一种6LoWPAN无线路由器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种6LoWPAN无线路由器，属于通信领域。包括控制单元，以及与控制单元相连的780MHzRF模块、2.4GHzRF模块、JTAG模块、复位模块、LED指示模块和电源等，其中，780MHzRF模块、2.4GHzRF模块分别通过SPI接口与控制单元相连，上述6LowPAN无线路由器具有2.4G和780M双频段双接口，其中一个接口用于与相邻无线路由器或6LoWPAN网关互联，实现传感子网的骨干层通信；另一接口用于与相邻的传感终端节点连接。
【专利说明】—种6LoWPAN无线路由器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种6LOWPAN无线路由器，属于通信领域。
【背景技术】
[0002]6LowPAN即IPv6 over IEEE 802.15.4，是一种将IP协议引入无线通信网络的低速率的无线个域网标准，具有无线低功耗、自组织网络、廉价、便捷、实用等特点，是物联网感知层、无线传感器网络的重要技术。
[0003]目前在无线网领域，工作频段主要为全球通用的免费频段2.4G以及欧洲的800M，北美的900M，中国的780M等这些频段。2.4G频段目前应用比较广泛，但该频段有蓝牙、WiFi以及其它短距离无线技术，用户比较多，设备间的兼容性、共存性等问题突出。而中国的780M频段，也作为免费频段面向无线网络开放，该频段符合IEEE 802.15.4C中国频段规范要求，同时符合RFID 800M/900M频段要求，频段干净，避免了 2.4G频段内的民用无线设备的干扰。
[0004]在能耗方面，780M相对于2.4G而言，在同样的发射功率下，传输距离更远，即同样的传输距离下，耗费的能量更小，更环保更节能。可以在边界路由器等供电相对情况较好的节点上使用2.4G频段，而在传感子网内部节点上采用780M频段以进一步节省能耗。一方面增加骨干网的有效带宽及稳定性，另一方面，也能适当避开传感子网出错而带来的干扰。
[0005]有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种6LowPAN无线路由器，本案由此产生。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是提供一种具有双频段双接口的6LowPAN无线路由器。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型的解决方案是:
[0008]一种6LowPAN无线路由器，包括控制单元，以及与控制单元相连的78OMHzRF模块、2.4GHzRF模块、JTAG模块、复位模块、LED指示模块和电源等，其中，780MHzRF模块、2.4GHzRF模块分别通过SPI接口与控制单元相连，电源分别为控制单元、780MHzRF模块、
2.4GHzRF模块等供电。
[0009]上述控制单元采用32位AT91系列MCU，实现对两个RF模块的控制以及根据实际工况规划和计算合适的路由。
[0010]上述780MHZRF模块采用AT86RF212芯片。
[0011]上述2.4GHzRF模块采用nRF24L01芯片。
[0012]所述无线路由器进一步包括一以太网接口和RS232接口，上述太网接口和RS232接口均与控制单元相连。
[0013]上述6LowPAN无线路由器工作时，控制单元先根据实际工况选择RF模块，即选择780MHz或者2.4GHz，设置两个RF模块的发射或者接收等状态，然后进行无线数据传输，控制两个RF模块的工作流程，同时也可以通过以太网接口和RS232接口进行数据传输。[0014]上述6LOWPAN无线路由器具有2.4G和780M双频段双接口，其中一个接口用于与相邻无线路由器或6LoWPAN网关互联，实现传感子网的骨干层通信；另一接口用于与相邻的传感终端节点连接。利用上述6LoWPAN无线路由器组建的网络，可以克服单跳射频通信距离的限制，使整个传感子网覆盖更大规模的地域。同时，利用上述6LoWPAN无线路由器还可部署由骨干层和接入层组成的双层形式的传感网络，使传感网的可靠性大大增强。
[0015]以下结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实施例的路由器模块框图；
[0017]图2为本实施例的控制单元电路图；
[0018]图3为本实施例的780MHzRF模块电路图；
[0019]图4为本实施例的2.4GHzRF模块电路图。
【具体实施方式】
[0020]如图1所示，一种6LowPAN无线路由器，包括控制单元1，以及与控制单元I相连的780MHzRF模块2、2.4GHzRF模块3、JTAG模块4、复位模块5、LED指示模块6和电源7等，其中，780MHzRF模块2、2.4GHzRF模块3分别通过SPI接口 I 10、SPI接口 2 11与控制单元I相连。所述无线路由器进一步包括与控制单元I相连的以太网接口 8和RS232接口 9。电源7分别为控制单元l、780MHzRF模块2、2.4GHzRF模块3等供电。
[0021 ] 上述6LowPAN无线路由器具有2.4G和780M双频段双接口，其中一个接口用于与相邻无线路由器或6LoWPAN网关互联，实现传感子网的骨干层通信；另一接口用于与相邻的传感终端节点连接。利用上述6LoWPAN无线路由器组建的网络，可以克服单跳射频通信距离的限制，使整个传感子网覆盖更大规模的地域。同时，利用上述6LoWPAN无线路由器还可部署由骨干层和接入层组成的双层形式的传感网络，使传感网的可靠性大大增强。
[0022]如图2所示，上述控制单元I采用32位AT91系列MCU，实现对两个RF模块的控制以及根据实际工况规划和计算合适的路由。基于32位AT91系列MCU平台，既能提供比较强的运算处理能力，又能实现小体积、低功耗的设备。另外AT91系列MCU成本也比较低(仅略贵于8bit的MCU)，因此有利于产品化。在实际应用中，设备很可能需要布置在室外环境，因此所选择的硬件平台采用工业级的AT91产品。采用双口无线接口方式，双口模式下，两个RF接口可以分别工作在2.4GHz和780MHz不同频段。利用SPI数据接口与两个RF模块相连，实现控制和数据的传输。
[0023]如图3所示，上述780MHzRF模块采用AT86RF212芯片。AT86RF212是一款专为低成本的IEEE802.15.4标准ZigBee ?技术、6LoWPAN技术与高数据传输速率的ISM应用而设计的低功耗、低电压700/800/900MHZ频段收发器，是真正的SPI到天线的解决方案。除了天线，晶体振荡器和去耦电容外，所有的RF主要元件都集成在单一芯片内。AT86RF212提供了在天线和控制单元I接口之间的完整无线电接口。它包括了模拟无线电器件和数字调制器与解调器，包括时间和频率同步以及数据缓冲器。一个128字节的缓冲器用于存储收到或发出的数据。发送器与接收器的之间的通讯均基于带有不同调制方式及扩频代码的直接序列扩展频谱。设计时将外置器件的数量尽可能地减少，只须将天线、一个滤波器(用于高输出功率电平)、晶体和四个旁路电容外置。而双向差分天线引脚通常用于发送和接收，因此无需外部天线开关。
[0024]AT86RF212支持在IEEE 802.15.4c_2009标准下对780MHz中国频段规定的O-QPSK调制制式。其数据存储器读取与写入及其硬件引擎均由SPI接口及附加控制信号控制。发送与接收信号处理通路均经过高度集成与优化，以实现低功耗的目的。若按每30秒发送一次数据，一节2700mAh的电池可维持4年以上工作时间。模块电路图中数字接口由SPI与和附加控制信号组成，可直接与控制单元I相连，相关接口信号说明如下:
[0025]/SEL =SPI 片选信号；
[0026]MOS1:从SPI数据输入；
[0027]MISO:从SPI数据输出；
[0028]SCLK =SPI 时钟信号；
[0029]IRQ:中断请求信号；
[0030]SLP_TR:接收(RX) /发送(TX)模式选择。
[0031]模块电路图中平衡不平衡转换器(BI)将差分无线电收发器RF引脚(RFP/RFN)转换为单端RF信号，电容器Cl和C2为RF端口提供RF输入的交流电藕。视使用的发送功率电平要求需要一个外置滤波器F1。电源旁路电容(CB2，CB4)连接至外置模拟电源引脚(EVDD,引脚28)和外置数字电源引脚(DEVDD，引脚15)。电容CBl和CB3是集成模拟和数字电源调节器的旁路电容器，用以保证稳定操作。晶体(XTAL)，两个负荷电容(CX1，CX2)和与引脚XTALl和XTAL2连接的内部电路形成晶体振荡器。为了实现RF的最佳精度与稳定性，应避免较大的寄生电容产生。晶体导线路径应尽可能缩短，且不得靠近数字I/O信号。低通滤波器(C3，Rl)置于靠近CLKM输出引脚的位置，以减少CLKM信号的谐波发射。
[0032]如图3所示，上述2.4GHzRF模块采用nRF24L01芯片。nRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4 GHz?2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低，在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 mA;接收时，工作电流只有12.3 mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。
[0033]模块电路图中数字接口由SPI与和附加控制信号组成，可直接与微处理器相连，相关接口信号说明如下:
[0034]CSN:SPI 片选信号；
[0035]MOS1:从SPI数据输入；
[0036]MISO:从SPI数据输出；
[0037]SCK =SPI 时钟信号；
[0038]IRQ:中断请求信号；
[0039]CE:接收(RX)/发送(TX)模式选择。
[0040]SPI 口为同步串行通信接口，最大传输速率为10 Mb/s，传输时先传送低位字节，再传送高位字节。与SPI相关的指令共有8个，使用时这些控制指令由nRF24L01的MOSI输入，相应的状态和数据信息是从MISO输出给MCU。通过配置相应寄存器可将nRF241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式。[0041]发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式，接着把接收节点地址和有效数据按照时序由SPI 口写入nRF24L01缓存区，数据必须在CSN为低时连续写入，而地址在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10 μ S，延迟130 μ s后发射数据。若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号(自动应答接收地址应该与接收节点地址一致)。如果收到应答，则认为此次通信成功，寄存器TX_DS置高，同时清空发射缓冲区；若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数达到上限，寄存器MAX_RT置高，发射缓冲区数据保留以便再次重发。MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时，若CE为低则nRF24L01进入空闲模式I ;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射；若发送堆栈中无数据且CE为闻，则进入空闲1旲式2。
[0042]接收数据时，首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130 μ s进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在接收缓冲区中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式I。
[0043]上述6LowPAN无线路由器工作时，控制单元I先根据实际工况选择RF模块，即选择780MHz或者2.4GHz，设置两个RF模块2和3的发射或者接收等状态，然后进行无线数据传输，控制两个RF模块的工作流程，同时也可以通过太网接口 8和RS232接口 9进行数据传输。
[0044]上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属【技术领域】的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。
【权利要求】
1.一种6L0WPAN无线路由器，其特征在于:包括控制单元，以及与控制单元相连的780MHzRF模块、2.4GHzRF模块、JTAG模块、复位模块、LED指示模块和电源，其中，780MHzRF模块、2.4GHzRF模块分别通过SPI接口与控制单元相连，电源分别为控制单元、780MHzRF模块、2.4GHzRF模块供电；上述控制单元采用32位AT91系列MCU。
2.如权利要求1所述的一种6LowPAN无线路由器，其特征在于:上述780MHzRF模块采用 AT86RF212 芯片。
3.如权利要求1所述的一种6LowPAN无线路由器，其特征在于:上述2.4GHzRF模块采用nRF24L01芯片。
4.如权利要求1所述的一种6LowPAN无线路由器，其特征在于:所述无线路由器进一步包括一以太网接口和RS232接口，上述太网接口和RS232接口均与控制单元相连。
【文档编号】H04W88/10GK203492209SQ201320550362
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】陈建军 申请人:绍兴文理学院元培学院