[发明专利]一种低功耗工业无线网络数据传输设备及使用方法

权利要求书

1.一种低功耗工业无线网络数据传输设备，其特征在于：它包括微处理器电路、射频模块、串口电路；其中，微处理器电路与射频模块之间一路采用SPI总线通信交互连接，另一路通过其控制接口接射频模块控制端，对射频模块进行状态控制，串口电路与微处理器电路对应端连接，该串口电路另一端与PC机或手持设备连接进行数据通信；各数据采集电路输出端与微处理器电路输入端连接，可获得工业现场数据，该数据经微处理器电路、无线射频模块实现数据的传输、转发、显示和控制。

2.按照权利要求1所述的一种低功耗工业无线网络数据传输设备，其特征在于：所述微处理器电路包括：

MCU(U1)，采用MSP430F1611或Atxmega128，内含程序存储器FLASH，MCU用来运行无线协议栈软件和应用程序，FLASH用来存储无线协议栈软件和应用程序；

第1晶振电路，为单片机工作提供时钟节拍；

复位电路，用于实现单片机复位；

第1晶振电路和复位电路输出端分别接MCU(U1)的输入端。

3.按照权利要求1所述的一种低功耗工业无线网络数据传输设备，其特征在于：所述射频模块包括：

射频芯片(U2)，采用CC2420或JN5139，通过MCU(U1)将其发送缓存中的数据发送到空中，或接收空中的无线数据到射频芯片(U2)中的接收缓存中；

第2晶振电路，产生晶体振荡，为射频模块工作提供时钟节拍；

射频芯片(U2)的输入端接第2晶振电路的输出端。

4.按照权利要求2或3所述的一种低功耗工业无线网络数据传输设备，其特征在于：MCU(U1)与射频芯片(U2)之间采用4根SPI总线数据通信交互连接；其中，MCU(U1)通过引脚(MISO、MOSI、SCLK、P3.0)配置成主机，射频芯片(U2)通过引脚(SI、SO、SCLK和CSn)配置成从机。

5.按照权利要求4所述的一种低功耗工业无线网络数据传输设备，其特征在于：MCU(U1)与射频芯片(U2)之间的控制端采用4根总线相连接，对射频芯片状态进行控制；其中，MCU的引脚(P1.3)连接射频芯片(U2)的引脚(SFD)，用于捕获射频数据；MCU的引脚(P1.2)连接射频芯片(U2)的引脚(CCA)，用于射频信道空闲评估；MCU的引脚(P1.0、P1.1)连接射频芯片(U2)的引脚(FIFO、FIFOP)，用于射频数据的接收和发送。

6.按照权利要求1所述的一种低功耗工业无线网络数据传输设备，其特征在于：所述串口电路包括：

串口驱动芯片(U3)，该芯片主要实现微处理器3.3V与电脑12V电压之间的转换；该串口驱动芯片(U3)通过串口母头(JP6)与PC或手持设备物理连接。

7.一种权利要求1所述的一种低功耗工业无线网络数据传输设备的使用方法，其特征在于包括步骤如下：

基于低功耗MCU和射频模块搭建硬件平台；

建立应用程序，通过各数据采集电路采集的工业现场数据转换为数字量数据发送给协议栈或接收协议栈传上来的数据；

依据WIA工业无线标准，建立工业无线协议栈，该协议栈包括数据通信模块、网络管理和维护模块、通信调度模块、时间同步模块和信道跳频模块作为底层固件保存在MCU的FLASH中；

将应用程序的电压或电流数字量送入协议栈通过其数据通信模块对该数字量进行发送和接收处理，转换为符合WIA工业无线标准的数据，再通过射频驱动程序驱动无线射频模块将标准的数据传输到监控终端进行显示、监控和保存，还可以接收来自监控终端的数据进行处理；

另外，还包括通过网络管理和维护模块实现传输设备加入网络或离开网络，对加入网络的设备进行参数配置、时间同步和对在网设备发送周期性报告，从而使入网设备获得通信资源包括时隙和信道信息；

利用通信调度模块和信道跳频模块，依据得到的时隙和信道信息，实现对当前设备的时隙和信道跳频的管理。

8.按照权利要求7所述的一种低功耗工业无线网络数据传输设备的使用方法，其特征在于：所述数据通信模块实现数据发送和接收，其具体过程如下：

首先判断是否发送数据，如发送，将用户层的应用程序的数字量经应用子层、网络层、数据链路子层打包处理后传递到底层MAC层；

将MAC层数据封装成IEEE802.15.4标准数据帧，调用射频驱动程序发送给工业无线网络设备。