CN201690477U - 一种基于ZigBee技术的分布式控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于ZigBee技术的分布式控制器，用于控制无线传感网络中的分布式终端节点，其特征在于：该控制器包括网络协调控制模块和与其连接的终端节点控制模块，所述终端节点控制模块包括分别与网络协调控制模块连接的若干终端节点控制器；所述网络协调控制模块包括无线微控制模块芯片和与该无线微控制模块芯片通过数据总线和地址总线连接的固件协议栈网络模块芯片。基于分布式无线网络的该控制器可以根据环境光强度、行人信息或实时时钟实现对LED路灯的智能控制。
Description
技术领域
本实用新型属无线通信和电子信息技术领域，具体涉及一种基于ZigBee技术的分布式控制器。
背景技术
ZigBee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。这一名称来源来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来通知发现的新食物源的位置、距离和方向等信息，以此作为新一代无线通讯技术的名称。其特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
ZigBee是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的组网、安全和应用软件方面的技术标准。ZigBee技术在ZigBee联盟和IEEE802.15.4的推动下，结合其他无线技术，可以实现无所不在的网络。它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。
目前，集成ZigBee技术与功能来设计开发控制模块芯片并用于构建各类无线传感器网络得到了广泛关注。其中，Jennic JN5139就是这样一类基于ZigBee技术的低功耗低成本无线微控制模块芯片系列，适用于IEEE802.15.4的各种应用。通过JN5139可以创建一个小型的通信网络，并且可以动态的查看，管理网络内的所有节点。芯片集成了一个32-bitRISC处理器，可充分兼容2.4GHz IEEE802.15.4收发器，192KB的ROM，RAM的型号可在8KB到96KB的范围内选择，提供丰富的模拟量和数字外围设备接口。ROM/RAM灵活的架构能够支持不同规模的软件，包括协议栈、路由表和应用程序以及数据。芯片集成了MAC和AES硬件编码加速器，节省功耗的休眠模式，安全键的机制和程序加密。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种基于Zigbee技术的分布式控制器，用于控制无线传感网络中的分布式节点。
本实用新型采用如下技术方案：一种基于ZigBee技术的分布式控制器，用于控制无线传感网络中的分布式终端节点，其特征在于：该控制器包括网络协调控制模块和与其连接的终端节点控制模块，所述终端节点控制模块包括分别与网络协调控制模块连接的若干终端节点控制器；所述网络协调控制模块包括无线微控制模块芯片和与该无线微控制模块芯片通过数据总线和地址总线连接的固件协议栈网络模块芯片。
本实用新型种基于ZigBee技术的分布式控制器，可以用于对分布式无线节点进行实时智能控制。
附图说明
图1是本实用新型控制器总体结构框图；
图2是本实用新型中网关结构框图；
图3是本实用新型中网关电路板结构框图；
图4是本实用新型中节点控制板结构框图；
图5是本实用新型网络协调控制器工作流程图。
具体实施方式
本实用新型的内容、优点和目的将在下面实施例的说明中予以阐述。
本实用新型涉及的智能控制器总体框架结构如图1所示。一种基于ZigBee技术的分布式控制器，用于控制无线传感网络中的分布式终端节点，其特征在于：该控制器包括网络协调控制模块和与其连接的终端节点控制模块，所述终端节点控制模块包括分别与网络协调控制模块连接的若干终端节点控制器；所述网络协调控制模块包括无线微控制模块芯片和与该无线微控制模块芯片通过数据总线和地址总线连接的固件协议栈网络模块芯片。
所述终端节点控制模块包括无线微控制模块芯片、分别与无线微控制模块芯片连接的传感器、电源管理电路以及控制开关电路。
本实用新型中所涉及的网络协调控制模块和各终端节点控制器硬件板均集成了Jennic JN5139无线微控制模块芯片，每一个模块充当网络中的一个角色。网络协调控制模块集成了无线微控制模块芯片Jennic JN5139和固件协议栈网络模块芯片WIZnetWIZ100SR，在网络中充当网关的作用，本实用新型称之为“智能网关”，该网关记录了网络内所有的路由信息，可利用WIZ100SR实现网络内所有节点的双向通信。与网络协调控制模块不同，各终端节点控制器仅集成了JN5139。终端节点控制器与终端节点一一对应，除了作为节点控制器以为，还与网络内的上下层节点进行通信，本实用新型中称为“智能节点控制器”。终端节点是网络内最基本的单元。
本实用新型实现方法：
(1)智能网关
本实用新型中的智能网关由Jennic无线模块(JN5139)和WIZnet固件协议栈网络模块(WIZ100SR)组成，工作电压为DC 5V，控制板构造框图如图2所示。电路板总体结构如图3所示。
JN5139采用了高度集成的单芯片方案，采用了高性能MCU+IEEE802.15.4无线收发器。作为一种微处理器芯片，其具有高性能32-bit RISC CPU内核，多种网络协议栈以及各种应用例程，以及丰富的模拟与数字应用接口，UARTs，SPI，2-Wire Serial(I2C)，GPIO，Timers，PWM，12-bit ADC，DAC，Comparators等，成熟底层协议栈固化在ROM中，可以满足各种应用的需求。应用中可采用芯片内置天线，也可以利用其提供的天线接口选用其他相应的天线。
为了减轻主控芯片的TCP/IP数据包处理负担，该网关采用全硬件化的TCP/IP协议栈网络模块芯片WIZ100SR来完成TCP/IP数据的处理，通过数据/地址总线与主控单片机相连，充分保证数据的处理速度。WIZ100SR是一个网关模块/协议转换器，可以将RS-232协议转换为TCP/IP协议，可实现JN5139与控制中心的双向通信，即可实现远程测量和控制。通过以太网和基于TCP/IP协议连接到现有装备的RS-232串行接口管理和设备控制。无线微控制模块JN5139负责接收无线数据，然后将接收到的数据通过串口(UART1)把收到的数据交付WIZ100SR做网络封包处理。因此，需要发到远程服务器的数据，只需通过UART1发给WIZ100SR由其转交即可。
(2)智能节点控制器
本实用新型的智能节点控制器的主控芯片采用了Jennic无线微控制模块JN5139，控制板结构框架如图4所示。智能节点控制板由无线微控制模块JN5139、传感器、供电与电源管理电路和控制开关电路等组成，工作电压为DC 5V。为便于Jennic JN5139模块对终端节点的控制，传感器输入信号和节点控制方式可由用户根据需要选择。网络具有鲁棒性，任意节点故障不会对网络造成影响，重启或重新上电网络中任何一个节点，节点将会自动加入网络，网络自动恢复。
本实用新型可用于道路照明控制，给出一种基于ZigBee无线技术的分布式灯光智能控制方案，某一路段中的LED路灯可看作分布式终端节点。智能节点控制器将用作LED路灯控制器，能够根据环境亮度、行人等信息实时地调节路灯的亮度。当节点控制器上电后，会自动的组成一个分布式无线网络DWNet。网络协调控制器收到远程的一个LED路灯节点数据时，系统会自动的把该节点的相关信息添加到数据库中。该网络协调控制器还可以通过串口与控制中心连接，通过该接口，可以使用串行命令来操作控制。LED路灯控制器上电后，程序将会根据环境光强度(光敏传感器采集数据)、行人信息(红外传感器采集数据)以及定时时钟设定的值等来控制与调整灯光，无线微控制模块芯片JN5139将对传感器数据和其他信息进行处理并发出控制指令，通过控制开关电路驱动控制LED路灯节点。如果有一个DWNet网络存在，则直接加入该网络。基于DWNet协议栈的路由节点可以路由其它节点的相关信息。当LED路灯节点加入网络后，该节点就处于联机的模式，会定时上报自己的传感器数据以及有关数据包的状态统计等信息。DWNet网络无线路由节点控制器可以根据环境光强度、行人信息或实时时钟实现对LED路灯的智能控制。LED路灯的亮度强弱也可以通过远程服务来控制，在节点中不用设置亮度传感器，可由节点接收到远程服务器的亮度值后对LED亮度进行控制。网络协调控制器工作流程如图5所示。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，对于本实用新型做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于ZigBee技术的分布式控制器，用于控制无线传感网络中的分布式终端节点，其特征在于：该控制器包括网络协调控制模块和与其连接的终端节点控制模块，所述终端节点控制模块包括分别与网络协调控制模块连接的若干终端节点控制器；所述网络协调控制模块包括无线微控制模块芯片和与该无线微控制模块芯片通过数据总线和地址总线连接的固件协议栈网络模块芯片。
2.如权利要求1所述的一种基于ZigBee技术的分布式控制器，其特征在于：所述终端节点控制模块包括无线微控制模块芯片、分别与无线微控制模块芯片连接的传感器、电源管理电路以及控制开关电路。
3.如权利要求1或2所述的一种基于ZigBee技术的分布式控制器，其特征在于：所述终端节点控制模块为LED路灯控制器。
4.如权利要求1所述的一种基于ZigBee技术的分布式控制器，其特征在于：所述无线微控制模块芯片为Jennic JN5139。
5.如权利要求1所述的一种基于ZigBee技术的分布式控制器，其特征在于：所述固件协议栈网络模块芯片为WIZnet WIZ100SR。
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