一種基于wia-pa的無線網(wǎng)關(guān)及其通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種WIA-PA無線網(wǎng)關(guān)，具體地說是一種用于石油行業(yè)、基于WIA-PA協(xié) 議，通過無線方式與RTU及其所管理的儀表進行通信，同時實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換的無線網(wǎng)關(guān) 及其通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在石油行業(yè)的油氣物聯(lián)網(wǎng)中，絕大多數(shù)采用zigbee技術(shù)，一般情況下RUT(抽油井 控制器)與無線儀表之間采用zigbee技術(shù)進行傳輸，RTU將接收到的數(shù)據(jù)進行解調(diào)，解調(diào)后 將數(shù)據(jù)根據(jù)相關(guān)協(xié)議通過RS-232電平傳輸給數(shù)傳模塊，數(shù)傳模塊將數(shù)據(jù)調(diào)制后進行無線 傳輸；
[0003]目前油氣物聯(lián)網(wǎng)一般采用2.4GHz自由頻段，該頻段為免費自由頻段，各大運營商 均已大規(guī)模商用WLAN覆蓋，為了達到高速率要求，室外WLAN信號發(fā)射一般為2W，而且部分 油田米用WLAN作為主干網(wǎng)傳輸，要求空間WLAN信號幅度一般大于-65dBm，另外應(yīng)用于油 井監(jiān)控的無線攝像頭也是干擾2. 4GHz頻段通信的一個較大的干擾，這就不可避免的造成 zigbee等系統(tǒng)的信噪比下降，從而導(dǎo)致無線設(shè)備的傳輸距離減少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于WIA-PA并能夠提高抗干擾能力以及 傳輸距離的無線網(wǎng)關(guān)及其通信方法。
[0005] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種基于WIA-PA的無線網(wǎng)關(guān)，包括 電源模塊以及與其連接的數(shù)字濾波器和網(wǎng)關(guān)核心板；連有天線的數(shù)字濾波器與網(wǎng)關(guān)核心板 連接；
[0006] 數(shù)字濾波器用于接收和發(fā)送網(wǎng)關(guān)核心板的命令/數(shù)據(jù)并對接收的無線數(shù)據(jù)進行 射頻濾波與放大，實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)核心板對無線數(shù)據(jù)的收發(fā)；
[0007] 網(wǎng)關(guān)核心板用于實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換。
[0008] 所述網(wǎng)關(guān)核心板包括CPU以及與其連接的調(diào)制解調(diào)器、Flash、存儲器、物理層芯 片；CPU通過物理層芯片與網(wǎng)口連接，通過串口與數(shù)字濾波器連接。
[0009] 所述數(shù)字濾波器包括：順序連接的雙路鎖相環(huán)單元、MCU和射頻窄帶濾波放大單 元；雙路鎖相環(huán)單元與連有天線、調(diào)制解調(diào)器的射頻窄帶濾波放大單元連接。
[0010] 所述雙路鎖相環(huán)單元包括：基準(zhǔn)源的一個輸出端通過依次連接的第一跟蹤芯片、 第三射頻開關(guān)、第四射頻放大器與第五射頻開關(guān)連接；基準(zhǔn)源的另一個輸出端通過依次連 接的第二跟蹤芯片、第四射頻開關(guān)、第五射頻放大器與第五射頻開關(guān)連接；第五射頻開關(guān) 的輸出端口與功分器輸入端口連接，功分器的兩個輸出端口均與射頻窄帶濾波放大單元連 接；上述三個射頻開關(guān)的負(fù)載口均通過負(fù)載接地；上述射頻開關(guān)與跟蹤芯片均與MCU連接。
[0011] 所述射頻窄帶濾波放大單元包括依次連接的發(fā)射鏈路、第一射頻開關(guān)、接收鏈路 和第二射頻開關(guān)并形成環(huán)路；所述發(fā)射鏈路包括第三射頻放大器；所述接收鏈路包括順序 連接的低噪聲放大器、第一混頻器、中頻聲表濾波器、第一射頻放大器、第二混頻器、第二射 頻放大器；第一混頻器、第二混頻器的本振輸入接口分別與功分器的兩路輸出端口連接； 第一射頻開關(guān)的兩個射頻接口分別與第三射頻放大器輸出端、低噪聲放大器輸入端連接， 其輸入口連有天線；第二射頻開關(guān)的兩個射頻接口分別與第二射頻放大器輸出端、第三射 頻放大器輸入端連接，其輸出接口連有調(diào)制解調(diào)器；第一射頻開關(guān)與第二射頻開關(guān)的控制 端均與調(diào)制解調(diào)器的控制端口連接。
[0012] 所述低噪聲放大器、第一射頻放大器、第二射頻放大器、第三射頻放大器的電源端 均通過電源開關(guān)與電源連接，電源開關(guān)的控制端與調(diào)制解調(diào)器連接。
[0013] 一種基于WIA-PA的無線網(wǎng)關(guān)通信方法，包括以下步驟：
[0014] 接收數(shù)據(jù)時，網(wǎng)關(guān)核心板通過串口發(fā)送命令至數(shù)字濾波器，數(shù)字濾波器根據(jù)命令 配置接收通道，并通過天線接收無線射頻信號，進行中頻濾波后經(jīng)調(diào)制解調(diào)器存放在FLASH 中，通過CPU轉(zhuǎn)換成TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)口傳輸數(shù)據(jù)；
[0015] 發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)關(guān)核心板將數(shù)據(jù)信號調(diào)制成射頻信號傳輸給數(shù)字濾波器，同時通 過調(diào)制解調(diào)器的觸發(fā)信號將射頻窄帶濾波放大單元內(nèi)發(fā)射鏈路的電源接通，通過天線進行 發(fā)送。
[0016] 所述中頻濾波包括以下步驟：
[0017] 當(dāng)MCU接收到網(wǎng)關(guān)核心板中CPU的切換命令，配置雙路鎖相環(huán)單元并輸出第一本 振和第二本振；
[0018] 調(diào)制解調(diào)器發(fā)出接收觸發(fā)信號，控制第一、第二射頻開關(guān)切換到接收鏈路，接通接 收鏈路的供電；射頻窄帶濾波放大單元將通過天線接收到的射頻信號進行低噪聲放大，然 后通過第一混頻器與第一本振進行混頻，產(chǎn)生中頻信號并進行濾波放大后，通過第二混頻 器與第二本振混頻恢復(fù)成天線接收到的射頻信號，進行功率放大后通過第二射頻開關(guān)將射 頻信號輸出給調(diào)制解調(diào)器。
[0019] 所述配置雙路鎖相環(huán)單元并輸出第一本振和第二本振包括以下步驟：
[0020] MCU接收到上位機的切換命令后啟動內(nèi)部計數(shù)器；定時時間結(jié)束時，則接通未工 作的跟蹤芯片電源，配置該芯片內(nèi)部寄存器，并在定時器到達設(shè)定值時關(guān)閉另一個跟蹤芯 片的電源，將與其連接的射頻開關(guān)切換到負(fù)載端；
[0021] 然后將配置完成的跟蹤芯片連接的射頻開關(guān)切換到射頻端，并將第五射頻開關(guān)切 換到該跟蹤芯片，使跟蹤芯片輸出的射頻信號通過功分器輸出第一本振與第二本振。
[0022] 所述第一本振與第二本振的頻率范圍為2545MHz~2625MHz。
[0023] 本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點：
[0024] 1.本發(fā)明通過增加接收鏈路的中頻聲表濾波能夠有效的濾除WLAN等2. 4GHz自由 頻段的干擾信號，提高接收數(shù)據(jù)靈敏度，增加傳輸距離。
[0025] 2.本發(fā)明通過雙路鎖相環(huán)的硬件裝置，實現(xiàn)了偽隨機序列跳頻，能夠有效的避免 干擾。
[0026]3.本發(fā)明在接收端進行射頻放大20dB，提高接收靈敏度；
[0027] 4.發(fā)射鏈路進行射頻放大，使發(fā)射功率達到22dBm，增加覆蓋距離；
[0028] 5.本專利提供了適用于石油行業(yè)的無線網(wǎng)關(guān)，基于WIA-PA無線網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)接收射 頻的窄帶濾波、射頻解調(diào)以及基于以太網(wǎng)協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸、P0E供電；能夠?qū)TU及儀表的 抽油井工況數(shù)據(jù)進行傳輸以供專家系統(tǒng)進行分析，并能夠根據(jù)專家系統(tǒng)對工況進行分析預(yù) 警，切實提高抽油井的效率。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)示意圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；
[0031] 圖3為本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0032] 圖4為本發(fā)明的射頻窄帶濾波放大單元結(jié)構(gòu)框圖；
[0033] 圖5為電源開關(guān)電路框圖；
[0034] 圖6為低本振頻譜示意圖；
[0035] 圖7為高本振頻譜示意圖；
[0036] 圖8為WIA-PA時隙圖；
[0037] 圖9為雙路鎖相環(huán)圖；
[0038] 圖10為本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細(xì)說明。
[0040] 網(wǎng)關(guān)在跳頻的過程中，CPU配置調(diào)制解調(diào)器的同時，也通過串口發(fā)送跳頻數(shù)據(jù)包。 網(wǎng)關(guān)核心板根據(jù)超幀長度計算發(fā)送至數(shù)字濾波器的切換時間和切換的信道號，組包發(fā)送至 數(shù)字濾波器，使數(shù)字濾波器切換信道。
[0041] 網(wǎng)關(guān)跳頻選擇采