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时间:2018-12-05
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1、一种用于环境远程监测的ZigBee-WiFi网关研制摘要:信息技术与环境监测的结合极大促进了环境监控技术的发展,而现代环境监测也对数据采集、无线传输和远程应用提出了更高的要求。ZigBee以其低功耗、自组网被广泛用于监测系统中,为了将其与高传输速率、易于远程应用的WiFi网络集成,本文设计并实现了一种基于STM32W108及AX22001芯片的ZigBee-WiFi无线网关,该网关能够完成ZigBee与WiFi之间的协议转换,实现两种不同网络间的数据互联,拓展了环境监测设备的感知、监控范围。经测试该无线网关达到设计要求且运行稳定可靠。关键词:环境监测;ZigBee
2、;WiFi;无线网关中图分类号:X83文献标识码:A引百随着环保意识的日益加强,对于环境的监测要求越来越高,不仅监测的参数越来越多,而且监测范围越来越细,手段也更加灵活。因此,用信息技术来提升环境监测设备不仅可能而且必要。早期环境监测设备中的监控数据多采用有线传输或者人工抄表,因其布线繁冗,成本高,位置固定,灵活度低而受到很大限制。智能化的数据采集处理与无线传输是环境监测设备的重要发展趋势。一种用于环境远程监测的ZigBee-WiFi网关研制摘要:信息技术与环境监测的结合极大促进了环境监控技术的发展,而现代环境监测也对数据采集、无线传输和远程应用提出了更高的要求。
3、ZigBee以其低功耗、自组网被广泛用于监测系统中,为了将其与高传输速率、易于远程应用的WiFi网络集成,本文设计并实现了一种基于STM32W108及AX22001芯片的ZigBee-WiFi无线网关,该网关能够完成ZigBee与WiFi之间的协议转换,实现两种不同网络间的数据互联,拓展了环境监测设备的感知、监控范围。经测试该无线网关达到设计要求且运行稳定可靠。关键词:环境监测;ZigBee;WiFi;无线网关中图分类号:X83文献标识码:A引百随着环保意识的日益加强,对于环境的监测要求越来越高,不仅监测的参数越来越多,而且监测范围越来越细,手段也更加灵活。因此,
4、用信息技术来提升环境监测设备不仅可能而且必要。早期环境监测设备中的监控数据多采用有线传输或者人工抄表,因其布线繁冗,成本高,位置固定,灵活度低而受到很大限制。智能化的数据采集处理与无线传输是环境监测设备的重要发展趋势。ZigBee是目前应用最为广泛的近场无线通信技术之一,具有自组织、低成本、低功耗、高可靠性和短时延的特点,是需要较多传感控制节点应用的首选。ZigBee工作在2.4GHzISM频段,最多可容纳65536个节点,节点不仅能进行数据采集,还能以多跳的方式承担网内节点的数据转发。但ZigBee单跳通信距离较短,数据传输速率最高仅为250kb/s@2.4GH
5、z且不能直接与Internet互联[1]。为了拓展通信距离和实现远程应用,文献【2】直接给出了基于WiFi的监控方案,但是WiFi节点功耗相对较高,组网方式限制了其覆盖范围。文献【3】采用ZigBee和以太网相结合的方式实现数据采集与远程应用,具体是通过ARM+Linux控制通信模块,如GPRS/CDMA或其他以太网接口来实现的。ARM芯片分别与ZigBee和通信模块相连,通过运行ARM中Linux平台上的代码进行总体控制和协议转换,此类方案虽可实现ZigBee与以太网之间的协议转换,但是网关的功耗大,成本高,协议转换效率低,可靠性与稳定性相对较差。为充分利用Zi
6、gBee和WiFi的优点,实现设施环境监测数据与Internet无缝链接,拓展设施环境监测设备的应用范围。本文给出并实现了一种新的ZigBee-WiFi无线网关,该网关以STM32W108及AX22001为核心芯片,通过固化在芯片中的代码实现ZigBee网络与WiFi网络的协议转换,经测试,该无线网关稳定可靠,功耗低,能够满足设现代环境监测对数据采集、无线传输和数据远程应用的要求。1.网关硬件设计与实现ZigBee-WiFi无线网关位于ZigBee网络和WiFi网络之间,实现两种不同协议的转换。本文设计并实现的网关既是ZigBee网络的协调器,负责构建和配置整个Z
7、igBee无线传感器网络,又是WiFi的无线节点,具有收集分发ZigBee节点数据、协议转换功能。其结构和功能如图1所示:1ZigBee-WiFi网关结构能功能ZigBee部分以STM32W108CBU61为核心芯片,它是集成了符合IEEE802.15.4标准2.4GHz收发器的32位ARMCortex-M3微处理器,固化了EmberZigBee协议栈,支持星型、树状和网状三种ZigBee基本网络结构[6]。网关中ZigBee射频部分在使用片内功率放大器时,无阻挡传输距离约为75M,能够满足布局简单,范围较小的场合。网关中WiFi部分主控核心芯片AX22001是内
8、置802.
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