CN103871225A - 一种智能采集终端及基于该采集终端的无线传感网络构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种智能采集终端，包括主处理器，该主处理器分别连接有电源电路、无线通讯接口、传感采集接口、USB接口以及JTAG仿真接口。本发明支持本地显示，可独立实现模拟信号的采集、开关信号的采集和控制、单总线数据通讯模块的信息采集以及多种类型传感器的数据采集，同时支持多种类型的无线传输模块进行数据收发，方便构成单一传感网络、混合无线传感网络，实现短距离和远程的无线数据采集。JTAG仿真接口可以帮助用户自行修改固件，使得该终端可以作为测试和应用平台，方便构成用于自定义***，减少用户的开发成本。
Description
技术领域
本发明属于采集终端领域，涉及一种多用途、支持多种类型传感器采集和无线模块的智能采集终端及基于该采集终端的无线传感网络构建方法。
背景技术
目前市面的采集终端分为几类，一种是有线通讯接口的采集终端，比如各种工业应用的采集模块和总线模块，这些模块需要经过有线接口来实现对数据的采集，可以通过RS232、RS485、CAN等接口连接到采集***中，其重点在构成有线采集***，自身没有无线功能，无法实现远程的无线数据采集。
还有一种是支持单个类型无线接口的采集终端，比如各种应用的RTU和DTU模块，其实现了对传感器的数据采集和无线收发。因其具有较明确的针对性，一般只实现对固定信号类型的传感器进行采集，比如4~20mA的电流信号，1~10V电压信号等进行采集，采集周期固定，采集到的数据经单一无线接口发送，且用户无法对固件进行自行修改，也无法自行扩展，无法满足用户的特定需求，用户的开发成本较高。
发明内容
本发明提供一种支持多种类型传感器采集、能实现用户自行修改固件和自行扩展的智能采集终端，还提供一种基于该采集终端的无线传感网络构建方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种智能采集终端，包括主处理器，该主处理器分别连接有电源电路、无线通讯接口、传感采集接口、USB接口以及JTAG仿真接口，所述无线通讯接口包括SPI接口、IIC接口以及UART接口，所述传感采集接口包括IO接口、AD接口、SPI接口、IIC接口以及UART接口，所述USB接口采用USB-B型母座，并通过USB接口芯片与主处理器连接。其中JTAG仿真接口可以现实对终端CPU的程序烧写、在线仿真和调试等，所述主处理器还连接有显示屏接口，支持串口或并口的TFT彩屏，主处理器可以实现对彩屏的操作。
进一步地，所述电源电路包括电源适配器、充放电管理电路、直流转换电路和蓄电装置，其中充放电管理电路用于控制电源适配器与蓄电装置供电转换，当电源适配器为终端供电时，能通过充放电管理电路对蓄电装置进行充电，当电源适配器不供电时，充放电管理电路控制蓄电装置向终端供电。其中充放电管理电路与USB接口的电源端连接，蓄电装置能接收USB接口的电源端供电进行充电。
所述充放电管理电路与直流转换电路之间设置有电源开关，该电源开关只对采集终端的供电进行控制，而不控制蓄电装置的充电，可以实现对蓄电装置的单独充电操作。
所述无线通讯接口包括SPI接口、IIC接口以及UART接口，可以支持GPRS、WIFI、ZIGBEE、蓝牙等多种类型的无线传输模块，实现对远程的无线数据采集。所述无线通讯接口多余的引脚接入到主处理器的GPIO接口，可以方便***的扩展。
所述传感采集接口包括IO接口、AD接口、SPI接口、IIC接口以及UART接口，可以对各种传感器模块进行采集，传感采集接口与主处理器之间还连接有信号调理电路。
所述USB接口采用USB-B型母座，并通过USB接口芯片与主处理器连接，实现USB数传的短距离数据采集。
本发明还提供一种基于上述智能采集终端的无线传感网络构建方法，所述无线传感网络包括路由采集终端、终端节点采集终端和协调器采集终端，该采集终端均包括主处理器、电源电路、无线通讯接口、传感采集接口、USB接口、JTAG仿真接口以及显示屏接口，其中无线通讯接口接入CC2530通讯模块；
路由和终端节点采集终端的传感采集接口接入传感器模块，用户自行编写路由和终端节点采集终端的传感采集程序，编写的程序通过JTAG口下载到采集终端的主处理器中；
传感采集程序实现的流程如下：
步骤101：***初始化；
步骤102：传感单元配置；
步骤103：通讯单元配置；
步骤104：传感器模块采集传感数据；
步骤105：传感数据通过传感采集接口发送到主处理器进行数据预处理与转换；
步骤106：通过显示屏接口将数据本地显示；
步骤107：通过无线通讯接口将主处理器处理与转换后的传感数据发送到路由和终端节点的CC2530通讯模块中；
步骤108：CC2530通讯模块将传感数据发送至协调器采集终端；
步骤109：继续执行步骤104。
协调器采集终端通过CC2530通讯模块接收到路由和终端节点采集终端传送回来的传感数据，经打包处理后通过USB口送至监控中心；
监控中心通过USB口获取数据，进行解包，实现数据存储、实时显示、趋势曲线、报警和统计分析。
所述协调器采集终端的固件程序流程为：
步骤201：***初始化；
步骤202：通讯单元配置；
步骤203：通过CC2530通讯模块接收到路由和终端节点采集终端传送回来的传感数据；
步骤204：主处理器解析，并进行本地显示；
步骤205：主处理器对传感数据进行数据打包；
步骤206：通过USB口将传感数据发送至监控中心；
步骤207：继续执行步骤203。
由以上技术方案可知，本发明支持本地显示，可独立实现模拟信号的采集、开关信号的采集和控制、单总线数据通讯模块的信息采集以及多种类型传感器的数据采集，同时支持多种类型的无线传输模块进行数据收发，方便构成单一传感网络、混合无线传感网络，实现短距离和远程的无线数据采集。JTAG仿真接口可以帮助用户自行修改固件，使得该终端可以作为测试和应用平台，方便构成用于自定义***，减少用户的开发成本。
附图说明
图1为本发明智能采集终端的结构框图；
图2为本发明中电源电路的电路框图；
图3为本发明无线传感网络构建方法的原理示意图；
图4为本发明无线传感网络构建方法中传感采集程序的流程图；
图5为本发明无线传感网络构建方法中协调器采集终端的固件程序流程图。
图中：1、主处理器，2、电源电路，21、电源适配器，22、充放电管理电路，23、直流转换电路，3、无线通讯接口，4、传感采集接口，5、USB接口，6、JTAG仿真接口，7、蓄电装置，8、电源开关，9、信号调理电路，10、USB接口芯片，11、显示屏接口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。
本发明提供一种智能采集终端，该终端能对多种传感器模块进行采集，并可支持多种类型的无线传输模块。如图1所示，该终端包括主处理器1，该主处理器为ARM7，主频为72M，512K flash，主处理器1分别连接有电源电路2、无线通讯接口3、传感采集接口4、USB接口5、显示屏接口11以及JTAG仿真接口6。
如图2所示，电源电路2包括电源适配器21、充放电管理电路22、直流转换电路23和蓄电装置7，充放电管理电路分别于电源适配器和蓄电装置连接，并通过直流转换电路为终端供电，该直流转换电路为升压型直流转换电路。电源适配器21和蓄电装置7均可为智能采集终端提供电源,充放电管理电路22用于控制电源适配器21与蓄电装置7供电转换，当电源适配器21为终端供电时，能通过充放电管理电路22对蓄电装置7进行充电，当电源适配器21不供电时，充放电管理电路22控制蓄电装置7向终端供电。所述充放电管理电路22与USB接口5的电源端连接，蓄电装置7能接收USB接口的电源端供电进行充电。所述充放电管理电路22与直流转换电路23之间设置有电源开关8，该电源开关只对采集终端的供电进行控制，而不控制蓄电装置7的充电，可以实现对蓄电装置的单独充电。所述蓄电装置7为可充电锂电池，容量为2000Mah，支持5V直流电源输入和USB口供电输入。
无线通讯接口3包括基于TTL电平的SPI、IIC、UART以及8路并行通讯线，满足不同类型通讯模块的通讯接口要求，可以支持GPRS、WIFI、ZIGBEE、蓝牙等多种类型的无线传输模块。其中8路并行通讯线可以作为通用IO口，对通讯模块进行IO控制。使用以上接口可以将主流的无线单片机模块接入终端，运行ZIGBEE协议帧或IPV6协议帧，采集终端就可以作为无线传感网络节点，构成无线传感测控网络。将GPRS或3G通讯模块通过上述接口接入采集终端，构成基于移动通信网络的远程测控***。将WIFI通讯模块通过SPI或SDIO接口接入采集终端，构成无线局域网采集***，传输大数据量的采集数据。无线通讯接口多余的引脚接入到主处理器的GPIO接口，方便***的扩展。
传感采集接口4集成了基于TTL电平的4路开关输入输出、4路AD端口、2路DA端口以及SPI、IIC、UART口，对各种传感器模块进行采集，传感采集接口4与主处理器1之间连接有信号调理电路9，传感信号经信号调理电路转换后送入主处理器中。
USB接口5采用USB-B型母座，并通过USB接口芯片10与主处理器1连接，具有USB口供电电源，可以实现USB数据上传。
显示屏接口11提供40引脚，包括IO引脚和5V供电，可以接入串口TFT彩屏或并口TFT彩屏，也可以接入带触摸板的彩屏，方便采集终端的本地显示。5V供电引脚与电源电路2连接。
JTAG仿真接口6可以使用户自行通过JTAG编写特定的数据预处理方法，比如曲线拟合、归一化、温度补偿等等。可以现实对终端CPU的程序烧写、在线仿真和调试等。
所述无线通讯接口3、传感采集接口4和显示屏接口11均采用1.27mm间距的10*2简牛接插件，所述JTAG仿真接口6采用2.54mm间距的10*2简牛接插件.采用简牛接插件使供电和信号引脚隔离，防止误插和增强接触可靠性。
本终端提供丰富的对外接口，包括USB口，JTAG口，LCD接口，传感器接口，无线通讯接口，采集终端实现对多种传感模块的数据采集，本地TFT彩屏显示，USB数据上传和无线方式的数据上传。支持自编程和JTAG在线仿真与调试。可以作为本地采集终端使用，也作为无线传感网络节点使用，方便构成各种混合网络结构的数据采集与控制。可以作为测试和应用平台，方便的构成用户自定义***，减少用户的开发成本。
基于该智能采集终端，本发明还提供一种无线传感网络构建方法，如图3所示，本实施例以Zigbee无线传感网络为说明，其主要由三块智能采集终端和一个监控中心构成，其中三块智能采集终端均连接有CC2530通讯模块，分别构建为路由采集终端、终端节点采集终端和协调器采集终端，三块智能采集终端均包括主处理器、电源电路、无线通讯接口、传感采集接口、USB接口、JTAG仿真接口以及显示屏接口，其中无线通讯接口接入CC2530通讯模块；
路由采集终端和终端节点采集终端的传感采集接口接入传感器模块，用户自行编写路由和终端节点采集终端的传感采集程序，编写的程序通过JTAG口下载到采集终端的主处理器中；
如图4所示，传感采集程序实现的流程如下：
步骤101：***初始化；
步骤102：传感单元配置；
步骤103：通讯单元配置；
步骤104：传感器模块采集传感数据；
步骤105：传感数据通过传感采集接口发送到主处理器进行数据预处理与转换；
步骤106：通过显示屏接口将数据本地显示；
步骤107：通过无线通讯接口将主处理器处理与转换后的传感数据发送到路由和终端节点的CC2530通讯模块中；
步骤108：CC2530通讯模块将传感数据发送至协调器采集终端；
步骤109：继续执行步骤104。
协调器采集终端通过CC2530通讯模块接收到路由和终端节点采集终端传送回来的传感数据，经打包处理后通过USB口送至监控中心；
如图5所示，所述协调器采集终端的固件程序流程为：
步骤201：***初始化；
步骤202：通讯单元配置；
步骤203：通过CC2530通讯模块接收到路由和终端节点采集终端传送回来的传感数据；
步骤204：主处理器解析，并进行本地显示；
步骤205：主处理器对传感数据进行数据打包；
步骤206：通过USB口将传感数据发送至监控中心；
步骤207：继续执行步骤203。
监控中心通过USB口获取数据，进行解包，实现数据存储、实时显示、趋势曲线、报警和统计分析。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种智能采集终端，其特征在于：包括主处理器(1)，该主处理器分别连接有电源电路(2)、无线通讯接口(3)、传感采集接口(4)、USB接口(5)以及JTAG仿真接口(6)，所述无线通讯接口(3)包括SPI接口、IIC接口以及UART接口，所述传感采集接口(4)包括IO接口、AD接口、SPI接口、IIC接口以及UART接口，所述USB接口(5)采用USB-B型母座，并通过USB接口芯片(10)与主处理器(1)连接。
2.根据权利要求1所述的智能采集终端，其特征在于：所述电源电路(2)包括电源适配器、充放电管理电路、直流转换电路和蓄电装置(7)，其中充放电管理电路用于控制电源适配器与蓄电装置供电转换。
3.根据权利要求2所述的智能采集终端，其特征在于：所述充电控制电路与USB接口(5)的电源端连接。
4.根据权利要求2所述的智能采集终端，其特征在于：所述充放电管理电路与直流转换电路之间设置有电源开关。
5.根据权利要求1所述的智能采集终端，其特征在于：所述无线通讯接口(3)多余引脚接入主处理器(1)的GPIO接口。
6.根据权利要求1所述的智能采集终端，其特征在于：所述传感采集接口(4)与主处理器(1)之间连接有信号调理电路(9)。
7.根据权利要求1所述的智能采集终端，其特征在于：所述主处理器(1)还连接有显示屏接口(11)。
8.一种基于权利要求1所述智能采集终端的无线传感网络构建方法，其特征在于，所述无线传感网络包括路由采集终端、终端节点采集终端和协调器采集终端，该采集终端均包括主处理器、电源电路、无线通讯接口、传感采集接口、USB接口、JTAG仿真接口以及显示屏接口，其中无线通讯接口接入CC2530通讯模块；
路由和终端节点采集终端的传感采集接口接入传感器模块，用户自行编写路由和终端节点采集终端的传感采集程序，编写的程序通过JTAG口下载到采集终端的主处理器中；
传感采集程序实现的流程如下：
步骤101：***初始化；
步骤102：传感单元配置；
步骤103：通讯单元配置；
步骤104：传感器模块采集传感数据；
步骤105：传感数据通过传感采集接口发送到主处理器进行数据预处理与转换；
步骤106：通过显示屏接口将数据本地显示；
步骤107：通过无线通讯接口将主处理器处理与转换后的传感数据发送到路由和终端节点的CC2530通讯模块中；
步骤108：CC2530通讯模块将传感数据发送至协调器采集终端；
步骤109：继续执行步骤104；
协调器采集终端通过CC2530通讯模块接收到路由和终端节点采集终端传送回来的传感数据，经打包处理后通过USB口送至监控中心；
监控中心通过USB口获取数据，进行解包，实现数据存储、实时显示、趋势曲线、报警和统计分析。
9.根据权利要求8所述的无线传感网络构建方法，其特征在于，所述协调器采集终端的固件程序流程为：
步骤201：***初始化；
步骤202：通讯单元配置；
步骤203：通过CC2530通讯模块接收到路由和终端节点采集终端传送回来的传感数据；
步骤204：主处理器解析，并进行本地显示；
步骤205：主处理器对传感数据进行数据打包；
步骤206：通过USB口将传感数据发送至监控中心；
步骤207：继续执行步骤203。
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