一種基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端裝置。本實用新型結(jié)構(gòu)為ZigBee協(xié)調(diào)器連接ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊，ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊、語音分貝檢測模塊、攝像頭模塊、Wi?Fi傳輸模塊分別連接可編輯邏輯器件模塊，電腦與Wi?Fi傳輸模塊均線連接。本實用新型克服了難于普及應(yīng)用，不適應(yīng)于生產(chǎn)現(xiàn)場、野外和邊遠地區(qū)等環(huán)境的應(yīng)急監(jiān)測，搭建有線網(wǎng)絡(luò)困難的缺陷。本實用新型通過Wi?Fi連接上位機，實現(xiàn)環(huán)境的實時監(jiān)測，適用于生產(chǎn)現(xiàn)場、野外、邊遠地區(qū)等需要進行實時監(jiān)測的場合，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及環(huán)境監(jiān)測和無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]水質(zhì)污染、噪聲污染、空氣污染和其他環(huán)境問題已成為不可忽視的問題。
[0003]在本實用新型發(fā)明之前，目前的環(huán)境監(jiān)測還存在著如下缺陷:
[0004](1)目前采用的精密儀器和自動監(jiān)測系統(tǒng)大多依靠進口，且部分精密儀器工作條件要求比較高，需安裝于實驗室，難于普及應(yīng)用，尤其不適應(yīng)于生產(chǎn)現(xiàn)場、野外和邊遠地區(qū)等環(huán)境的應(yīng)急監(jiān)測。
[0005](2)現(xiàn)有很多環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)采用的是有線或有線加調(diào)制解調(diào)器或光纖等通訊方式，但是在環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中，很多監(jiān)控點必須是野外、企業(yè)排污點等無人值守的搭建有線網(wǎng)絡(luò)困難的環(huán)境。
[0006]綜上，無線化、智能化、微型化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化是環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。而基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端可改變當(dāng)前滯后的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，解決環(huán)境監(jiān)測中遇到的困難和難題，并特有的微型化及智能化屬性，現(xiàn)已成為環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域研究的熱點?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0007]本實用新型的目的就在于克服上述缺陷，研制一種基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端裝置。
[0008]本實用新型的技術(shù)方案是:
[0009]—種基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端裝置，有麥克風(fēng)連接語音分貝檢測模塊、攝像頭、電腦，其主要技術(shù)特征在于ZigBee協(xié)調(diào)器連接ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊，ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊、語音分貝檢測模塊、攝像頭模塊、W1-Fi傳輸模塊分別連接可編輯邏輯器件模塊，電腦與W1-Fi傳輸模塊均線連接。
[0010]所述ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊與前端ZigBee協(xié)調(diào)器采用主從結(jié)構(gòu)的串口通信。[〇〇11]所述ZigBee協(xié)調(diào)器中的收發(fā)引腳及地腳與所述ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊中的發(fā)收引腳及地腳對應(yīng)連接，實現(xiàn)串口通信。
[0012]所述W1-Fi傳輸模塊是采用UDP協(xié)議與電腦進行通信連接的。[〇〇13]所述攝像頭模塊與前端攝像頭是以集成電路總線方式相連，攝像頭的SDA和SCL引腳分別與所述攝像頭模塊中的模擬實現(xiàn)的SDA和SCL引腳對應(yīng)連接。[〇〇14]所述W1-Fi傳輸模塊與前端W1-Fi設(shè)備是以串行外設(shè)接口的方式相連，W1-Fi中的 CS，SCLK，SDI，SD0引腳分別與所述W1-Fi傳輸模塊中的模擬實現(xiàn)的CS，SCLK，SD0，SDI引腳對應(yīng)連接，實現(xiàn)串行外設(shè)接口通信。
[0015]所述可編輯邏輯器件模塊包含對數(shù)據(jù)進行處理的軟核和緩存的存儲器單元。
[0016]所述語音分貝檢測模塊與前端麥克風(fēng)是通過輸入/輸出端口方式直接相連。
[0017]本實用新型的有益效果是，本實用新型基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端設(shè)計裝置采用ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊接收從ZigBee協(xié)調(diào)器處的環(huán)境數(shù)據(jù)信息、采用語音分貝檢測模塊接收麥克風(fēng)采集的噪聲數(shù)據(jù)和采用攝像頭模塊接收攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)，此三類數(shù)據(jù)均由可編輯邏輯器件模塊進行處理，并通過W1-Fi連接上位機，實現(xiàn)環(huán)境的實時監(jiān)測。本實用新型適用于生產(chǎn)現(xiàn)場、野外、邊遠地區(qū)等需要進行實時監(jiān)測的場合，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。【附圖說明】
[0018]圖1——本實用新型硬件框架示意圖。
[0019]圖2—一本實用新型中可編輯邏輯器件模塊工作流程示意圖。
[0020]圖3—一本實用新型中ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊工作流程示意圖。[0021 ]圖4一一本實用新型中語音分貝檢測模塊工作流程示意圖。
[0022]圖5—一本實用新型中攝像頭模塊工作流程示意圖。[〇〇23]圖6—一本實用新型中W1-Fi傳輸模塊接收數(shù)據(jù)的工作流程示意圖。[〇〇24]圖7—一本實用新型中W1-Fi傳輸模塊發(fā)送數(shù)據(jù)的工作流程示意圖。【具體實施方式】[〇〇25]本實用新型的技術(shù)思路是:[〇〇26]以可編輯邏輯器件為核心，借助于前端ZigBee星型網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)輸入，利用W1-Fi通信技術(shù)以UDP協(xié)議與上位機進行數(shù)據(jù)通信，完成基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端設(shè)計裝置的設(shè)計，實現(xiàn)環(huán)境的實時監(jiān)測，有效解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0027]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。[0〇28]由圖1所示，本實用新型以FPGA中的Artix-7為核心控制單元。本實用新型的 ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊與前端ZigBee協(xié)調(diào)器是以串口方式相連，ZigBee協(xié)調(diào)器中的收發(fā)引腳及地腳與所述ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊中的發(fā)收引腳及地腳對應(yīng)連接，實現(xiàn)串口通信;本實用新型的語音分貝檢測模塊與前端麥克風(fēng)是通過輸入/輸出端口方式直接相連;本實用新型的攝像頭模塊與前端攝像頭是以集成電路總線方式相連，攝像頭的SDA和SCL引腳分別與所述攝像頭模塊中的模擬實現(xiàn)的SDA和SCL引腳對應(yīng)連接，實現(xiàn)集成電路總線通信;本實用新型的W1-Fi傳輸模塊與前端W1-Fi設(shè)備是以串行外設(shè)接口的方式相連，W1-Fi中的CS，SCLK， SDI，SD0引腳分別與所述W1-Fi傳輸模塊中的模擬實現(xiàn)的CS，SCLK，SD0，SDI引腳對應(yīng)連接， 實現(xiàn)串行外設(shè)接口通信;本實用新型中的ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊、語音分貝檢測模塊、攝像頭模塊和W1-Fi傳輸模塊分別與可編輯邏輯器件模塊相連;所述可編輯邏輯器件模塊包含對數(shù)據(jù)進行處理的軟核和緩存的存儲器單元;W1-Fi傳輸模塊包含串行外設(shè)接口及存儲數(shù)據(jù)信息的閃存，且與上位機是以采用UDP協(xié)議相連；本實用新型中的可編輯邏輯器件模塊、 ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊、語音分貝檢測模塊、攝像頭模塊和W1-Fi傳輸模塊均進行外部電源供電。[〇〇29]本實用新型應(yīng)用過程說明。[〇〇3〇]圖2是本實用新型中可編輯邏輯器件模塊工作流程圖，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)和處理。如圖2所示，工作流程包括:
[0031]2101、所述可編輯邏輯器件模塊上電后進行系統(tǒng)初始化，然后對各模塊進行初始化，包括通用輸入/輸出端口初始化，塊存儲初始化，輕量級串口初始化，串行外設(shè)接口初始化，中斷初始化，閃存初始化以及攝像頭初始化和W1-Fi的初始化。
[0032]2102、所述可編輯邏輯器件模塊等待計算機遠程端點接入。[〇〇33]2103、若遠程端點接入所述可編輯邏輯器件模塊，則執(zhí)行步驟2104,否則執(zhí)行步驟2102,繼續(xù)等待遠程端點接入。[〇〇34]2104、所述可編輯邏輯器件模塊依次檢查串口、攝像頭、麥克風(fēng)和W1-Fi。[〇〇35]2105、如果有數(shù)據(jù)，則執(zhí)行步驟2106,否則執(zhí)行步驟2104,繼續(xù)檢查串口、攝像頭、麥克風(fēng)。[〇〇36]2106、所述可編輯邏輯器件模塊通過W1-Fi發(fā)送數(shù)據(jù)至計算機。[〇〇37]2107、所述可編輯邏輯器件模塊檢查W1-Fi是否收到數(shù)據(jù)。如果收到數(shù)據(jù)，則執(zhí)行步驟2108,否則執(zhí)行步驟2104,繼續(xù)檢查串口、攝像頭、麥克風(fēng)和W1-Fi。[〇〇38]2108、所述可編輯邏輯器件模塊根據(jù)W1-Fi數(shù)據(jù)內(nèi)容驅(qū)動舵機。[〇〇39]圖3是本實用新型中ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊工作流程圖，用于實現(xiàn)從ZigBee協(xié)調(diào)器采集節(jié)點數(shù)據(jù)信息。如圖2所示，工作流程包括:
[0040]2201、所述ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊向ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)送握手請求命令。[〇〇4112202、等待ZigBee協(xié)調(diào)器響應(yīng)握手請求，判斷接收的協(xié)調(diào)器響應(yīng)是否正確，若ZigBee協(xié)調(diào)器響應(yīng)正確則握手成功，則執(zhí)行步驟2203，否則握手失敗。[〇〇42]2203、所述ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊向ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)送采集數(shù)據(jù)請求。[〇〇43] 2204、ZigBee協(xié)調(diào)器回應(yīng)請求，發(fā)送采集數(shù)據(jù)給ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊，ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊接收數(shù)據(jù)并放入用戶自定義緩沖區(qū)。
[0044]圖4是本實用新型中語音分貝模塊工作流程圖，用于接收麥克風(fēng)采集的噪聲數(shù)據(jù)并進行處理。如圖4所示，工作流程包括:[〇〇45]2301、本模塊對麥克風(fēng)采集的噪聲數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的處理，得到8bit的噪聲數(shù)據(jù)。
[0046]2302、將進行A率整形使測量得到的噪聲分貝值更符合人的主觀感覺，得到16bit的數(shù)據(jù)。[〇〇47]2303、對上一環(huán)節(jié)得到的16bit的噪聲數(shù)據(jù)進行流水化處理，得到24bit的噪聲數(shù)據(jù)，以求更進一步得到準(zhǔn)確的噪聲分貝值。[〇〇48]2304、對流水化得到的數(shù)據(jù)進行分幀處理，得到52bit的數(shù)據(jù)。[〇〇49]2305、對分幀得到的數(shù)據(jù)進行能量估計的處理，得到32bit的最終數(shù)據(jù)。
[0050]2306、將封裝好的數(shù)據(jù)包發(fā)送至可編輯邏輯器件模塊，等待發(fā)送。[〇〇51]2307、所述可編輯邏輯器件模塊將數(shù)據(jù)處理完畢后，則進入所述W1-Fi傳輸模塊，進行數(shù)據(jù)通信處理。[〇〇52]圖5是本實用新型中攝像頭模塊工作流程圖，初始化攝像頭并采集圖像數(shù)據(jù)。如圖 5所示，工作流程包括:[〇〇53]2401、所述攝像頭模塊檢查是否收到可編輯邏輯器件模塊通過通用輸入/輸出端口發(fā)送的初始化開始信號，若收到信號，則執(zhí)行步驟2402,否則停留在步驟2401繼續(xù)檢查。
[0054]2402、所述可編輯邏輯器件模塊的集成電路總線通過Wishbone時序完成自身初始化和攝像頭的配置。
[0055]2403、所述攝像頭模塊發(fā)送結(jié)束信號至通用輸入/輸出端口，以通知可編輯邏輯器件模塊攝像頭模塊的初始化全部完成。[〇〇56]2404、所述攝像頭模塊檢查是否收到可編輯邏輯器件模塊通過通用輸入/輸出端口發(fā)送的讀數(shù)據(jù)的開始信號，若收到信號，則執(zhí)行步驟2405,否則停留在步驟2404繼續(xù)檢查。[〇〇57]2405、檢查時鐘信號是否為上升沿，若為上升沿，則執(zhí)行步驟2406,否則停留在步驟2405繼續(xù)檢查。[〇〇58]2406、所述攝像頭模塊讀出攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)。[〇〇59]2407、將圖像數(shù)據(jù)存入塊存儲區(qū)域，等待可編輯邏輯器件模塊做進一步處理。[〇〇6〇]2408、發(fā)送結(jié)束信號給GP10,以通知可編輯邏輯器件模塊所述攝像頭模塊的讀數(shù)據(jù)的過程完成。
[0061]圖6是本實用新型中W1-Fi傳輸模塊接收數(shù)據(jù)的工作流程圖，用于接收上位機下達的數(shù)據(jù)采集命令。如圖6所示，工作流程包括:[〇〇62]25101、所述W1-Fi傳輸模塊接收數(shù)據(jù)的工作過程首先進行模塊初始化。[〇〇63]25102、等待接收數(shù)據(jù)的中斷信號。[〇〇64]25103、所述W1-Fi傳輸模塊接收數(shù)據(jù)過程解析IP層。[〇〇65]25104、判斷端口號，根據(jù)其內(nèi)容，判斷去執(zhí)行步驟25105,或者步驟25106。[〇〇66]25105、所述W1-Fi傳輸模塊接收數(shù)據(jù)過程執(zhí)行協(xié)議1操作。[〇〇67]25106、所述W1-Fi傳輸模塊接收數(shù)據(jù)過程執(zhí)行協(xié)議2操作。[〇〇68]圖7是本實用新型中W1-Fi傳輸模塊發(fā)送數(shù)據(jù)的工作流程圖，用于發(fā)送數(shù)據(jù)處理模塊處理的數(shù)據(jù)。如圖7所示，工作流程包括:[〇〇69]25201、所述W1-Fi傳輸模塊發(fā)送數(shù)據(jù)的工作過程首先進行模塊初始化。[〇〇7〇]25202、等待發(fā)送寄存器數(shù)據(jù)已滿的信號。[〇〇71]25203、將數(shù)據(jù)按預(yù)定義的形式打包。[〇〇72]25204、發(fā)送數(shù)據(jù)；[〇〇73]25205、檢查數(shù)據(jù)是否發(fā)送完畢，若完成，執(zhí)行步驟25202,等待下一次發(fā)送;否則繼續(xù)執(zhí)行步驟25205，等待數(shù)據(jù)發(fā)送完成
[0074]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何的簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端裝置，有麥克風(fēng)連接語音分貝檢測模塊、 攝像頭、電腦，其特征在于ZigBee協(xié)調(diào)器連接ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊，ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊、 語音分貝檢測模塊、攝像頭模塊、W1-Fi傳輸模塊分別連接可編輯邏輯器件模塊，電腦與WiFi 傳輸模塊均線連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端裝置，其特征在于 所述ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊與前端ZigBee協(xié)調(diào)器采用主從結(jié)構(gòu)的串口通信。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端裝置，其特征在于 所述ZigBee協(xié)調(diào)器中的收發(fā)引腳及地腳與所述ZigBee數(shù)據(jù)采集模塊中的發(fā)收引腳及地腳 對應(yīng)連接，實現(xiàn)串口通信。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端裝置，其特征在于 所述W1-Fi傳輸模塊是采用UDP協(xié)議與電腦進行通信連接的。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端裝置，其特征在于 所述攝像頭模塊與前端攝像頭是以集成電路總線方式相連，攝像頭的SDA和SCL引腳分別與 所述攝像頭模塊中的模擬實現(xiàn)的SDA和SCL引腳對應(yīng)連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端裝置，其特征在于 所述W1-Fi傳輸模塊與前端W1-Fi設(shè)備是以串行外設(shè)接口的方式相連，W1-Fi中的CS，SCLK， SDI，SDO引腳分別與所述W1-Fi傳輸模塊中的模擬實現(xiàn)的CS，SCLK，SDO，SDI引腳對應(yīng)連接， 實現(xiàn)串行外設(shè)接口通信。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端裝置，其特征在于 所述可編輯邏輯器件模塊包含對數(shù)據(jù)進行處理的軟核和緩存的存儲器單元。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于片上系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)智能匯聚終端裝置，其特征在于 所述語音分貝檢測模塊與前端麥克風(fēng)是通過輸入/輸出端口方式直接相連。
【文檔編號】G08C17/02GK205656492SQ201620465742
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年5月18日 公開號201620465742.6, CN 201620465742, CN 205656492 U, CN 205656492U, CN-U-205656492, CN201620465742, CN201620465742.6, CN205656492 U, CN205656492U
【發(fā)明人】周磊, 陳萬培, 趙甜甜, 武雅倩, 汪正勇, 張雷
【申請人】揚州大學(xué)