一种具有无线通信和数据采集功能的掌上电脑 【技术领域】
本发明涉及无线数据采集与控制装置，特别涉及一种基于Zigbee无线通信的手持式数据采集与控制终端。
背景技术
物联网(The Internet of things)是世界新一轮技术革命中的重要举措。物联网是为了实现“物与物的广泛互联”，这比现有的“人与人的广泛互联”的互联网有更大的规模和应用价值。物联网是指把所有物品通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、大坝、供水供气供电系统、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来。ZigBee(IEEE802.15.4)技术是最近发展起来的一种短距离无线通信技术，功耗低，是无线传感器网络的主要支撑技术。它的许多特点使其在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统等领域有很大的发展空间。Zigbee无线通讯技术与蓝牙技术和WiFi无线局域网技术比较，它的基本特点是能耗低(两节五号电池可用半年到两年)，芯片价格便宜，容易布局网络，并且和无线传感器网络兼容。本发明是针对现有的基于有线网络的数据采集和控制终端成本高和维修困难等问题，提出了一种具有无线通信和数据采集功能的掌上电脑，已有的掌上电脑采用的是蓝牙和WiFi(无线局域网)的无线通信技术，不足之处是能耗高，最重要的是无法与无线传感器网络进行通信。我们将掌上电脑和Zigbee无线通信技术相结合，利用Zigbee无线数据传输模块实现数据的采集、接收和发送及远端控制，降低了安装成本，提高了系统的可靠性和灵活性。
本发明的技术方案如下：
一种具有无线通信和数据采集功能的掌上电脑，其特征在于：所述的掌上电脑包括CPU及数据存储模块、Zigbee无线数据传输模块、电池供电模块、显示模块以及外部接口模块，所述的Zigbee无线通信数据传输模块与CPU及数据存储模块实现双向通信，Zigbee无线数据传输模块将接收到的数字信号通过串行数据接口直接存储到数据存储模块中，CPU及数据存储模块将数据和命令通过Zigbee无线通信数据模块发送给远端的Zigbee接收设备；所述的电池供电模块分别为所述的CPU及数据存储模块、Zigbee无线数据传输模块和显示模块供电；所述的外部接口模块中包括USB接口、CF卡、传感器接口及以太网接口，外部数据通过USB接口、CF卡及以太网接口同CPU及数据存贮模块进行双向传递，传感器接口将外部的模拟信号通过Zigbee无线通信数据模块转换成数字信号向外发送或传递给CPU及数据存贮模块。
上述技术方案中，所述的Zigbee无线数据传输模块采用CC2530芯片；CPU采用ARM2440芯片。所述的电池供电模块由锂电池和充电电路组成。
本发明的有益效果在于：具有无线通信和数据采集功能的掌上电脑，无需外接电缆即可实现安全可靠的数据传输，它即可以接收远处终端发送来的数据，也可以直接采集数据并发送给远端的接收设备，还可以对远端的设备实施无线遥控，而且具有数据采集和无线通信功能的掌上电脑体积小，易于携带，增加了现场控制的灵活性和可移动性。掌上电脑的电池供电模块采用锂电池供电，并设有充电电路，可以利用USB接口对锂电池供电，无需外部充电器和更换电池。掌上电脑的软件系统采用linux操作系统和QT 4.2图形界面软件，具有实时显示采集数据和接收数据的功能。
【附图说明】
图1为本发明提供的具有无线通信和数据采集功能的掌上电脑的硬件原理图。
图2为本发明提供的具有无线通信和数据采集功能的掌上电脑的电池充电电路图。
图3为本发明提供的具有无线通信和数据采集功能的掌上电脑的软件系统结构框图。
图4为本发明提供的具有无线通信和数据采集功能的掌上电脑的软件流程框图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明原理结构做进一步的说明。
本发明提供的一种具有数据采集和无线通信功能的掌上电脑包括硬件和软件两个部分。硬件部分原理图如图1。硬件部分包括Zigbee无线数据传输模块、CPU及数据存储模块、电池供电模块、显示模块和外部接口模块。Zigbee无线数据传输模块采用CC2530芯片，通信频率为2.4GHz，支持Zigbee无线通讯协议，Zigbee无线数据传输模块将接收到的数字信号通过串行数据端口传输到CPU并存储到存储单元中，同时CC2530芯片具有8个精度为12bit的A/D采样通道，可以直接将传感器接口传来的电压信号转换成数字信号然后再传送到CPU或发送给远端的Zigbee接收设备。CPU及数据存储模块采用ARM2440芯片，ARM2440具有高度集成和可配置性强等优点：板上主要集成了高精度电源稳压芯片、以太网卡芯片及可擦写内存。CPU及数据存储模块将数据和命令通过Zigbee无线通信数据模块发送给远端的Zigbee无线数据传输模块。显示模块采用触摸液晶屏，并具有显示屏开关，在不需要显示数据时可以关闭液晶屏达从而达到节约电能的目的；电池供电模块采用锂电池供电，并设有充电电路，可以利用USB接口对锂电池供电，无需更换电池和外部充电器。外部接口包括USB接口、CF卡、传感器接口及以太网接口。USB口用来实现掌上电脑与外部的数据交换；CF卡用来实现掌上电脑的内存扩充；通过以太网接口可以实现WPAN(无线个人局域网)与Internet之间的数据传输；通过传感器接口可以直接实现传感器的数据采集。
具有无线通信和数据采集功能的掌上电脑采用锂电池充电，为了延长手持终端的工作时间并增加其灵活性，本发明特别设计了电池充电电路，图2为电池充电电路，该掌上电脑可以通过USB口直接和其它电脑相连，为电池充电。电池充电芯片采用MAX1555，DC为5V电源输入，代表USB的输入电压，在电源输入端加入1uF电容进行滤波，同时，在电源输出端也进行电容滤波。D102为DC直流电压是否正常的检测灯，D103为充电芯片是否在进行充电的标志灯。
图3为本发明的软件系统结构框图，软件设计主要包括以下几个部分：QT人机交互界面、触摸屏的驱动程序、串口驱动程序、Zigbee协议栈(Zigbee stack)、CPU核心程序(Linux2.6Kernel)和文件管理程序(Linux ext2)。由Zigbee无线通信模块接收到的数据通过Zigbee协议栈(Zigbee stack)和UART串口驱动程序送到核心CPU(ARM2440)，然后CPU核心程序(Linux2.6Kernel)可以根据QT人机交互界面对数据进行显示，也可以Linux ext2文件系统对数据进行存储，还可以利用以太网接口将数据通过Internet进行远距离异地传输。
图4为本发明软件的主要流程图。首先要进行硬件初始化，然后再显示QT图形化界面，随后进行串口轮询初始化，如果轮询中发现串口中有数据，则将读取数据然后更新QT界面，在轮询同时启动QT事件驱动程序，如果检测到有发送串口通信的命令，则将命令写入到串口。