一种可扩展的ZigBee数据传输设备及方法技术

本发明专利技术公开一种可扩展的ZigBee数据传输设备及方法，所述设备包括数据采集单元、数据转换单元、数据发送单元、数据接收单元、ZigBee数据网关以及电源控制单元。本发明专利技术采用统一标准化的元数据库，可使不同厂家生产的ZigBee设备在互联时，无需依赖各自的数据网关而实现互联，实现ZigBee标准中使用简单、成本低廉的特性。本发明专利技术具有传输结果准确、待机功耗低、尺寸小、防掉电等特点，具有应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种ZigBee数据传输设备及方法，尤其涉及一种ZigBee设备在数量上可扩展的数据键值传输模块及数据传输方法。
技术介绍
ZigBee技术是近年来随着物联网与智能家居的兴起而得到广泛应用的一种技术。在物联网与智能家居应用中，ZigBee技术由于其自组网、功耗小、成本低、使用简单等优点而成为首选技术。然而，市面上的ZigBee设备用途多种多样，其生产厂家各不相同，即便在使用的协议栈相兼容的情况下，所传输数据由于缺乏统一的格式，因而只能被各自的数据网关识别，使得针对某种应用设计的ZigBee设备必须以整套系统的形式部署而无法作为独立的设备加入其它系统，违背了ZigBee低成本低复杂度的设计理念。
技术实现思路
为克服现有技术由于ZigBee设备数据传输格式不一致导致ZigBee设备可扩展性差的缺陷，本专利技术第一方面的目的是提供一种可扩展的ZigBee数据传输设备。本专利技术的具体解决技术方案如下：一种可扩展的ZigBee数据传输设备，包括依次连接的数据采集单元、数据转换单元、数据发送单元以及与上述各单元连接的第一电源控制单元；和数据接收单元、ZigBee数据网关以及与上述各单元连接的第二电源控制单元。所述数据采集单元包括数据采集终端、数据采集微控制器、第一数据存储卡。所述数据采集终端与所述数据采集微控制器的输入端通信连接，所述数据采集微控制器的信号输出端分别与所述第一数据存储卡、所述数据发送单元通信连接，设置存储卡的目的是防止设备运行异常时的数据丢失，当设备异常重启后自动加载存储卡内的数据，确保原始数据的完整性。所述数据采集微控制器为采用16位MSP430单片机，接收所述采集终端采集的信号并转化为模拟电压信号，传递给所述数据采集微控制器，所述数据采集微控制器将模拟电压信号转化为数字信号，传送到所述数据转换单元。进一步地，所述数据采集微控制器包括3.3V电源电路、复位电路、JTAG调试电路。所述数据转换单元包括数据转换器、ZigBee数据元数据库和数据网关平台软件。所述数据转换单元将接收到的数据转化为统一的键值形式的数字信号。所述ZigBee数据元数据库将ZigBee设备传输的数据代表意义、数据格式、数据解读方式与一个数据编号关联，将此编号定义为“键”；所述数据采集单元采集到的数据值定义为“值”。所述数据网关平台软件管理所述ZigBee数据元数据库，当有新的不在标准范围内的ZigBee设备加入时，可以手动添加“键”及“键”关联的数据代表意义、数据格式、数据解读方式信息，并设置ZigBee设备数据发送格式满足“键”-“值”的形式，实现整体系统的可扩展性。为保证数据库的通用性，所述ZigBee数据元数据库由各大ZigBee设备生产厂家共同制定。所述数据发送单元包括依次连接的ZigBee射频收发器和射频功放。所述射频功放包括可控开关电路、射频功放芯片和功放输出电路；所述可控开关电路与所述射频功放芯片的输入端连接，所述功放输出电路与所述射频功放芯片的输出端连接；所述ZigBee射频收发器通过所述可控开关电路与所述射频功放芯片连接。所述ZigBee射频收发器包括PIFA天线。数字信号通过所述PIFA天线传输到所述数据接收单元。进一步地，所述射频功放芯片设置有芯片保护电路。所述数据发送单元，将设置为“键”-“值”形式的数据，以无线形式发送；其中“键”为前文述及的与所述ZigBee数据元数据库相关联的数据编号，“值”为前文所述数据采集单元采集到的数据值。所述第一电源控制单元包括充电管理电路、稳压电路、低压指示和欠压保护电路，能对设备短时掉电情况及时做出响应。所述第一电源控制单元包括可充电的锂电池，当所述第一电源控制单元外接直流电源时，所述直流电源通过稳压电路对所述数据采集单元、所述数据发送单元、所述数据转换单元供电的同时，也对所述锂电池充电，而当外接电源断电时，低压指示和欠压保护电路工作，直接由锂电池通过稳压电路对所述数据采集单元、所述数据发送单元、所述数据转换单元供电。所述第二电源控制单元与所述第一电源控制单元的区别仅为，所述第二电源控制单元为所述ZigBee数据网关、所述数据接收单元供电。所述ZigBee数据网关，包括主控芯片、第二数据存储卡，所述ZigBee数据网关将收到的数据分别发送至第二数据存储卡与主控芯片，所述主控芯片添加有ZigBee数据元数据库，可对“键”-“值”数据进行收发、网间协议的转换以及网间地址的解析。所述数据接收单元，与所述数据发送单元的结构相同，区别仅为用于接收所述数据发送单元以无线发送的键值形式的数字信号。进一步地，若干个可扩展的ZigBee数据传输设备具有相互兼容的协议栈，所述可扩展的ZigBee数据传输设备之间可以自组网并形成到达数据网关的完整通路。进一步地，所述一种可扩展的ZigBee数据传输设备还包括云计算平台，所述一种可扩展的ZigBee数据传输设备与3G/4G/5G网络通讯连接，实时将数据上传至所述云计算平台，并接收所述云计算平台发出的指令，所述云计算平台对接收到的数据进行存储、计算、分析并根据数据结果发出指令。本专利技术第二方面的目的是提供一种可扩展的ZigBee数据传输设备的方法，具体如下：数据采集单元的采集终端采集物联网系统中各种参量的原始数据，并转化为模拟电压信号，再传递给由16位MSP430单片机的数据采集微控制器，所述数据采集微控制器将模拟电压信号转化为数字信号，传送到第一存储卡与数据转换单元。所述第一数据存储卡可防止设备运行异常时的数据丢失，当设备异常重启后自动加载存储卡内的数据，确保原始数据的完整性。数据转换单元的数据转换器将接收到的数据转化为统一的键值形式的数字信号。主要操作通过ZigBee数据元数据库完成，所述ZigBee数据元数据库将ZigBee设备传输的数据代表意义、数据格式、数据解读方式与一个数据编号关联，将此编号定义为“键”。当有新的不在标准范围内的ZigBee设备加入时，数据网关平台软件对所述ZigBee数据元数据库进行管理，可以手动添加“键”及“键”关联的数据代表意义、数据格式、数据解读方式信息，并设置ZigBee设备数据发送格式满足“键”-“值”的形式，实现整体系统的可扩展性。为保证数据库的通用性，所述ZigBee数据元数据库由各大ZigBee设备生产厂家共同制定。数据发送单元，将设置为“键”-“值”的数据形式，以无线形式发送；其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可扩展的ZigBee数据传输设备，其特征在于：包括依次连接的数据采集单元、数据转换单元、数据发送单元以及与上述各单元连接的第一电源控制单元；和数据接收单元、ZigBee数据网关以及与上述各单元连接的第二电源控制单元；所述数据采集单元包括数据采集终端、数据采集微控制器、第一数据存储卡；所述数据采集终端与所述数据采集微控制器的输入端通信连接，所述数据采集微控制器的信号输出端分别与所述第一数据存储卡、所述数据发送单元通信连接，设置存储卡的目的是防止设备运行异常时的数据丢失，当设备异常重启后自动加载存储卡内的数据，确保原始数据的完整性；所述数据采集微控制器为采用16位MSP430单片机，接收所述采集终端采集的信号并转化为模拟电压信号，传递给所述数据采集微控制器，所述数据采集微控制器将模拟电压信号转化为数字信号，传送到所述数据转换单元；所述数据转换单元包括数据转换器、ZigBee数据元数据库和数据网关平台软件；所述数据转换单元将接收到的数据转化为统一的键值形式的数字信号；所述ZigBee数据元数据库将ZigBee设备传输的数据代表意义、数据格式、数据解读方式与一个数据编号关联，将此编号定义为“键”；所述数据采集单元采集到的数据值定义为“值”；所述数据网关平台软件管理所述ZigBee数据元数据库，当有新的不在标准范围内的ZigBee设备加入时，可以手动添加“键”及“键”关联的数据代表意义、数据格式、数据解读方式信息，并设置ZigBee设备数据发送格式满足“键”‑“值”的形式，实现整体系统的可扩展性；为保证数据库的通用性，所述ZigBee数据元数据库由各大ZigBee设备生产厂家共同制定；所述数据发送单元包括依次连接的ZigBee射频收发器和射频功放；所述射频功放包括可控开关电路、射频功放芯片和功放输出电路；所述可控开关电路与所述射频功放芯片的输入端连接，所述功放输出电路与所述射频功放芯片的输出端连接；所述ZigBee射频收发器通过所述可控开关电路与所述射频功放芯片连接；所述ZigBee射频收发器包括PIFA天线；数字信号通过所述PIFA天线传输到所述数据接收单元；所述数据发送单元，将设置为“键”‑“值”形式的数据，以无线形式发送；其中“键”为前文述及的与所述ZigBee数据元数据库相关联的数据编号，“值”为前文所述数据采集单元采集到的数据值；所述第一电源控制单元包括充电管理电路、稳压电路、低压指示和欠压保护电路，能对设备短时掉电情况及时做出响应；所述第一电源控制单元包括可充电的锂电池，当所述第一电源控制单元外接直流电源时，所述直流电源通过稳压电路对所述数据采集单元、所述数据发送单元、所述数据转换单元供电的同时，也对所述锂电池充电，而当外接电源断电时，低压指示和欠压保护电路工作，直接由锂电池通过稳压电路对所述数据采集单元、所述数据发送单元、所述数据转换单元供电；所述第二电源控制单元与所述第一电源控制单元的区别仅为，所述第二电源控制单元为所述ZigBee数据网关、所述数据接收单元供电；所述ZigBee数据网关，包括主控芯片、第二数据存储卡，所述ZigBee数据网关将收到的数据分别发送至第二数据存储卡与主控芯片，所述主控芯片添加有ZigBee数据元数据库，可对“键”‑“值”数据进行收发、网间协议的转换以及网间地址的解析；所述数据接收单元，与所述数据发送单元的结构相同，区别仅为用于接收所述数据发送单元以无线发送的键值形式的数字信号。...

【技术特征摘要】
1.一种可扩展的ZigBee数据传输设备，其特征在于：包括依次连接的数
据采集单元、数据转换单元、数据发送单元以及与上述各单元连接的第一电源
控制单元；和数据接收单元、ZigBee数据网关以及与上述各单元连接的第二电
源控制单元；
所述数据采集单元包括数据采集终端、数据采集微控制器、第一数据存储
卡；所述数据采集终端与所述数据采集微控制器的输入端通信连接，所述数据
采集微控制器的信号输出端分别与所述第一数据存储卡、所述数据发送单元通
信连接，设置存储卡的目的是防止设备运行异常时的数据丢失，当设备异常重
启后自动加载存储卡内的数据，确保原始数据的完整性；所述数据采集微控制
器为采用16位MSP430单片机，接收所述采集终端采集的信号并转化为模拟电
压信号，传递给所述数据采集微控制器，所述数据采集微控制器将模拟电压信
号转化为数字信号，传送到所述数据转换单元；
所述数据转换单元包括数据转换器、ZigBee数据元数据库和数据网关平台
软件；所述数据转换单元将接收到的数据转化为统一的键值形式的数字信号；
所述ZigBee数据元数据库将ZigBee设备传输的数据代表意义、数据格式、数据
解读方式与一个数据编号关联，将此编号定义为“键”；所述数据采集单元采
集到的数据值定义为“值”；所述数据网关平台软件管理所述ZigBee数据元数
据库，当有新的不在标准范围内的ZigBee设备加入时，可以手动添加“键”及
“键”关联的数据代表意义、数据格式、数据解读方式信息，并设置ZigBee设
备数据发送格式满足“键”-“值”的形式，实现整体系统的可扩展性；为保证
数据库的通用性，所述ZigBee数据元数据库由各大ZigBee设备生产厂家共同制
定；
所述数据发送单元包括依次连接的ZigBee射频收发器和射频功放；所述射

\t频功放包括可控开关电路、射频功放芯片和功放输出电路；所述可控开关电路
与所述射频功放芯片的输入端连接，所述功放输出电路与所述射频功放芯片的
输出端连接；所述ZigBee射频收发器通过所述可控开关电路与所述射频功放芯
片连接；所述ZigBee射频收发器包括PIFA天线；数字信号通过所述PIFA天线
传输到所述数据接收单元；所述数据发送单元，将设置为“键”-“值”形式的
数据，以无线形式发送；其中“键”为前文述及的与所述ZigBee数据元数据库
相关联的数据编号，“值”为前文所述数据采集单元采集到的数据值；
所述第一电源控制单元包括充电管理电路、稳压电路、低压指示和欠压保
护电路，能对设备短时掉电情况及时做出响应；所述第一电源控制单元包括可
充电的锂电池，当所述第一电源控制单元外接直流电源时，所述直流电源通过
稳压电路对所述数据采集单元、所述数据发送单元、所述数据转换单元供电的
同时，也对所述锂电池充电，而当外接电源断电时，低压指示和欠压保护电路
工作，直接由锂电池通过稳压电路对所述数据采集单元、所述数据发送单元、
所述数据转换单元供电；
所述第二电源控制单元与所述第一电源控制单元的区别仅为，所述第二电
源控制单元为所述ZigBee数据网关、所述数据接收单元供电；
所述ZigBee数据网关，包括主控芯片、第二数据存储卡，所述ZigBee数据
网关将收到的数据分别发送至第二数据存储卡与主控芯片，所述主控芯片添加
有ZigBee数据元数据库，可对“键”-“值”数据进行收发、网间协议的转换以
及网间地址的解析；
所述数据接收单元，与所述数据发送单元的结构相同，区别仅为用于接收
所述数据发送单元以无线发送的键值形式的数字信号。
2.根据权利要求1所述一种可扩展的ZigBee数据传输设备，其特征在于：

\t所述数据采集微控制器包括3.3V电源电路、复位电路、JTAG调试电路。...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟剑华，
申请(专利权)人：无锡南理工科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32