专利名称：一种面向多类型ZigBee节点的开发平台的制作方法
技术领域：
本发明属于传感器网络领域，涉及一种具备多类型节点功能的ZigBee开发平台。
背景技术：
ZigBee是一种短距离、低功耗、低成本和低复杂度的无线传输技术,传输速率最大为250kb/s，具有功耗低、应用简单、可靠性高及组网能力强等特点，主要适用于无线传感器网络、自动控制和远程控制领域。目前，已有上百家半导体、通信领域的公司加入了 ZigBee联盟，市场潜力非常巨大。节点是ZigBee网络最基本的组成单元，按节点在网络中起的作用可分为协调器(Co-ordinator)、路由器(router)和终端节点(End-Device)。协调器是传感器网络的中心，负责网络的发起和关闭。路由器负责消息转发功能、此外还可以承担终端节点功能。终端节点根据需求实现特定的功能，如数据采集和发送等。每种类型的节点由于用途和目的的不同，均存在一定的差异，如:协调器和路由器往往采用直流电源供电，终端节点一般采用电池供电；协调器需要LCD显示网络和节点信息，而路由器和终端节点往往不需要。目前，针对不同类型的传感器网络节点的硬件平台往往重新设计，增加了设计和维护成本、延长了设计周期。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明的目的旨在提供一种面向多类型ZigBee节点的开发平台，采用统一的硬件母板和不同的子板，可以实现协调器、路由器，终端采集节点等不同功能。本发明通过如下技术方案实现:一种适用于ZigBee传感器网络的面向多类型ZigBee节点的模块化的开发平台，包括母板和可插拔式子板；所述母板上设有电源电路、射频子板接口、传感器信号输入接口、模拟传感器子板接口、智能传感器子板接口、PC通信子板接口、调试接口、LCD子板接口及电池接口 ；所述可插拔式子板包括射频子板、模拟传感器子板、智能传感器子板、LCD子板、PC通信子板。所述开发平台的母板的核心功能是提供系统的电源，并为各个子板的互连互通提供丰富的资源接口。所述母板的电源电路为母板和各个子板提供电源，实现外部直流电源、调试接口供电、PC通信供电、电池供电等几种类型的电源供电方式和相互之间的保护。所述射频子板插在射频子板接口内，LCD子板插在LCD子板接口内，模拟传感器子板插在模拟传感器子板接口内，智能传感器子板插在智能传感器子板接口内、PC通信子板插在PC通信内。所述射频子板包括ZigBee集成芯片、Buck调节器电路、时钟电路、天线，实现ZigBee无线信号的接收和发送，可以用于协调器、路由器、终端采集三种类型的节点。
所述模拟传感器子板采用I/V变换、放大、滤波等调理电路将传感器输入的模拟信号进行调理，为传感器的信号实现模数转换做准备。所述智能传感器子板实现智能传感器接口电平的转换，将传感器的RS232、RS485、RS422的非CMOS电平转换成ZigBee集成芯片能接收的CMOS电平。所述PC通信子板实现USB接口到UART接口的转换，提供ZigBee节点和PC机通信的接口。所述IXD子板包括IXD显示屏、驱动电路，实现节点信息的显示。所述传感器信号输入接口实现多通道模拟信号、多通道数字量信号及智能传感器信号的接入。智能传感器接口种类包括RS232接口、RS485接口、SPI接口、IIC接口。所述电池接口为接入电池用，可接入一个电池盒。实现所述协调器功能时，在母板插入IXD子板、PC通信子板、射频子板；并通过PC通信子板和计算机进行通信，由PC实现对ZigBee网络的管理和数据采集；协调器的电源由通信子板通过PC机的USB接口获得。实现所述路由器时，在母板上插入射频子板；路由器由外部直流电源供电。实现所述终端采集节点时，在母板上插入射频子板，模拟传感器子板、智能传感器子板、电池；需要采集的传感器信号由传感器信号输入接口接入到终端节点。由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:本发明为采用母板加可插拔子板的方式实现模块化的-ZigBee节点开发平台，通过插入不同的子板，能够覆盖协调器、路由器、终端采集节点等节点类型，使得不同的节点类型能够在一个共同的母板平台上进行开发。本发明能有效减少传感器网络节点的设计周期和降低产品维护成本。
图1是本发明提供的开发平台的硬件结构示意图。图2是本发明提供的开发平台的电源连接关系图。图3是本发明提供的射频子板Buck调节器电路示意图。图4是本发明提供的开发平台的协调器连接关系图。图5是本发明提供的开发平台的路由器连接关系图。图6是本发明提供的终端采集节点连接关系图。
具体实施例方式下面结合具体附图和实施案例对本发明作进一步说明。本发明的实施方式涉及一种基于ZigBee的传感器网络节点开发平台，如附图1所示，该平台至少包括:一个开发平台母板，一块射频子板，一个IXD子板、一个PC通信子板、一个模拟传感器子板、一个智能传感器子板。所述开发平台母板的核心功能是为协调器、路由器、终端采集等类型节点提供一个核心载体，为各个子板提供重要接口。所述射频子板包括一片ZigBee集成芯片MC13226，该芯片集成ARM内核、2.4GHz射频收发器、IEEE802.15.4MAC硬件加速器和AES硬件加速器，内置FLASH，SRAM和ROM，AD转换等模块，支持ZigBee2007/PR0协议栈，适合实现ZigBee无线信号的接收和发送。所述模拟传感器子板对传感器输入的模拟信号进行调理，将传感器输入的模拟信号变换(如Ι/ν变换)、放大、滤波等，从而将不同类型的模拟输入转换成ADC适应的电压范围，为后续的模数转换做准备工作。所述智能传感器子板接口实现智能传感器接口的RS232、RS485、RS422等非CMOS电平和CMOS电平的转换，从而便于将传感器的数据和射频子板进行通信所述PC通信子板包括一片FT232RL芯片，实现USB接口到UART接口 ；所述通信子板的电源从USB接口取得。当所述通信子板从USB接口接入到PC机时，PC机安装驱动后会虚拟从一个串口，通过该串口可实现节点的控制和收集节点上传的数据。所述IXD子板包括IXD显示屏、驱动电路，实现节点信息的显示。所述传感器信号输入接口实现多通道模拟信号、多通道数字量信号及智能传感器信号的接入，采用一组工业插座实现。所述电池接口为接入电池用，可接入二节1.5V电池。下面对母板和每个子板进行具体说明。所示开发平台的母板采用平铺式设计，插拔操作简单；所述平台的电源电路如图2所示。所述电源电路为母板和各个子板提供电源，实现外部直流电源、调试接口供电、PC通信供电、电池供电等几种类型的电源供电方式和相互之间的保护。所述ZigBee协调器子板包括一片MC13226、Buck调节器电路、时钟电路、天线、一组母板接口。所述母板接口为一组2*30pin的接口，该接口包括电源、JTAG、SP1、IIC、UART、GPIO、ADC模拟输入端口和基准电源输入。所述接口通过母板上的接口和各子板及传感器信号输入插座相连。所述射频子板上的Buck调节器电路，为射频子板的用作终端采集节点提供低功耗的调节方式，Buck电路能将较高的电池电压线性调节到1.8-2.0V的电压输出，从而有效延长电池的使用寿命。所述Buck调节器电路如图3所示，上面设有跳线帽Jl和J2，当射频子板的用作终端采集节点，将跳线帽Jl接上、跳线帽J2不接上，Buck电路会工作；当射频子板的用作终端采集节点，将跳线帽Jl不接上、跳线帽J2接上，Buck电路不工作，输入的电源电压不会被调节到1.8V-2.0V。所述射频子板上采用了三个时钟晶振:主晶振，振荡频率为24MHz ;辅助晶振，振荡频率为32.768KHz ;内置振荡器，振荡频率为2KHz。所述射频子板为在正常工作状态和Doze模式(一种睡眠模式)下，采用主晶振时钟，当处理器进入睡眠状态时采用辅助晶振或内部振荡器，达到降低功耗的目的。所述模拟传感器子板对传感器输入的模拟信号进行调理，将传感器输入的模拟信号变换(如Ι/ν变换)、放大、滤波等，从而将不同类型的模拟输入转换成ADC适应的电压范围，为后续的模数转换做准备工作；运放采用7片单路运放0PA2227。所述模拟传感器子板提供ADC需要的稳压电路，稳压芯片采用LM385-2.5V。所述模拟传感器子板有一组母板接口 2*10pin，该接口包括电源、模拟信号输入、模拟信号输出、GP10(用于运放控制)。所述智能传感器子板接口实现RS232、RS485、RS422的智能传感器的电平转换。所述智能传感器子板包括一片MAX13223E、一片MAX14841E ；MAX13223E实现RS232与UART电平的转换，MAX14841E实现RS485/RS422与UART电平的转换。所述智能传感器接口子板有一组母板接口 2*10pin，该接口包括电源、RS232/RS485/RS422信号输入输出、UART信号输入输出。
所述PC通信子板实现USB接口到UART接口，接口的转换由一片FT232RL芯片实现，电源从USB接口取得。所述PC通信子板有一组母板接口 2*10pin，该接口包括USB输入输出、UART输入输出、5V电源输出。所述IXD子板包括IXD显示屏、驱动电路，实现节点信息的显示。所述IXD子板有一组母板接口 l*10pin，采用排线和母板相连，该接口包括电源、背光控制、SPI接口 ；MC13226通过SPI接口来控制IXD显示屏的工作状态和显示内容。所述传感器信号输入接口实现多通道模拟信号、多通道数字量信号及智能传感器信号的接入，采用一组工业插座实现。所述电池接口为接入电池用，可接入二节1.5V电池。所述平台实现的协调器连接关系如附图4所示，将IXD子板、射频子板和PC通信子板和母板相连接，LCD子板显示网络的节点信息；PC通信子板和PC机相连，实现PC机对协调器的控制和网络数据到PC机的上传；电源由PC通信子板从通信接口获取。所述平台实现的路由器连接关系如图5所示，将射频子板和母板相连接，电源由外部直流电源提供。所述平台实现的终端采集节点连接关系如图6所示，将射频子板、模拟传感器子板、智能传感器子板和母板相连接；外部模拟传感器信号、数字开关信号、智能传感器信号通过传感器信号输入接口接入到节点中，从而实现对传感器数据的智能采集；电源采用电池供电。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种面向多类型ZigBee节点的开发平台，包括母板和可插拔式子板；其特征在于，所述母板上设有电源电路、射频子板接口、传感器信号输入接口、模拟传感器子板接口、智能传感器子板接口、PC通信子板接口、调试接口、IXD子板接口及电池接口 ；所述可插拔式子板包括射频子板、模拟传感器子板、智能传感器子板、LCD子板、PC通信子板； 所述射频子板包括一片ZigBee集成芯片MC13226、Buck调节器电路、时钟电路、天线，及一组2*30in母板接口 A，用于ZigBee无线信号的接收和发送；所述2*30in母板接口 A包括电源、JTAG, SP1、IIC、UART, GPIO、ADC模拟输入端口和基准电源输入，所述2*30in母板接口 A通过母板上的接口和各子板及传感器信号输入插座相连； 所述模拟传感器子板对传感器输入的模拟信号进行调理，将传感器输入的模拟信号变换、放大、滤波，从而将不同类型的模拟输入转换成ADC适应的电压范围；所述模拟传感器子板有一组2*10pin母板接口 B，该一组2*10pin母板接口 B包括电源、模拟信号输入、模拟信号输出、GPIO ; 所述智能传感器子板接口实现RS232、RS485、RS422的智能传感器的电平转换，所述智能传感器子板包括一片MAX13223E芯片、一片MAX14841E芯片，所述MAX13223E芯片用于RS232与UART电平的转换，所述MAX14841E芯片用于RS485/RS422与UART电平的转换，所述智能传感器接口子板有一组2*10pin母板接口 C，该2*10pin母板接口 C包括电源、RS232/RS485/RS422信号输入输出、UART输入输出； 所述PC通信子板用于USB接口到UART接口，接口的转换由一片FT232芯片实现，电源从USB接口取得，所述PC通信子板有一组2*10pin母板接口 D，该2*10pin母板接口 D包括USB输入输出、UART输入输出、5V电源输出； 所述LCD子板包括LCD显示屏、驱动电路，实现节点信息的显示，所述LCD子板有一组l*10pin母板接口 E，采用排线和母板相连，该l*10pin母板接口 E包括电源、背光控制、SPI接口 ； 所述传感器信号输入接口实现多通道模拟信号、多通道数字量信号及智能传感器信号的接入，采用一组工业插座实现； 所述电池接口为接入电池用，可接入二节1.5V电池； 实现协调器功能时，所述LCD子板、所述射频子板和所述PC通信子板和所述母板相连接，LCD子板显示网络的节点信息；所述PC通信子板和所述PC机相连，实现所述PC机对协调器的控制和网络数据到PC机的上传，电源由PC通信子板从通信接口获取； 实现路由器功能时，所述射频子板和所述母板相连接，电源由外部直流电源提供；实现终端采集节点时，将所述射频子板、所述模拟传感器子板、所述智能传感器子板和母板相连接，电源采用电池供电；外部模拟传感器信号、数字开关量信号、智能传感器信号通过传感器信号输入接口接入到节点中，用于对传感器网络数据的智能采集； 所述电源电路为母板和各个子板提供电源，用于外部直流电源、调试接口供电、PC通信供电、电池供电几种类型的电源供电方式和相互之间的保护。
全文摘要
一种面向多类型ZigBee节点的开发平台，包括母板和可插拔式子板；所述母板上设有电源电路、射频子板接口、传感器信号输入接口、模拟传感器子板接口、智能传感器子板接口、PC通信子板接口、调试接口、LCD子板接口及电池接口；所述可插拔式子板包括射频子板、模拟传感器子板、智能传感器子板、LCD子板、PC通信子板。本发明采用模块化的设计思路，通过母板和不同的子板组合，可以实现协调器、路由器，终端采集节点等功能，使得不同的节点类型能够在一个共同的母板平台上进行开发。本发明的目的在有效减少传感器网络节点的设计周期和降低产品维护成本。
文档编号H04W84/18GK103167039SQ201310102550
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者虞致国, 顾晓峰, 胡峥, 张建国, 邵宇, 王晓涧 申请人:江南大学