[发明专利]基于BLE的中继集中器及低功耗拓扑组网方法

权利要求书

1.一种基于BLE的中继集中器的低功耗拓扑组网方法，其特征在于，所述基于BLE的中继集中器包括主机BLE终端节点电路模块、从机BLE终端节点电路模块和电源供电模块，所述电源供电模块分别为主机BLE终端节点电路模块和从机BLE终端节点电路模块供电，所述主机BLE终端节点电路模块通过USB_P与USB_M两端口与从机BLE终端节点电路模块相连接，并通过IIC方式进行通讯；所述主机BLE终端节点电路模块包括CC2540处理器U5、电容C29、电容C31、电容C33、电容C27、电容C25、电容C21、电容C22、电容C19、电容C17、电容C13、电阻R9、电感L5、电感L7、电感L9、电感L11、晶振Y3、晶振Y5和PCB天线E2；CC2540处理器U5的第32引脚通过电容C29接地，第33引脚通过电容C31接地，第40引脚通过电容C33接地，第22引脚通过电容C27接地，第23引脚通过电容C25接地，第30引脚通过电阻R9接地；晶振Y3连接于CC2540处理器U5的第22引脚和第23引脚之间，晶振Y5连接于CC2540处理器U5的第32引脚和第33引脚之间，电容C17和电容C21串联，电感L9和电容C22串联，CC2540处理器U5的第26引脚与电容C21连接，CC2540处理器U5的第25引脚与电容C22连接，电容C17和电容C21之间的节点通过电感L11接地，电感L9和电容C22之前的节点通过电容C19接地，电感L7的一端同时与电容C17、电感L9连接，电感L7的另一端通过电感L5与PCB天线E2连接，电感L7和电感L5之间的节点通过电容C13接地；所述从机BLE终端节点电路模块包括CC2540处理器U6、电容C30、电容C32、电容C34、电容C28、电容C26、电容C24、电容C23、电容C20、电容C18、电容C14、电阻R10、电感L6、电感L8、电感L9、电感L12、晶振Y4、晶振Y6、PCB天线E3，CC2540处理器U6的第32引脚通过电容C30接地，第33引脚通过电容C32接地，第40引脚通过电容C34接地，第22引脚通过电容C28接地，第23引脚通过电容C26接地，第30引脚通过电阻R10接地；晶振Y4连接于CC2540处理器U6的第22引脚和第23引脚之间，晶振Y6连接于CC2540处理器U6的第32引脚和第33引脚之间，电容C18和电容C23串联，电感L10和电容C24串联，CC2540处理器U6的第26引脚与电容C23连接，CC2540处理器U6的第25引脚与电容C24连接，电容C18和电容C23之间的节点通过电感L12接地，电感L10和电容C24之前的节点通过电容C20接地，电感L8的一端同时与电容C18、电感L10连接，电感L8的另一端通过电感L6与PCB天线E3连接，电感L6和电感L8之间的节点通过电容C14接地；所述从机BLE终端节点电路模块包括CC2540处理器U6，电容C30，C32，C34，C28，C26，C24，C23，C20，C18，C14，电阻R10，R11，R12，R13，R14，电感L6，L8，L9，L12，晶振Y4，Y6，PCB天线E3，LED指示灯D5，D6，D7，D8，其中U6，R10，C34以及由晶振Y6和电容C30，C32构成的32.768k晶振系统以及晶振Y4，电容C28，C26构成的32M晶振系统共同构成了单片机最小工作系统，即单片机CC2540正常工作所需的电路系统，由电容C14，C18，C23，C24和电感L6，L8，L10，L12构成巴伦支匹配电路，用于调制发射与接收信号的阻抗匹配，并由天线E2负责信号的接收与发送，电阻R11，R12，R13，R14和LED指示灯D5，D6，D7，D8构成指示灯系统，用以显示中继器工作状态；所述组网方法步骤包括采用RSSI强度判断组建网拓扑结构和系统数据采集，采用RSSI强度判断组建网拓扑结构的步骤具体为；

1)上位机通过调用协议栈和盲连接的方式逐个向所有数据中继集中器发出搜索组网命令；

2)数据中继集中器收到搜索组网命令后，开始启动扫描从机，并将读取到的从机IEEE地址和信号RSSI值存储；

3)上位机逐个读取数据中继集中器中存储的IEEE地址和其信号RSSI数值；

上位机将读取的BLE节点的IEEE地址和自身的对照表进行比对，与其数据库中的ID号进行映射，确定唯一关系；

4)上位机判断，是否有同一BLE节点的IEEE地址出现在不同的中继集中器返还的数据之中，如果有，则判断哪一个数据中继集中器返还的RSSI值更强，保证唯一性；

5)上位机确定BLE节点和数据集中器的从属关系，并映射BLE节点与数据集中器的ID号，建表，完成自组网；

所述系统数据采集的步骤具体为：

1)上位机确定所采集的BLE终端节点与数据中继集中器的从属关系，并向其中一个数据中继集中器发起忙连接；

2)上位机向一个数据中继集中器发布采集命令，命令中包含要信息采集的种类，采集BLE终端的节点数，采集BLE终端的IEEE地址；

3)数据中继集中器向上位机返回确认信息；

4)上位机与数据中继集中采集器断开连接；

5)上位机重复本步骤中的(1)—(4)过程，直到与所有通讯节点所属的数据中继集中器完成采集命令发布通讯；

6)数据中继集中器对其中一个BLE终端节点发起盲连接；

7)数据中继集中器向BLE终端节点发布数据采集命令；

8)BLE终端节点回复数据，数据中包含自身的BLE节点ID号；

9)数据中继集中器将回复的数据添加报头报尾封装，并在数据中添加自身的数据集中采集器ID号；

10)数据中继集中器与BLE终端节点断开连接；

11)数据中继集中器重复本步骤中的(6)—(10)过程，直到完成对所有BLE终端节点的信息采集；

12)上位机再次向数据中继集中器发起盲连接；

13)上位机向数据中继集中器发布数据返还命令；

14)数据中继集中器向上位机逐条发送所采集到的数据；

15)数据中继集中器向上位机发送数据传输完成信息；

16)上位机与数据中继集中器断开连接；

17)上位机重复本步骤中的(12)—(16)过程，直到所有数据采集完毕；

所述组网方法还包括数据中继集中器判忙机制，其步骤具体为：

1)上位机与数据中继集中器发起连接，并与数据中继集中器的BLE从机部分相连接；

2)连接建立后，数据中继集中器的BLE从机部分自动通过I2C总线与数据中继集中器的BLE主机部分相通讯，询问主机工作状态；

3)数据中继集中器的BLE主机部分若忙，则回复忙；

4)数据中继集中器BLE从机部分，在收到主机工作状态后，将主机工作状态回复上位机；

5)上位机在收到数据中继集中器工作状态后，若数据中继集中器处于正常状态，则正常进行数据读取工作；

6)若上位机收到数据中继集中器工作状态为忙，则立刻断开连接，并添加备注事件；

7)在上位机与其他数据中继集中器通讯完成之后，查看备注事件，与备注事件中尚未通讯完成的数据中继集中器重复(1)—(6)过程；

8)若上位机对某一数据中继集中器判断始终处于忙的状态，则发出报警，以利于及时判断中继集中器的正常使用状态；

所述中继集中器采用半双工的工作方式；

所述中继集中器中的数据包信息都带有经节点的ID号与报头报尾封装。