一种煤田火区监测无线传感器网关制造技术

本实用新型专利技术公开了一种煤田火区监测无线传感器网关，包括汇聚节点、GPRS模块、电源模块和控制开关。电源模块与汇聚节点直接相连；汇聚节点与GPRS模块相连，双向传递数据；控制开关的输入端与电源模块相连，输出端与GPRS模块相连，控制端与汇聚节点相连；汇聚节点能够通过控制开关对GPRS模块的供电进行开关控制。汇聚节点以无线微处理器芯片为核心，配以外围电路集成在一块电路板上；控制开关为数字开关，由三极管、MOS管、光电耦合器和电阻构成。本实用新型专利技术可应用于煤田火区低频度数据采集无线远程监测中，自身带有数据采集功能，可进行远程传输，能够实现整体休眠、降低能耗、缓解网络能量瓶颈问题。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种煤田火区监测无线传感器网关
本技术属于无线传感器
，具体涉及无线传感器网关的设计。
技术介绍
在煤田灭火和火区治理、管理中，需要有对煤层温度实时、实地、直接测量的远程、长期的监测手段，无线传感器网络技术为此提供了可能。部署在现场的网络节点采集火区温度汇集到网关，经由GPRS模块穿越移动网络和Internet网络连接到远端服务器。远离基础设施的无线传感器网络无持续性供电，能耗问题是网络设计的重点，网关又是网络能耗的瓶颈，需要开发一个低功耗的网关。现有能进行远程通信的无线传感器网关一般由单片机或嵌入式板作为主控芯片，连接汇聚节点和GPRS模块或以太网卡组成[I~4]，收集无线传感器一般节点数据并转发给服务器，自身不具备数据采集功能，以无休眠方式工作。持续工作时网关能耗在IOOmA以上，待机时功耗有η X IOmA,采用一个45Ah的大容量电池能维持供电一个月左右。在煤田火区监测的低频度信息采集中，网关绝大部分能量都在待机中消耗。如果让网关在信息采集间隙休眠(不单指汇聚节点，网关其余组件也要能休眠)，会降低能耗。新近出产的无线传感器芯片[5~6]集成了微处理器，选用此类芯片为核心形成的节点可以兼有收集数据和控制功能，能够替代网关中的主控芯片，减少组成部件。核心芯片休眠电流都在μΑ级，节点能耗主要集中在外围电路；GPRS模块自身不具备休眠功能，需要外加控制手段。对比文件[I]王金林，张文博，杨嘯宇，石慧.嵌入式无线传感器网关.CN102932966A.[2] 丁承君，李红磊，张建英.无线气体传感器网络网关的设计与实现.河北工业大学学报，41 (6) ,2012.12.[3]应致标，许康金，江为阳，章国良，周建.无线传感器网关设备.CN201323659Y[4]王宜怀，吴瑾，张文哲，伏玉琢，郭芸.无线传感器网关装置.CN102387609A[5] Jennie.JN_DS-JN5139-xxx_Myy Iv6 [DB/0L].http: //www.jennic.com/support/datasheets/jn5139_module_datasheet, 2010-1[6] TIC0.Ltd.2530Datasheet [DB/0L].http: //www.t1.com.cn/product/cn/cc2530,2010-10
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种能够整体休眠的煤田火区监测无线传感器网关，以实现低功耗工作模式下的无线数据的采集、收集、转发及远程传输。为了解决以上技术问题，本技术采用的具体技术方案如下:一种煤田火区监测无线传感器网关，包括汇聚节点(I)、GPRS模块(2)、电源模块(3)和控制开关(4)，其特征在于:汇聚节点(I)与GPRS模块(2)相连，以进行双向数据通信；电源模块(3)与汇聚节点(I)直接相连、通过控制开关(4)与GPRS模块(2)相连，控制开关⑷与汇聚节点⑴相连；汇聚节点⑴以无线微处理器芯片(101)为核心，配以外围电路集成在一块电路板上；网关能够整体休眠。所述控制开关(4)与汇聚节点(I)集成在同一块电路板中；控制开关(4)的输入端(401)连接电源模块(3)，输出端(402)连接GPRS模块(2)，控制端(403)连接汇聚节点(I);当汇聚节点⑴休眠时控制开关⑷关闭，关断GPRS模块⑵电源；当汇聚节点(I)苏醒时控制开关⑷打开，给GPRS模块⑵供电。所述控制开关(4)为数字开关，由MOS管VT1、三极管VT2、光电耦合器OC和电阻R所述外围电路包括电源电路(102)、外部时钟(103)、晶振电路(104)、LED电路(105)、高温采集电路(106)、天线匹配电路(107)、电压测量(108)、MiniUSB 口 (109)和RS232串口(110)，分别与无线微处理器芯片(101)相连。本技术具有有益效果。(I)本专利技术的煤田火区监测无线传感器网关由汇聚节点直接与GPRS模块相连构成，无需另加控制芯片，优化了组成部件；可进行数据采集、收集、转发以及远程双向传输。汇聚节点控制GPRS模块电源开关，使网关能够整体休眠，在低频度数据采集应用中减少能耗。(2)本专利技术通过在汇聚节点上添加高温采集模块，使其兼有普通节点的采集火区煤层高温数据的功能,增加网络空间监测密度。(3)本专利技术的最小化汇聚节点在满足监测需求下包含最少外围电路，功耗低。【附图说明】图1是本专利技术无线传感器网关结构示意图；图2是本专利技术汇聚节点电路原理图；图3是本专利技术GPRS模块电源控制开关电路原理图。图中:1、汇聚节点2、GPRS模块3、电源模块4、控制开关101、无线微处理器芯片102、电源电路103、外部时钟104、晶振电路105、LED电路106、高温采集电路107、天线匹配电路108、电压测量109、MiniUSB 口 110、RS232串口401、输入端402、输出端403、控制端【具体实施方式】为进一步解释本技术的目的、技术方案和有益效果，以TI公司CC2530芯片作为汇聚节点核心、上海毅加EP221P无线数传终端作为GPRS模块为例，从无线传感器网关的结构、电路原理以及控制开关的电路原理三部分进行详细说明。1.本技术所述的无线传感器网关由汇聚节点1、GPRS模块2、电源模块3和控制开关4组成，结构如图1所示。(I)汇聚节点I与GPRS模块2通过串口相连进行双向通信，电源模块3与汇聚节点I直接相连、与GPRS模块2通过控制开关4相连；控制开关4与汇聚节点I相连。(2)选用TI公司CC2530芯片作为核心，加外围电路形成汇聚节点I。CC2530芯片是用于2.4GHz, IEEE802.15.4,ZigBee和RF4CE应用的一个片上系统，结合了 RF收发器、增强型8051CPU、系统内可编程闪存、8-KBRAM和其它功能。(3 )GPRS模块2选用上海毅加EP22IP无线数传终端，即插即用，实现RS232与GPRS网络透明转换，支持900/1800GSM/GPRS系统，供电为5?12V直流电。(4)电源模块3选用6V12Ah蓄电池，给GPRS模块2和汇聚节点I统一供电。(5)网关可以整体休眠。在煤田火区高温监测应用中，数据采集间隔可为几小时或几天，每个周期中工作时间仅需几分钟，剩余时间采用休眠方式可节省能量。汇聚节点I休眠时给控制开关4指示信号关断GPRS模块2的电源供给，使GPRS模块2无需耗电；汇聚节点I苏醒后给控制开关4指示信号打开GPRS模块2的电源，使GPRS模块2上电工作。2.如图2所示，汇聚节点I的无线微处理器芯片101采用CC2530芯片，外围电路由电源电路102、外部时钟103、晶振电路104、LED电路105、高温采集电路106、天线匹配电路 107、电压测量 108、MiniUSB 口 109、RS232 串口 110 组成。(1)CC2530芯片有40个引脚，39引脚、31引脚、29引脚、28引脚、27引脚连接电源VCC，1?4引脚接地。6引脚、9引脚、12引脚、13引脚、15引脚未用，40引脚通过15pF电容接地，30引脚通过56K电阻接地。(2)电源电路102中，蓄电池BAT提供的6V电压，经下压式开关SWl、保险丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤田火区监测无线传感器网关，包括汇聚节点(1)、GPRS模块(2)、电源模块(3)和控制开关(4)，其特征在于：汇聚节点(1)与GPRS模块(2)相连，以进行双向数据通信；电源模块(3)与汇聚节点(1)直接相连、通过控制开关(4)与GPRS模块(2)相连，控制开关(4)与汇聚节点(1)相连；汇聚节点(1)以无线微处理器芯片(101)为核心，配以外围电路集成在一块电路板上；网关能够整体休眠。

【技术特征摘要】
1.一种煤田火区监测无线传感器网关，包括汇聚节点(1)、GPRS模块(2)、电源模块(3)和控制开关(4)，其特征在于:汇聚节点⑴与GPRS模块⑵相连，以进行双向数据通信；电源模块(3)与汇聚节点(I)直接相连、通过控制开关(4)与GPRS模块(2)相连，控制开关⑷与汇聚节点⑴相连；汇聚节点⑴以无线微处理器芯片(101)为核心，配以外围电路集成在一块电路板上；网关能够整体休眠。2.根据权利要求1所述的一种煤田火区监测无线传感器网关，其特征在于:所述控制开关⑷与汇聚节点⑴集成在同一块电路板中；控制开关⑷的输入端(401)连接电源模块(3)，输出端(402)连接GPRS模块(2)，控制端(403)连接汇聚节点(I);当汇...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹清华，闫述，闻萍，谭成龙，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32