jī)作為管理層的監(jiān)控中心。所述的ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集層主要將一定數(shù)量的傳感器節(jié)點(diǎn)，采用基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee協(xié)議組成無線網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)主要包括協(xié)調(diào)器、路由器、和終端設(shè)備，其中協(xié)調(diào)器檢查網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，掃描網(wǎng)絡(luò)信道，并發(fā)送組網(wǎng)廣播，通告網(wǎng)絡(luò)的PANID以及自己的64位MAC地址，然后選擇一個(gè)空閑信道，建立網(wǎng)絡(luò)，等待其它節(jié)點(diǎn)設(shè)備的入網(wǎng)請(qǐng)求，并作為網(wǎng)關(guān)也即匯聚節(jié)點(diǎn)與GPRS通訊模塊通信，GPRS通訊模塊與外部Internet外部網(wǎng)絡(luò)相連；路由器及終端設(shè)備掃描信道，搜索信道空閑狀態(tài)，發(fā)送信標(biāo)幀，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)后向協(xié)調(diào)器發(fā)出入網(wǎng)請(qǐng)求幀，協(xié)調(diào)器準(zhǔn)許后會(huì)分配網(wǎng)內(nèi)地址給請(qǐng)求設(shè)備，至此形成了一個(gè)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)。路由器不僅可以大大擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x，還可以增加掛載傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，終端設(shè)備即傳感器節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)后，開始采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并向其父節(jié)點(diǎn)發(fā)送，數(shù)據(jù)傳輸采用CSMA/CA避免碰撞機(jī)制，避免數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生沖突。GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸層主要利用GPRS通信模塊負(fù)責(zé)將ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，PC監(jiān)控中心則監(jiān)控發(fā)送來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析處理后，PC可根據(jù)情況發(fā)出控制命令。ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集層的ZigBee節(jié)點(diǎn)主要由電源模塊、嵌入式微處理器CC2530、傳感器接口電路、天線、射頻接口電路、RS232通信接口、外圍微處理器接口電路和JTAG接口電路組成。電源模塊可采用兩節(jié)五號(hào)電池供電，電池裝在電池盒內(nèi)，電池盒粘附與電路板背面。CC2530微處理器是一個(gè)真正的用于IEEE802.15.4，ZigBee和RF4CE應(yīng)用的片上系統(tǒng)(SoC)解決方案，能夠以非常低的總材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn).CC2530集成了業(yè)界領(lǐng)先的2.4GHZ IEEE802.15.4的兼容RF收發(fā)器、增強(qiáng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051MCU，在線可編程Flash存儲(chǔ)器，8KB的RAM，3個(gè)通用定時(shí)器和許多其他強(qiáng)大功能，并且非常適合需要超低功耗的系統(tǒng)，這由它的多種運(yùn)行模式所保證，不同運(yùn)行模式間的短的轉(zhuǎn)換時(shí)間更加保證了它的低功率消耗。主要應(yīng)用于家庭/建筑自動(dòng)化，照明系統(tǒng)，工業(yè)控制和檢測(cè)，低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，消費(fèi)類電子，醫(yī)療保健等領(lǐng)域。傳感器接口電路提供所需傳感器的接口，射頻接口電路保證了天線與CC2530射頻引腳之間的可靠連接，外圍電路則提供了 CC2530正常工作所需的基本外圍元器件。ZigBee節(jié)點(diǎn)構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集,其中ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)接收、存儲(chǔ)和處理各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并以無線通信方式與傳感器節(jié)點(diǎn)交換信息，并向GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸層主要采用GPRS通訊模塊，由電源模塊、STC單片機(jī)、GPRS模塊SM300、天線、SM卡插座、按鍵電路、RS232接口外圍電路、JTAG接口等組成。STC單片機(jī)主要負(fù)責(zé)控制SM300收發(fā)數(shù)據(jù)，通過發(fā)送AT指令和相應(yīng)格式的數(shù)據(jù)控制SM300的狀態(tài)和功能。SIM300是支持GSM/GPRS 900/1800/1900MHZ三頻的低功耗模塊，可以提供GPRS高速的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)和高質(zhì)量的語音通信服務(wù)，其結(jié)構(gòu)小巧，幾乎可滿足所有對(duì)產(chǎn)品尺寸有要求的工業(yè)應(yīng)用。SM300內(nèi)部功能模塊有鍵盤和SPI類型的IXD接口，具有調(diào)試和數(shù)據(jù)輸出兩個(gè)串口，雙音頻通道。同時(shí)SIM300具有低功耗設(shè)計(jì)，睡眠模式下的電流消耗僅為2.5mA,內(nèi)部集成了 TCP/IP協(xié)議棧，并且擴(kuò)展了 TCP/IP AT指令，使用戶利用該模塊開發(fā)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備變得特別簡(jiǎn)單、方便。在SIM卡插座上插入SIM卡后，按鍵電路可以實(shí)現(xiàn)撥打電話，狀態(tài)連接等功能，RS232提供與ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)間的通信接口。GPRS通訊模塊可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。GPRS有兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，短信傳輸方式和經(jīng)GPRS的Internet的數(shù)據(jù)傳輸。由于使用短信數(shù)據(jù)傳輸方式一次傳輸數(shù)據(jù)量較少，花費(fèi)費(fèi)用和時(shí)間較大，所以采用GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式，GPRS具有連接時(shí)間短、數(shù)據(jù)傳輸率高、設(shè)備利用率高等優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)通過AT指令控制SIM300連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸模式，這樣一次性可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量將增多。
PC監(jiān)控中心可作為管理節(jié)點(diǎn)，通過監(jiān)控界面負(fù)責(zé)監(jiān)控GPRS模塊發(fā)送來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析決策。ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)主要通過串口與GPRS通訊模塊采用串口通信方式，實(shí)現(xiàn)信息的交換。
本發(fā)明所設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)，采集層網(wǎng)絡(luò)選用了免費(fèi)頻段的ZigBee技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸層使用了數(shù)據(jù)傳輸率高的GPRS通信技術(shù)，并采用了可工作于低功耗模式的元器件，減少了網(wǎng)絡(luò)建立和維護(hù)費(fèi)用，減輕了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸?shù)牟豢煽啃?，克服了有線傳輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不足。
本發(fā)明的有益效果有:1、本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集層采用基于IEEE802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的ZigBee技術(shù)，將基于CC2530嵌入式處理器的無線節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)無線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，ZigBee協(xié)議免專利費(fèi)用，相比于其他無線通信技術(shù)如紅外、藍(lán)牙、W1-Fi等技術(shù)，具有功耗低、數(shù)據(jù)傳輸安全可靠、實(shí)現(xiàn)成本低等優(yōu)勢(shì)。
2、數(shù)據(jù)采集后，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)的傳輸數(shù)據(jù)。GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍較廣，運(yùn)營(yíng)成本也低，并且具有高可靠性，有助于解決傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)布線困難、實(shí)時(shí)性差的問題。GPRS通訊模塊主要采用基于SM300的GPRS通信模塊。
3、CC2530和SM300芯片均可工作于低功耗模式，且CC2530具有極高的接收靈敏度，抗干擾性也較強(qiáng)，SIM300內(nèi)嵌強(qiáng)大的TCP/IP協(xié)議，數(shù)據(jù)傳速率高。
4、本發(fā)明所提出的一種結(jié)合GPRS的ZigBee網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，保證了數(shù)據(jù)的可靠和實(shí)時(shí)傳輸，減少了投資和維護(hù)費(fèi)用，通信質(zhì)量更好，功耗較低、減輕了相距較遠(yuǎn)時(shí)通信存在的不足之處。


圖1是本發(fā)明監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理框圖。
圖2是圖1中數(shù)據(jù)采集層ZigBee節(jié)點(diǎn)的原理框圖。
圖3是圖1中數(shù)據(jù)傳輸層GPRS通訊模塊的原理框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案、工作原理作進(jìn)一步解釋說明。
見圖1，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種結(jié)合GPRS的ZigBee網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集層，GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸層，PC監(jiān)控中心。ZigBee節(jié)點(diǎn)與GPRS網(wǎng)絡(luò)的連接，主要通過ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)與GPRS通訊模塊之間的串口通信。GPRS模塊通過GPRS數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與PC機(jī)進(jìn)行通信。ZigBee節(jié)點(diǎn)之間主要采用基于IEEE802.15.4的ZigBee協(xié)議進(jìn)行無線通信。上述ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集層的組成，包括ZigBee協(xié)調(diào)器也即匯聚節(jié)點(diǎn)、路由器和終端設(shè)備也即傳感器節(jié)點(diǎn)。ZigBee協(xié)議棧主要有驅(qū)動(dòng)層、協(xié)議層和應(yīng)用層。驅(qū)動(dòng)層主要是采用CC2530節(jié)點(diǎn)模塊的ZigBee節(jié)點(diǎn)，提供硬件接口。協(xié)議層包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，主要完成網(wǎng)絡(luò)的組建和網(wǎng)絡(luò)成員的管理，其中物理層完成物理層數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)幀控制和數(shù)據(jù)校驗(yàn)，網(wǎng)絡(luò)層完成網(wǎng)絡(luò)的組建和管理網(wǎng)絡(luò)成員。應(yīng)用層調(diào)用協(xié)議層提供的服務(wù)，完成系統(tǒng)的操作并和其他模塊通訊。在組建網(wǎng)絡(luò)之前，協(xié)調(diào)器首先檢查網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，掃描網(wǎng)絡(luò)信道，并發(fā)送組網(wǎng)廣播，通告網(wǎng)絡(luò)的PAN ID以及自己的64位MAC地址，然后選擇一個(gè)空閑信道，建立網(wǎng)絡(luò)，等待其它節(jié)點(diǎn)設(shè)備的入網(wǎng)請(qǐng)求；路由器及終端設(shè)備掃描信道，搜索信道空閑狀態(tài)，發(fā)送信標(biāo)幀，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)后向協(xié)調(diào)器發(fā)出入網(wǎng)請(qǐng)求幀，協(xié)調(diào)器準(zhǔn)許后會(huì)分配網(wǎng)內(nèi)地址給請(qǐng)求設(shè)備，至此形成了一個(gè)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)。各傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)有效數(shù)據(jù)，發(fā)送給ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)，ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)則存儲(chǔ)、處理傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，并利用串口發(fā)送給GPRS通訊模塊。ZigBee節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸采用CSMA/CA數(shù)據(jù)避免碰撞機(jī)制，CSMA/CA利用ACK信號(hào)來避免沖突的發(fā)生，只有收到返回的ACK確認(rèn)信號(hào)后才確認(rèn)送出的數(shù)據(jù)已經(jīng)正確到達(dá)目的地址，從而保證了數(shù)據(jù)的可靠傳輸。圖2所示為ZigBee節(jié)點(diǎn)的原理圖，ZigBee節(jié)點(diǎn)主要由電源模塊、嵌入式微處理器CC2530、傳感器接口電路、天線、射頻接口電路、RS232通信接口、外圍微處理器接口和JTAG接口電路組成。電源模塊可采用兩節(jié)五號(hào)電池供電，電池裝在電池盒內(nèi)，電池盒粘附與電路板背面。CC2530具有強(qiáng)大的抗干擾性能和低功耗工作模式。傳感器接口電路提供我們所需要使用的傳感器接口，射頻接口電路保證了天線與CC2530射頻引腳之間的可靠連接，RS232串口通信接口負(fù)責(zé)與GPRS通訊模塊的通信連接，外圍電路則提供了 CC2530正常工作所需的基本外圍元器件，JTAG接口電路供調(diào)試程序用。圖3所示為GPRS通訊模塊原理圖，GPRS模塊主要采用SM300模塊，由STC單片機(jī)控制其收發(fā)短信、電話接掛、及GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)葼顟B(tài)。GPRS通訊模塊由電源模塊、STC單片機(jī)、GPRS模塊SM300、天線、SIM卡插座、按鍵電路、RS232接口、外圍電路和JTAG接口等組成。AT命令是無線模塊與微處理器之間的通信規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，單片機(jī)與SM300之間就是通過AT命令連接完成數(shù)據(jù)信息的交換，并通過按鍵電路控制SIM300采用基于TCP/IP協(xié)議的GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式將ZigBee匯聚節(jié)點(diǎn)通過RS232串口發(fā)送來的有效數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控中心。GPRS網(wǎng)絡(luò)包括服務(wù)GPRS節(jié)點(diǎn)SGSN和網(wǎng)關(guān)GPRS節(jié)點(diǎn)GGSN，SGSN是和GPRS基站緊密相連的一臺(tái)設(shè)備，可以記錄移動(dòng)終端的位置，而GGSN是一個(gè)與SGSN和Internet緊密相連的設(shè)備，它把從SGSN的一些信息處理后發(fā)送到Internet的服務(wù)器同時(shí)把服務(wù)器的信息處理后再發(fā)送給SGSN，SGSN再給終端設(shè)備，GGSN相當(dāng)于外部網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。所以要通過基于TCP連接的GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式將數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控中心，首先GPRS通訊模塊要通過AT指令查詢GPRS連接狀態(tài)，并通過相應(yīng)AT指令附著GPRS服務(wù)也即讓SGSN知道該GPRS通訊模塊的位置并認(rèn)為其擁有GPRS功能，并使用GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，然后定義數(shù)據(jù)傳輸模式，激活數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，并開始TCP/IP連接和注冊(cè)端口號(hào)與PC監(jiān)控中心建立連接，連接建立成功后即可向監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)。TCP提供的是一種面向連接的、可靠的字節(jié)流服務(wù)，因此該數(shù)據(jù)傳輸方式也能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br> 本發(fā)明所提出的一種結(jié)合GPRS的ZigBee網(wǎng)絡(luò)的無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分為ZigBee通訊模塊和采集模塊，GPRS通訊模塊和PC數(shù)據(jù)監(jiān)控端。將GPRS和ZigBee兩種無線通信技術(shù)相結(jié)合，在監(jiān)控領(lǐng)域具有重要意義。本系統(tǒng)采用的CC2530和SM300芯片均可工作于低功耗模式，采用的ZigBee技術(shù)安全性高、成本低，網(wǎng)絡(luò)容量大，采用GPRS技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸率高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，整個(gè)系統(tǒng)投資和維護(hù)費(fèi)用少，有助于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸時(shí)數(shù)據(jù)傳輸不可靠和有線傳輸費(fèi)時(shí)費(fèi)力不安全不經(jīng)濟(jì)的問題。
顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施方式僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以容易的做出其它形式上的變化或者替代，而這些改變或者替代也將包含在本發(fā)明確定的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)合GPRS的ZigBee網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集層、GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸層和PC監(jiān)控中心，其特征在于:所述的ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集層由ZigBee節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)之間采用以IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee協(xié)議進(jìn)行無線通信，ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集層包括協(xié)調(diào)器、路由器、終端設(shè)備，其中協(xié)調(diào)器相當(dāng)于網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，建立網(wǎng)絡(luò)，并等待其它節(jié)點(diǎn)設(shè)備的入網(wǎng)請(qǐng)求，同時(shí)負(fù)責(zé)與GPRS通訊模塊之間的通信，路由器主要負(fù)責(zé)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x，增加掛載傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，終端設(shè)備也即傳感器節(jié)點(diǎn)采集現(xiàn)場(chǎng)有效數(shù)據(jù)，發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接收、存儲(chǔ)和處理后發(fā)送給GPRS通訊模塊； 所述的GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸層主要包括GPRS通訊模塊，GPRS通訊模塊由單片機(jī)、GPRS模塊、SM卡插座、天線、RS232接口、按鍵電路、外圍電路等組成，用于接收、處理網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)來的現(xiàn)場(chǎng)有效數(shù)據(jù)，并與PC機(jī)建立GPRS連接，使用AT指令，通過單片機(jī)控制GPRS模塊采用基于TCP/IP協(xié)議的GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式，實(shí)時(shí)可靠地發(fā)送數(shù)據(jù)給PC機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合GPRS的ZigBee網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的ZigBee節(jié)點(diǎn)由電源模塊、嵌入式微處理器、傳感器接口電路、天線、射頻接口電路、RS232通信接口、外圍微處理器接口電路和JTAG接口電路組成，電源模塊可采用兩節(jié)五號(hào)電池供電，電池裝在電池盒內(nèi)，電池盒粘附與電路板背面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種結(jié)合GPRS的ZigBee網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的嵌入式微處理器型號(hào)是CC2530芯片，集成了 2.4GHZ IEEE802.15.4的兼容RF收發(fā)器，增強(qiáng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051MCU，在線可編程Flash存儲(chǔ)器，8KB的RAM，3個(gè)通用定時(shí)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合GPRS的ZigBee網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的GPRS模塊型號(hào)是SIM300。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合GPRS的ZigBee網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述ZigBee節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸采用CSMA/CA數(shù)據(jù)避免碰撞機(jī)制，CSMA/CA利用ACK信號(hào)來避免沖突的發(fā)生。
全文摘要
本發(fā)明屬于無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，特別涉及一種結(jié)合GPRS的ZigBee網(wǎng)絡(luò)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。目的是為了滿足有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸中存在的不足，以及一些特殊環(huán)境對(duì)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的迫切需求，提供一種GPRS網(wǎng)絡(luò)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的無線監(jiān)控系統(tǒng)。本發(fā)明設(shè)計(jì)系統(tǒng)具體包括ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集層、GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸層和PC機(jī)作為管理層的監(jiān)控中心。本發(fā)明所提出的一種結(jié)合GPRS的ZigBee網(wǎng)絡(luò)的無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，保證了數(shù)據(jù)的可靠和實(shí)時(shí)傳輸，減少了投資和維護(hù)費(fèi)用，通信質(zhì)量更好，功耗較低、減輕了相距較遠(yuǎn)時(shí)通信存在的不足之處。
文檔編號(hào)H04W84/18GK103200704SQ20111043015
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者孔令成, 王德吉, 孫慶元, 張志華, 繆琴, 陳海霞 申請(qǐng)人:常州先進(jìn)制造技術(shù)研究所