[实用新型]基于FPGA的传感器与网络智能接入装置

说明书

技术领域

基于FPGA的传感器与网络智能接入装置是一种具备多传感器智能感知，多种网络间自动连接的传感器数据源分享的便携式手持设备，该控制器内部集成了FPGA的动态配置技术及IEEE1451传感器智能接入技术，可应用于物联网感知层设备数据的采集、网络分享，属于物联网与嵌入式应用领域。

背景技术

物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有接入到网络中的物理对象能够相互连通的网络。从技术架构来看，物联网可分为感知层、网络层和应用层。感知层是由不同种类的传感器及传感器网关构成，是物联网识别物体、采集信息的来源。

现有感知层传感器在接入系统时往往产生很多困难，这主要是因为传感器的接入多数采用了专有的电路设计，对于传统传感器的智能化改造需要一个漫长的过程，人力和财力的开销都不可小计。另外，不同厂家生产的传感器在数据类型的定义、传感器数据读写控制等有很大的不同，要对感知层的各类传感器进行统一的数据格式编写，也会是一个极其艰巨的工作。

针对传统传感器的智能化改造，美国电气和电子工程师协会已经推出IEEE1451.2标准，这个标准较全面地规定了智能传感器软硬件设计框架和相关接口协议。但这个协议也面临着一些问题：传统传感器的外围电路与智能传感器具有较大区别，对传统传感器外电电路的重新设计改造需要对现有电路进行升级，改造工程巨大。

现有传感器就算接入到系统中，如何适应不同区域的不同类型的网络协议又是困扰物联网发展的另一大阻碍。物联网虽然是基于互联网基础上发展起来的网络，但为了更多终端节点的接入，会在互联网之外加入多种类型的网络标准作为扩展，丰富节点的数量及种类。而现在的传感器网关节点，通常只是具备了一种特定的网络协议，当需要连接不同网络类型的网络时，就不得不新增新的网关节点，增加更多的设备投入成本。

实用新型内容

基于FPGA的传感器与网络智能接入装置采用主流的FPGA控制芯片作为主要的控制器，利用IEEE1451标准中提出的电子数据表格、网络适配器及智能变送器概念进行对应IP核的编写，实现了对不同厂商传感器的自动识别接入、不同网络的自适应连接、切换及传统模拟传感器、智能传感器外围电路的动态配置功能。

本实用新型提供的一种基于FPGA的传感器与网络智能接入装置，其硬件特征在于：

基于FPGA的传感器与网络智能接入装置以下简称控制器，该控制器硬件包括主处理器、数据存储模块、无线收发模块、触摸屏、电源和传感器扩展接口。数据存储模块、无线收发模块、触摸屏、电源模块和传感器扩展接口都分别和主处理器相连。

该主处理器采用可动态配置FPGA芯片，负责处理物联网感知层的各类传感器数据信息与自适应网络选取的综合控制。同时，当用户想要接入不同类别的传感器时，该主处理器可以在控制器工作的状态中，随时灵活配置出新接入传感器所需的外围硬件电路，使得新接入传感器能适应该控制器的工作环境，并且不会影响到其他传感器的正常工作。

该无线收发模块主要用于网络连接及通讯，涉及到的无线连接方式主要有Zigbee通讯协议、蓝牙通讯协议、WIFI通讯协议及手机GSM、WCDMA或TD-LTE通讯协议。通过该无线收发模块，控制器可以在上述任意一种无线通讯信号覆盖的环境下实现对物联网感知层传感器数据的连接、分享。

数据存储模块有两类主要的功能，一方面作为多传感器接入时数据临时存储区域，共主处理器及无线收发模块交换数据，确保了多组传感器的数据不被丢失的情况；另一方面，数据存储模块作为传感器数据的长期存储区域，可以实现控制器对数据的保存，拷贝功能，方面日后对所采集数据的重新分析。

触摸屏作为人机交互平台，可实时显示控制器工作状态、物联网感知层节点数量及数据信息、当前环境下可用无线网络情况、及控制器自身电量等情况；用户也可以通过触摸屏对感知层传感器及无线网络进行配置及选取。

传感器扩展接口的设计使得物联网感知层设备可以很方便的接入到控制器系统中。同时，接口也对不同点信号的传感器做好了物理上的区分，使得接口可以很好的适应不同种类感知层设备的接入。

基于以上硬件平台，本实用新型创造性的设计并实现了符合IEEE1451.2协议标准的智能变送器及网络适配器的FPGA实现方法。由于该设计方法采用了设计硬件电路的思维来建立智能变送器及网络适配器，与现有传统意义上用软件实现的智能变送器及网络适配器具有很大的不同，主要表现在：