[发明专利]一种基于FPGA的物联网接入系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及物联网应用技术，具体涉及一种基于FPGA的物联网接入系统及方法。

背景技术

物联网是继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，是我国又一次重大历史机遇。物联网使我们在通信与信息技术的世界里获得了一个新的沟通维度，将任何时间、任何地点、连接任何人，扩展到连接任何物品，实现万物的连接。物联网技术可广泛应用于智能电网、应急管理与公共安全、城市管理、城市智能交通、生态环境、资源监督、医疗卫生、智能社区和智能家居、精准农业、智能物流与产品溯源等重要领域，以更加精细和动态的方式管理生产和生活，提高资源利用率和生产水平，改善人与自然间的关系。

在技术上，相对于互联网是把各种计算设备通过通讯网络连接在一起，物联网是要把众多没有计算能力的“物”通过互联网连接在一起，其关键是物联网接入系统，即能够把各种“物”连接到网上并能进行信息交换的技术与设备。但是，如何在不更改原有“物”的前提下，将其专用测量设备或传感器采集的数据通过无线或有线的通讯方式连接到网上，从而实现物联网的接入及其智能化升级，是物联网技术应用的重要问题之一。

现有的物联网接入系统或装置大多采用了数字信号处理(DSP，Digital Signal Processor)、单片机，或是专用集成电路来实现系统的接入控制和处理，在设备的灵活性、通用性，以及系统的优化升级等方面存在一定的不足，不能满足差异化的应用在接入成本、功耗，以及效率等方面的不同需求。

FPGA作为一种现场可编程逻辑门阵列，能够将嵌入式微处理器、通讯控制协议、数据的存储和处理，以及其它控制功能组成的系统都集成到一块FPGA芯片中，可以根据现场应用需求，采用IP核复用技术和软硬件协同技术，快速设计实现个性化系统，在提高设备效率和通用性的同时，减少系统成本和体积。因此，用FPGA技术和器件设计实现物联网的接入能够较好地满足物联网应用的多样化和灵活性需求。

发明内容：

有鉴于此，本发明的主要目的是，解决现有物联网接入方式在通用性、灵活性，以及系统的优化升级等方面的不足，提供一种基于FPGA的物联网接入系统及方法，在不更改原有设备的前提下，快速设计实现个性化的物联网接入系统，实现物联网的有线或无线接入，从而满足不同应用在接入成本、接入方式、功耗、以及效率等方面的不同需求。

为了达到上述目的，本发明提出一种基于FPGA的物联网接入系统及方法，该系统包括接入处理单元IoT-JPU(Juntor and Processing Unit to Internet of Things)、数据采集接口单元、以及无线通讯单元和有线通讯单元，其中：

所述接入处理单元为所述系统的控制处理核心，与数据采集接口单元、无线通讯单元，以及有线通讯单元相连接；

所述数据采集接口单元至少包括专用测量设备接入模块或通用传感器接入模块，该接口单元至少提供一种专用测量设备接口或通用传感器接口；

所述有线通讯单元至少包括以太网通讯模块或串口通讯模块；

所述接入处理单元至少包括一个FPGA芯片及一个存储器芯片；该接入处理单元内部集成嵌入式微处理器和数据缓存模块，并至少包括采集接口协议模块、无线通讯协议接口模块、串口通讯协议模块、以及以太网通讯协议模块中的两个模块。

本发明提供的一种基于FPGA的物联网接入系统，其特征在于，当所述接入处理单元IoT_JPU包括采集接口通讯协议模块时，至少还要包括一个无线通讯协议接口模块、串口通讯协议模块或以太网通讯协议模块；当所述接入处理单元IoT_JPU包括无线通讯协议接口模块时，至少还要包括一个采集接口通讯协议模块、串口通讯协议模块或以太网通讯协议模块；

本发明提供的一种基于FPGA的物联网接入系统，其特征在于，所述数据采集接口单元可以根据所连接的专用测量设备及传感器的不同数据采集接口方式，选择配置相应的数据采集接口单元器件；所述数据采集接口单元所提供的接口可以是UART接口、SPI接口、IIC接口、PCI接口或GPIO通用接口中的任意一种或任意组合。

本发明提供的一种基于FPGA的物联网接入系统，其特征在于，所述无线通讯单元可以是基于GPRS、3G、蓝牙Bluetooth、ZigBee或Wi-Fi的无线通讯单元中的任意一种。

所述接入处理单元至少包括一个采集接口通讯协议模块或无线通讯协议模块。

当所述接入处理单元包括采集接口通讯协议模块时，至少还要包括一个无线通讯协议接口模块、串口通讯协议模块或以太网通讯协议模块。