[发明专利]基于无线通信与以太网技术的网关设备

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制领域，具体说是一种基于无线通信与以太网技术的网关设备。

背景技术

随着以太网TCP/UDP(Transfer Control Protocol，User DatagramProtocol)技术的迅速发展，以太网已经广泛地应用在互联网、局域网、办公网络和企业管理网络领域。同时，无线传感器网络系统是当今前沿性的热点研究方向之一，有着巨大的科学意义和应用前景，被认为是将对21世纪产生巨大影响力的高技术之一。

无线传感器网络由网关节点和大量无人值守、低功耗的传感器节点组成。网关节点主要负责传感器网络的管理、维护和组网工作；传感器节点用来收集大量的数据信息，通过多跳路由方式传递到网关节点，再由网关节点完成数据的收集与融合。无线传感器网络因为其易于部署、成本较低等特点逐渐成为面向工业监测应用的重要手段。

目前，网关节点与上位机间的通信主要采用串口方式或其他总线方式，如485总线。由于串口和485总线通信速率较低，因此不适合传输大量的数据。而以太网的通信速率可以达到100Mbit/s，甚至是1Gbit/s，适合于传输大量数据的场合。

将无线通信技术与以太网技术相结合，提高网关与上位机间的通信速率，用于信息的传输和处理的技术方案目前尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无线通信与以太网技术的网关设备，它将无线通信技术和以太网技术相结合，通过无线通信模块管理和维护无线设备，通过以太网模块与上位机进行通信，从而提高网关与上位机间的通信速率，便于信息的传输和处理。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

包括无线通信模块、以太网通信模块两部分，其中：

-无线通信模块，运行无线通信协议，负责无线通信功能；

-以太网通信模块，通过串口与无线通信模块相连；

其中：在所述无线通信模块中由微控制器存储有无线通信协议，通过SPI接口操作射频器(RF)。

所述无线通信协议负责无线数据的发送和接收、设备的管理和维护，以及网络配置、网络同步、收集并处理采集的数据，对要发送的数据按照所定义的格式进行封装，并通过射频器发送；同时对射频器接收的数据进行解析，按照数据的内容执行相应操作。

所述无线通信协议的工作步骤为：通过接收处理来自射频器的唤醒帧完成基本信息收集工作，将数据写入信息表；通过发送数据请求帧，获取所采集的信息数据，并等待接收来自射频器RF的数据响应帧；接收到数据响应帧后，通过串口将数据发送到以太网通信模块；通过发送网络同步帧，发布当前网络信息。其中所定义格式为：每种类型的帧具有统一的帧头部分，及可选的数据部分；所述帧头部分包括：

网络标识；源地址；目的地址；帧类型，分别为唤醒帧、数据请求帧、数据响应帧和网络同步帧；帧序列号。

所述数据响应帧和网络同步帧具有数据部分；数据响应帧的数据部分用来表示所采集的数据信息，网络同步帧的数据部分用来表示当前网络时间信息。

本发明解决了无线通信协议栈开发的关键技术，提供了用来完成过程自动化领域中数据采集的网关设备。将网关设备的核心技术——无线通信协议与以太网技术相结合，更具有如下优点：

1.应用广泛。可以应用于化工、制药、冶金、食品加工、能源、环境监控等行业的自动化控制领域。

2.降低成本。本发明采用无线通信方式，可以节省传统控制系统中的布线成本，大大降低系统造价。

3.与以太网无缝集成。本发明通过无线通信模块可以轻易实现与以太网的无缝集成。

4.高传输速率。由于采用以太网通信模块，其传输速率达100Mbit/s，甚至是1Gbit/s，所以采用本发明能充分满足数据信息传输需求，特别适合于传输大量数据的场合。

由于本发明有以上特点，使系统从设备、安装到正常运行及其检修维护，都体现出优越性。如：

1.节省硬件数量与投资。由于本发明可以同时对多个无线设备进行管理和维护，从而节省了一大笔硬件投资。

2.节省安装费用。由于采用了无线通信技术，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少。当需要增加现场设备时，无需增设新的电缆，即可直接使用，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。

3.节省维护开销。由于本发明提供设备管理与维护功能，用户可以在线查询所有设备的运行信息。

附图说明

图1是本发明硬件结构框图。

图2是本发明的无线通信模块框图。

图3是本发明的以太网通信模块框图。