一种基于ZigBee传输的互联网控制系统 |
|||||||
| 申请号 | CN201710193868.1 | 申请日 | 2017-03-28 | 公开(公告)号 | CN107071706A | 公开(公告)日 | 2017-08-18 |
| 申请人 | 张韶文; | 发明人 | 张韶文; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及互联网控制系统，具体涉及一种基于ZigBee传输的互联网控制系统，包括射频系统、 软件 部分、指纹识别部分和路由 电路 ；本发明的主射频模 块 通过SPI接受从射频模块识别到的 电子 标签ID信息以实现双通道传输，具有更好的数据准确性及可靠性；ZigBee终端 节点 ：将主从射频模块对电子标签识别到的数据信息通过无线方式发送给ZigBee协调器节点，同时ZigBee终端节点根据协调器传输过来的控制指令来控制主从射频模块，从而实现对电子标签相应的处理；指纹识别对信息进行采集，DSP获取指纹信息后进行比对和身份认证，最后通过串口将身份认证信息传给身份认证信息无线传输模块，可实现指纹 锁 定，和智能化控制，具有很强的创造性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于ZigBee传输的互联网控制系统，包括计算机，其特征在于：包括射频系统、软件部分、指纹识别部分和路由电路，所述射频系统包括有源电子标签、以nRF24LE1芯片为微处理器的主从射频模块、ZigBee终端节点、ZigBee协调器节点和PC上位机，所述主射频模块通过SPI接受从射频模块识别到的电子标签ID信息以实现双通道传输，具有更好的数据准确性及可靠性；ZigBee终端节点：将主从射频模块对电子标签识别到的数据信息通过无线方式发送给ZigBee协调器节点，同时ZigBee终端节点根据协调器传输过来的控制指令来控制主从射频模块，从而实现对电子标签相应的处理；协调器节点：将ZigBee终端节点发送过来的电子标签数据信息通过串口RS232传给上位机，把上位机的控制指令转发给ZigBee终端节点；PC上位机：有相应的应用软件，处理来自于ZigBee协调器节点的标签信息并且向ZigBee协调器节点发送控制信息，所述指纹识别对信息进行采集，DSP获取指纹信息后进行比对和身份认证，最后通过串口将身份认证信息传给身份认证信息无线传输模块，C5507对AES2510有指纹信息的读取和状态寄存器的配置操作，C5507的A0引脚与AES2510的A0引脚相连，当A0为0时C5507通过总线读取AES2510扫描的指纹信息，当A0为1时C5507通过总线对AES2510的状态寄存器进行读取和配置。 |
||||||
| 说明书全文 | 一种基于ZigBee传输的互联网控制系统技术领域[0001] 本发明涉及互联网控制系统，具体涉及一种基于ZigBee传输的互联网控制系统。 背景技术[0002] ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称(又称紫蜂协议)来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4标准的规定。互联网标准化组织IETF也看到了无线传感器网络(或者物联网)的广泛应用前景，也加入到相应的标准化制定中。以前许多标准化组织和研究者认为IP技术过于复杂，不适合低功耗、资源受限的无线传感器网络，因此都是采用非IP技术。在实际应用中，如ZigBee需要接入互联网时需要复杂的应用层网关，也不能实现端到端的数据传输和控制。与此同时，与ZigBee类似的标准还有z-wave、ANT、Enocean等，相互之间不兼容，不利于产业化的发展。IETF和许多研究者发现了存在的这些问题，尤其是Cisco的工程师基于开源的uIP协议实现了轻量级的IPv6协议，证明了IPv6不仅可以运行在低功耗资源受限的设备上，而且，比ZigBee更加简单，彻底改变了大家的偏见，之后基于IPv6的无线传感器网络技术得到了迅速发展。IETF已经完成了核心的标准规范，包括IPv6数据报文和帧头压缩规范6Lowpan、面向低功耗、低速率、链路动态变化的无线网络路由协议RPL、以及面向无线传感器网络应用的应用层标准CoAP，相关的标准规范已经发布。在专利号为CN201610055663的专利文件中，公开了一种互联网接入控制方法及装置。所述方法包括以下步骤：A、获取所述用户设备的第一通信号码的第一网络访问属性信息和第二通信号码的第二网络访问属性信息；B、根据所述第一网络访问属性信息和所述第二网络访问属性信息选择第一网络数据通道、第二网络数据通道中的一者，并生成选择结果；C、控制所述用户设备通过所述第一网络数据通道、所述第二网络数据通道中与所述选择结果对应的一者接入所述互联网。本发明能优化移动网络流量的使用。 [0003] 上述专利文件能优化移动网络流量的使用，避免因移动网络流量使用不合理而导致用户被扣费。其是对于具体的接入进行控制，对于如何提供一种操作便捷，系统结构简单，指纹识别，实现智能化远程控制的基于ZigBee传输的互联网控制系统缺少技术性解决方案。 发明内容[0004] (一)解决的技术问题 [0005] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于ZigBee传输的互联网控制系统，用于解决如何提供一种操作便捷，系统结构简单，指纹识别，实现智能化远程控制的基于ZigBee传输的互联网控制系统的问题。 [0006] (二)技术方案 [0007] 为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现： [0008] 一种基于ZigBee传输的互联网控制系统，包括计算机，其特征在于：包括射频系统、软件部分、指纹识别部分和路由电路，所述射频系统包括有源电子标签、以nRF24LE1芯片为微处理器的主从射频模块、ZigBee终端节点、ZigBee协调器节点和PC上位机，所述主射频模块通过SPI接受从射频模块识别到的电子标签ID信息以实现双通道传输，具有更好的数据准确性及可靠性；ZigBee终端节点：将主从射频模块对电子标签识别到的数据信息通过无线方式发送给ZigBee协调器节点，同时ZigBee终端节点根据协调器传输过来的控制指令来控制主从射频模块，从而实现对电子标签相应的处理；协调器节点：将ZigBee终端节点发送过来的电子标签数据信息通过串口RS232传给上位机，把上位机的控制指令转发给ZigBee终端节点；PC上位机：有相应的应用软件，处理来自于ZigBee协调器节点的标签信息并且向ZigBee协调器节点发送控制信息，所述指纹识别对信息进行采集，DSP获取指纹信息后进行比对和身份认证，最后通过串口将身份认证信息传给身份认证信息无线传输模块，C5507对AES2510有指纹信息的读取和状态寄存器的配置操作，C5507的A0引脚与AES2510的A0引脚相连，当A0为0时C5507通过总线读取AES2510扫描的指纹信息，当A0为1时C5507通过总线对AES2510的状态寄存器进行读取和配置。 [0009] 优选的，所述射频系统包括主从射频模块电路，所述主从射频模块电路通过串行口接收ZigBee终端节点从ZigBee协调器节点传输过来的上位机发出的控制指令，从而控制射频芯片与电子标签进行数据通信，完成对电子标签的读写，射频芯片负责无线信号的编码和解码、调制和解调；电子标签是系统的应用终端，装载着物体的数据信息及标签自身信息，从读写器天线发出的无线脉冲接收读写器所发出的控制信息，然后把电子标签的数据信息通过天线再返回给读写器，完成读写器对电子标签数据的读写。 [0010] 优选的，所述射频系统包括ZigBee终端节点电路，所述ZigBee终端节点电路主要控制电子标签与主从射频模块进行数据交换以及和ZigBee协调器节点进行数据通信，该终端节点电路使用32MHz的晶振作为时钟信号，与主从射频模块通过串口连接实现数据通信，ZigBee终端节点采用CC2530芯片。 [0011] 优选的，所述射频系统包括ZigBee协调器节点电路，所述ZigBee协调器节点电路负责将ZigBee终端节点发送过来的数据通过RS232串口线与上位机实现数据通信，同时将接受上位机传输过来的控制指令并发送给ZigBee终端节点。 [0012] 优选的，所述ZigBee终端节点电路还有软件部分，在终端采集节点主要功能是接受来自上位机的数据采集指令后，采集电子标签数据信息，并将采集到的数据信息发送到协调器节点，首先ZigBee终端节点上电初始化，申请加入已组建的ZigBee网络，若加入网络成功，进入低功耗模式即休眠状态，以降低终端节点功耗，等待定时中断产生，ZigBee终端节点微处理器控制主从射频模块读取电子标签信息，并将识别到的标签数据信息通过ZigBee无线模块传输给ZigBee协调器节点，然后再通过串口RS232传输给上位机进行处理。 [0013] 优选的，所述ZigBee协调器节点电路还有软件部分，利用ZigBee网络的Z-STACK协议栈进行无线通信，Z-STACK协议基于轮转查询式操作系统来实现，协调器节点上电后，初始化硬件及协议栈，搜索信道和空闲信道评估，选择信道并建立ZigBee网络，若节点申请加入网络，准许加入并分配一个l6位的网络短地址，等待上位机发送过来的数据采集指令，然后RFID读写器对电子标签进行识别，将接收的所有数据包通过串口通信发送到PC上位机，以便进行数据处理。 [0014] 优选的，所述路由电路利用Linux内核支持IPMasquerade技术实现NAT转换，实现多台主机共享访问因特网，IPMasquerade工作原理：客户机将实现IPMasquerade的Linux机器设置为缺省网关，当IPMasquerade的Linux机器收到客户机的数据包时，对其进行改写，将源地址替换为自己的IP地址，将源端口号换成一个新的端口号，并且对该过程进行记录；当接收到响应数据包时，如果其端口号正是先前所指定的端口号则再对该数据包进行改写，将其目的IP地址及目的端口号替换为原来记录的客户机IP地址和端口号，然后再发送给客户机。 [0015] (三)有益效果 [0016] 本发明的主射频模块通过SPI接受从射频模块识别到的电子标签ID信息以实现双通道传输，具有更好的数据准确性及可靠性；ZigBee终端节点：将主从射频模块对电子标签识别到的数据信息通过无线方式发送给ZigBee协调器节点，同时ZigBee终端节点根据协调器传输过来的控制指令来控制主从射频模块，从而实现对电子标签相应的处理；协调器节点：将ZigBee终端节点发送过来的电子标签数据信息通过串口RS232传给上位机，把上位机的控制指令转发给ZigBee终端节点；PC上位机：有相应的应用软件，处理来自于ZigBee协调器节点的标签信息并且向ZigBee协调器节点发送控制信息，指纹识别对信息进行采集，DSP获取指纹信息后进行比对和身份认证，最后通过串口将身份认证信息传给身份认证信息无线传输模块，可实现指纹锁定，和智能化控制，具有很强的创造性。附图说明 [0017] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0018] 图1是本发明的射频系统的框图； [0019] 图2是本发明的ZigBee终端节点电路原理图； [0020] 图3是本发明的ZigBee协调器节点电路原理图； [0021] 图4是本发明的ZigBee终端节点软件流程图； [0022] 图5是本发明的ZigBee协调器节点软件流程图； [0023] 图6是本发明的指纹识别系统框图； [0024] 图7是本发明的路由器电路原理图。 具体实施方式[0025] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0026] 如图1-7所示的一种基于ZigBee传输的互联网控制系统，包括计算机，包括射频系统、软件部分、指纹识别部分和路由电路，射频系统包括有源电子标签、以nRF24LE1芯片为微处理器的主从射频模块、ZigBee终端节点、ZigBee协调器节点和PC上位机，主射频模块通过SPI接受从射频模块识别到的电子标签ID信息以实现双通道传输，具有更好的数据准确性及可靠性；ZigBee终端节点：将主从射频模块对电子标签识别到的数据信息通过无线方式发送给ZigBee协调器节点，同时ZigBee终端节点根据协调器传输过来的控制指令来控制主从射频模块，从而实现对电子标签相应的处理；协调器节点：将ZigBee终端节点发送过来的电子标签数据信息通过串口RS232传给上位机，把上位机的控制指令转发给ZigBee终端节点；PC上位机：有相应的应用软件，处理来自于ZigBee协调器节点的标签信息并且向ZigBee协调器节点发送控制信息，指纹识别对信息进行采集，DSP获取指纹信息后进行比对和身份认证，最后通过串口将身份认证信息传给身份认证信息无线传输模块，C5507对AES2510有指纹信息的读取和状态寄存器的配置操作，C5507的A0引脚与AES2510的A0引脚相连，当A0为0时C5507通过总线读取AES2510扫描的指纹信息，当A0为1时C5507通过总线对AES2510的状态寄存器进行读取和配置。 [0027] 射频系统包括主从射频模块电路，主从射频模块电路通过串行口接收ZigBee终端节点从ZigBee协调器节点传输过来的上位机发出的控制指令，从而控制射频芯片与电子标签进行数据通信，完成对电子标签的读写，射频芯片负责无线信号的编码和解码、调制和解调；电子标签是系统的应用终端，装载着物体的数据信息及标签自身信息，从读写器天线发出的无线脉冲接收读写器所发出的控制信息，然后把电子标签的数据信息通过天线再返回给读写器，完成读写器对电子标签数据的读写。 [0028] 射频系统包括ZigBee终端节点电路，ZigBee终端节点电路主要控制电子标签与主从射频模块进行数据交换以及和ZigBee协调器节点进行数据通信，该终端节点电路使用32MHz的晶振作为时钟信号，与主从射频模块通过串口连接实现数据通信，ZigBee终端节点采用CC2530芯片。 [0029] 射频系统包括ZigBee协调器节点电路，ZigBee协调器节点电路负责将ZigBee终端节点发送过来的数据通过RS232串口线与上位机实现数据通信，同时将接受上位机传输过来的控制指令并发送给ZigBee终端节点。 [0030] ZigBee终端节点电路还有软件部分，在终端采集节点主要功能是接受来自上位机的数据采集指令后，采集电子标签数据信息，并将采集到的数据信息发送到协调器节点，首先ZigBee终端节点上电初始化，申请加入已组建的ZigBee网络，若加入网络成功，进入低功耗模式即休眠状态，以降低终端节点功耗，等待定时中断产生，ZigBee终端节点微处理器控制主从射频模块读取电子标签信息，并将识别到的标签数据信息通过ZigBee无线模块传输给ZigBee协调器节点，然后再通过串口RS232传输给上位机进行处理。 [0031] ZigBee协调器节点电路还有软件部分，利用ZigBee网络的Z-STACK协议栈进行无线通信，Z-STACK协议基于轮转查询式操作系统来实现，协调器节点上电后，初始化硬件及协议栈，搜索信道和空闲信道评估，选择信道并建立ZigBee网络，若节点申请加入网络，准许加入并分配一个l6位的网络短地址，等待上位机发送过来的数据采集指令，然后RFID读写器对电子标签进行识别，将接收的所有数据包通过串口通信发送到PC上位机，以便进行数据处理。 [0032] 路由电路利用Linux内核支持IPMasquerade技术实现NAT转换，实现多台主机共享访问因特网，IPMasquerade工作原理：客户机将实现IPMasquerade的Linux机器设置为缺省网关，当IPMasquerade的Linux机器收到客户机的数据包时，对其进行改写，将源地址替换为自己的IP地址，将源端口号换成一个新的端口号，并且对该过程进行记录；当接收到响应数据包时，如果其端口号正是先前所指定的端口号则再对该数据包进行改写，将其目的IP地址及目的端口号替换为原来记录的客户机IP地址和端口号，然后再发送给客户机。 [0033] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 [0034] ZigBee终端节点是系统中非接触式RFID读写器和ZigBee无线模块的硬件核心，主要控制电子标签与主从射频模块进行数据交换以及和ZigBee协调器节点进行数据通信。该终端节点电路使用32MHz的晶振作为时钟信号，与主从射频模块通过串口连接实现数据通信。ZigBee终端节点采用CC2530芯片，该芯片是TI公司推出的能实现2.4GHz IEEE 802.15.4的射频收发，具有灵敏度高、抗干扰能力强等特点，尤其是CC2530芯片的超低功耗，在被动模式(RX)下，电流损耗为24mA，在主动模式(TX)时，电流损耗为29mA，具有三种模式，模式1、模式2和模式3电流损耗分别为0.2mA、1uA和0.4uA，特别适合那些要求低功耗的场合。还具有2V-3.6V的宽电源电压范围。它内含一个8位MCU(8051)，8KB的RAM，还包含具有 8路输入和可配置分辨率的12位模拟数字转换器(ADC)、1个符合IEEE 802.5.4规范的MAC定时器、1个常规的16位定时器和1个8位定时器、AES-128协同处理器、看门狗定时器、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路、以及21个可编程I/0引脚。 [0035] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 |
||||||
