CN107370505A - 具备多协议通讯模式的电子装置及其通讯方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通讯设备及方法技术领域，具体来说是一种具备多协议通讯模式的电子装置及其通讯方法，主控制器与远程通讯设备和局域通讯设备信号相连，所述的远程通讯设备包括4G LTE通讯芯片、SIM卡和远程通讯天线，所述的局域通讯设备包括第一通讯系统、第二通讯系统、局域通讯天线。本发明同现有技术相比，组合结构简单可行，其优点在于：一个区域的所有电子装置之间可以通过免费且低功耗的方式传送数据，最终将所有数据整合后再由一台电子装置通过远程通讯设备，例如GSM/LTE设备，发送到远端服务器，节省资费和通讯资源，并且依靠单一电子装置即能实现多种不同的通讯角色，降低了工业成本，简化了网络组建的过程，提升了网络通讯的稳定性和可靠性。

Description

具备多协议通讯模式的电子装置及其通讯方法
[技术领域]
本发明涉及通讯设备及方法技术领域，具体来说是一种具备多协议通讯模式的电子装置及其通讯方法。
[背景技术]
现有用于远端数据采集的电子设备通常只具备单一通讯协议，例如GSM，由设备本身发起远程连接并上传所需数据，当设备部署规模较大时，容易消耗过多的网络通讯资源，造成通讯稳定性下降、网络阻塞等问题，也会导致更大的通讯成本开销。因此，需要设计一种具备多协议通讯模式的电子装置及其通讯方法。
[发明内容]
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种具备多协议通讯模式的电子装置及其通讯方法，本发明的电子装置同时具备远程通讯和局域通讯两套设备，当装置部署时，位于同一区域的装置之间采用局域通讯设备发送数据，所有数据由其中一台电子装置接收，再通过远程通讯设备发送到远端服务器。
为了实现上述目的，设计一种具备多协议通讯模式的电子装置，包括主控制器、远程通讯设备和局域通讯设备，其特征在于所述的主控制器与远程通讯设备和局域通讯设备信号相连，所述的远程通讯设备包括4G LTE通讯芯片、SIM卡和远程通讯天线，所述主控制器的RXD端与电平转换芯片的A1端相连，所述主控制器的TXD端与电平转换芯片的A2端相连，所述电平转换芯片的B1端与4G LTE通讯芯片的TXD端相连，所述电平转换芯片的B2端与4G LTE通讯芯片的RXD端相连，所述主控制器的PWR端与电阻R1一端相连，电阻R1另一端与电阻R2一端和三极管Q1基极相连，电阻R2另一端与三极管Q1发射极和4G LTE通讯芯片的GND相连后接地，三极管Q1的集电极与4G LTE通讯芯片的PWR端相连，4G LTE通讯芯片的ANT端与远程通讯天线相连，4G LTE通讯芯片的USIM端与SIM卡的IO端相连，SIM卡的GND端接地。
所述的主控制器通过输入接插件与局域通讯设备相连，所述的主控制器的EN1端与输入接插件的EN2端相连，所述主控制器的EN2端与输入接插件的EN1端相连，所述主控制器的另一TXD端与输入接插件的RXD端相连，所述主控制器的另一RXD端与输入接插件的TXD端相连，所述的局域通讯设备包括第一通讯系统、第二通讯系统、局域通讯天线，所述的第一通讯系统包括相连的第一Zigbee主控制器和第一射频放大器，所述的第二通讯系统包括相连的第二Zigbee主控制器和第二射频放大器，所述的输入接插件的EN1端与射频信号开关的EN2端相连，所述的输入接插件的EN2端与射频信号开关的EN1端、第一信号开关的CTRL端和第二信号开关的CTRL端相连，所述输入接插件的RXD端与第一信号开关的COM端相连，所述输入接插件的TXD端与第二信号开关的COM端相连，所述第一信号开关的NO端与第一Zigbee主控制器的RXD端相连，所述第一信号开关的NC端与第二Zigbee主控制器的RXD端相连，所述第二信号开关的NO端与第一Zigbee主控制器的TXD端相连，所述的信号开关的NC端与第二Zigbee主控制器的TXD端相连，所述第一Zigbee主控制器的RFP端与第一射频放大器的RFP端相连，所述第一Zigbee主控制器的RFN端与第一射频放大器的RFN端相连，所述第二Zigbee主控制器的RFP端与第二射频放大器的RFP端相连，所述第二Zigbee主控制器的RFN端与第二射频放大器的RFN端相连，所述第一射频放大器的ANT端与射频信号开关的IN1端相连，所述第二射频放大器的ANT端与射频信号开关的IN2端相连，所述射频信号开关的OUT端与局域通讯天线相连。
本发明还设计一种具备多协议通讯模式的电子装置通讯方法，所述的通讯方法如下：若干台所述的电子装置采用局域通讯设备发送数据，并由一台电子装置接收，再通过远程通讯装置发送至远端服务器，所述的第一通讯系统工作在主机模式，所述的第二通讯系统工作在从机模式，
当所述的电子装置启动后，首先通过局域通讯装置检测本地网络是否存在，若存在本地网络，即执行加入网络动作，同时将本装置设置为从机工作模式，并关闭远程通讯装置，数据通过局域通讯设备发送至工作在主机工作模式的电子装置；
若不存在本地网络，电子装置在检查自身远程通讯装置的可用性后会重启局域通讯设备，并将本装置设置为主机工作模式，通过局域通讯装置建立局域通讯网络以接收其他电子装置发送的数据，通过远程通讯装置建立远程通讯网络以将数据发送至远端服务器。
当电子装置的主控制器操作远程通讯装置时，主控制器的PWR端输出高电平，并维持一秒，该电平经电阻R1与电阻R2分压后通过导通的三极管Q1再输出至4G LTE通讯芯片，此时4G LTE通讯芯片的PWR端被设置为低电平，维持一秒后，4G LTE通讯芯片启动开机流程；
开机后，4G LTE通讯芯片通过USIM接口与SIM卡通讯，获得所需数据后，进行网络注册，此时，4G LTE通讯芯片将通过串行数据接口TXD端与RXD端尝试与主控制器通讯，信号通过电平转换芯片进行电平转换后被主控制器接收，主控制器通收到信号后对4G LTE通讯芯片进行初始化后，4G LTE通讯芯片即可正常工作；
当需要进行远程网络数据传输时，主控制器通过主控制器的RXD端与TXD端输入或输出信号，经过电平转换芯片转换后，以AT指令集为格式，向远端服务器发送指令或接收结果；
当电子装置关机时，主控制器的PWR端输出高电平，并维持5秒，该电平经电阻R1与电阻R2分压后通过导通的三极管Q1再输出至4G LTE通讯芯片，此时4G LTE通讯芯片的PWR端被设置为低电平，维持5秒后，触发通讯模块的关机程序。
当电子装置的主控制器操作局域通讯装置时，所述的电子装置内存在EN1和EN2两个信号输入端，分别用于启用第一通讯系统和第二通讯系统，
当需要以主机模式工作时，主控制器对输入接插件的EN2端施加高电平，对接插件的EN1端施加低电平，由输入接插件的RXD端输入的信号依次经过第一信号开关的COM端和NO端后输入至第一Zigbee主控制器，由输入接插件的TXD端输入的信号依次经过第二信号开关的COM端和NO端后输入至第一Zigbee主控制器，工作在主机模式的第一Zigbee主控制器得以连接到主控制器，同时，射频信号开关的EN1端被施加高电平，因此射频信号开关的IN1端，即主机模式协议芯片经过射频前端放大后的信号得以选通，被连接至射频信号开关的OUT引脚，通过局域通讯天线对外通讯；
当需要以从机模式工作时，主控制器对输入接插件的EN2端施加低电平，对接插件的EN1端施加高电平，由输入接插件的RXD端输入的信号依次经过第一信号开关的COM端和NC端后输入至第二Zigbee主控制器，由输入接插件的TXD端输入的信号依次经过第二信号开关的COM端和NC端后输入至第二Zigbee主控制器，工作在从机模式的第二Zigbee主控制器得以连接到主控制器，同时，射频信号开关的EN2端被施加高电平，因此射频信号开关的IN2端，即从机模式协议芯片经过射频前端放大后的信号得以选通，被连接至射频信号开关的OUT引脚，通过局域天线对外通讯。
本发明同现有技术相比，组合结构简单可行，其优点在于：一个区域的所有电子装置之间可以通过免费且低功耗的方式传送数据，最终将所有数据整合后再由一台电子装置通过远程通讯设备，例如GSM/LTE设备，发送到远端服务器，节省资费和通讯资源，并且依靠单一电子装置即能实现多种不同的通讯角色，降低了工业成本，简化了网络组建的过程，提升了网络通讯的稳定性和可靠性。
[附图说明]
图1是本发明方法的流程示意图；
图2是本发明的主控制器与远程通讯设备之间的电原理图；
图3是本发明的主控制器操作局域通讯设备时的示意图；
图4是本发明的主控制器操作局域通讯设备时的另一示意图；
图5是本发明局域通讯设备部分的电原理图。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置及方法的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图2，所述的主控制器与远程通讯设备和局域通讯设备信号相连，所述的远程通讯设备包括4G LTE通讯芯片、SIM卡和远程通讯天线，所述主控制器的RXD端与电平转换芯片的A1端相连，所述主控制器的TXD端与电平转换芯片的A2端相连，所述电平转换芯片的B1端与4G LTE通讯芯片的TXD端相连，所述电平转换芯片的B2端与4G LTE通讯芯片的RXD端相连，所述主控制器的PWR端与电阻R1一端相连，电阻R1另一端与电阻R2一端和三极管Q1基极相连，电阻R2另一端与三极管Q1发射极和4G LTE通讯芯片的GND相连后接地，三极管Q1的集电极与4G LTE通讯芯片的PWR端相连，4G LTE通讯芯片的ANT端与远程通讯天线相连，4GLTE通讯芯片的USIM端与SIM卡的IO端相连，SIM卡的GND端接地。
所述的主控制器采用STM32F103RCT6型号；所述的电平转换芯片负责将主控制器的3.3V信号电压转换为通讯模块的1.8V信号电样，采用的型号为TXB0102；所述的4G LTE通讯芯片用于完成4G网络协议栈和通讯功能，通过串口与主控制器连接，采用的型号为SIM7600CE。
参见图5，所述的主控制器通过输入接插件与局域通讯设备相连，所述的主控制器的EN1端与输入接插件的EN2端相连，所述主控制器的EN2端与输入接插件的EN1端相连，所述主控制器的另一TXD端与输入接插件的RXD端相连，所述主控制器的另一RXD端与输入接插件的TXD端相连，所述的局域通讯设备包括第一通讯系统、第二通讯系统、局域通讯天线，所述的第一通讯系统包括相连的第一Zigbee主控制器和第一射频放大器，所述的第二通讯系统包括相连的第二Zigbee主控制器和第二射频放大器，所述的输入接插件的EN1端与射频信号开关的EN2端相连，所述的输入接插件的EN2端与射频信号开关的EN1端、第一信号开关的CTRL端和第二信号开关的CTRL端相连，所述输入接插件的RXD端与第一信号开关的COM端相连，所述输入接插件的TXD端与第二信号开关的COM端相连，所述第一信号开关的NO端与第一Zigbee主控制器的RXD端相连，所述第一信号开关的NC端与第二Zigbee主控制器的RXD端相连，所述第二信号开关的NO端与第一Zigbee主控制器的TXD端相连，所述的信号开关的NC端与第二Zigbee主控制器的TXD端相连，所述第一Zigbee主控制器的RFP端与第一射频放大器的RFP端相连，所述第一Zigbee主控制器的RFN端与第一射频放大器的RFN端相连，所述第二Zigbee主控制器的RFP端与第二射频放大器的RFP端相连，所述第二Zigbee主控制器的RFN端与第二射频放大器的RFN端相连，所述第一射频放大器的ANT端与射频信号开关的IN1端相连，所述第二射频放大器的ANT端与射频信号开关的IN2端相连，所述射频信号开关的OUT端与局域通讯天线相连。
所述的第一信号开关和第二信号开关的型号为SGM3001，其构成的一组信号开关负责在两组通讯系统之间切换与主控制器的通讯路径；所述的第一Zigbee主控制器和第二Zigbee主控制器的型号为CC2530F256，用于完成Zigbee协议栈驱动和通讯过程；所述的第一射频放大器和第二射频放大器的型号为CC2592前置射频放大器，负责放大Zigbee功率信号，获得更远的传输距离；所述的射频信号开关的型号为HMC544A，负责将对应通讯系统的射频信号连接至天线，其与第一信号开关和第二信号开关同步控制。
参见图1，所述的通讯方法如下：若干台所述的电子装置采用局域通讯设备发送数据，并由一台电子装置接收，再通过远程通讯装置发送至远端服务器，所述的第一通讯系统工作在主机模式，所述的第二通讯系统工作在从机模式，
当所述的电子装置启动后，首先通过局域通讯装置检测本地网络是否存在，若存在本地网络，即执行加入网络动作，同时将本装置设置为从机工作模式，并关闭远程通讯装置，数据通过局域通讯设备发送至工作在主机工作模式的电子装置；
若不存在本地网络，电子装置在检查自身远程通讯装置的可用性后会重启局域通讯设备，并将本装置设置为主机工作模式，通过局域通讯装置建立局域通讯网络以接收其他电子装置发送的数据，通过远程通讯装置建立远程通讯网络以将数据发送至远端服务器。
当电子装置的主控制器操作远程通讯装置时，主控制器的PWR端，即引脚27，输出3.3V高电平，并维持一秒，该电平经电阻R1与电阻R2分压后得到约3.23V的信号电压使得三极管Q1导通，该信号电压通过导通的三极管Q1再输出至4G LTE通讯芯片，此时4G LTE通讯芯片的PWR端被设置为低电平，维持一秒后，4G LTE通讯芯片启动开机流程；
开机后，4G LTE通讯芯片通过USIM接口与SIM卡通讯，获得所需数据后，进行网络注册，注册成功后，4G LTE通讯芯片将通过串行数据接口TXD端与RXD端尝试与主控制器通讯，信号通过电平转换芯片进行电平转换，使电压从1.8V转换为3.3V后被主控制器接收，主控制器通收到信号后对4G LTE通讯芯片进行初始化后，4G LTE通讯芯片即可正常工作；
当需要进行远程网络数据传输时，主控制器通过主控制器的RXD端与TXD端输入或输出信号，经过电平转换芯片转换后，以AT指令集为格式，向远端服务器发送指令或接收结果；
当电子装置关机时，主控制器的PWR端，即27号引脚处，输出3.3V高电平，并维持5秒，该电平经电阻R1与电阻R2分压后通过导通的三极管Q1再输出至4G LTE通讯芯片，此时4G LTE通讯芯片的PWR端被设置为低电平，维持5秒后，触发通讯模块的关机程序。
参见图3和图5，当电子装置的主控制器操作局域通讯装置时，所述的电子装置内存在EN1和EN2两个信号输入端，分别用于启用第一通讯系统和第二通讯系统，
当需要以主机模式工作时，主控制器对输入接插件的EN2端施加高电平，对接插件的EN1端施加低电平，由输入接插件的RXD端输入的信号依次经过第一信号开关的COM端和NO端后输入至第一Zigbee主控制器，由输入接插件的TXD端输入的信号依次经过第二信号开关的COM端和NO端后输入至第一Zigbee主控制器，工作在主机模式的第一Zigbee主控制器得以连接到主控制器，同时，射频信号开关的EN1端被施加高电平，因此射频信号开关的IN1端，即主机模式协议芯片经过射频前端放大后的信号得以选通，被连接至射频信号开关的OUT引脚，通过局域通讯天线对外通讯；
当需要以从机模式工作时，主控制器对输入接插件的EN2端施加低电平，对接插件的EN1端施加高电平，由输入接插件的RXD端输入的信号依次经过第一信号开关的COM端和NC端后输入至第二Zigbee主控制器，由输入接插件的TXD端输入的信号依次经过第二信号开关的COM端和NC端后输入至第二Zigbee主控制器，工作在从机模式的第二Zigbee主控制器得以连接到主控制器，同时，射频信号开关的EN2端被施加高电平，因此射频信号开关的IN2端，即从机模式协议芯片经过射频前端放大后的信号得以选通，被连接至射频信号开关的OUT引脚，通过局域天线对外通讯。
当需要以从机模式工作时，主控制器对输入接插件的EN2端施加低电平，对接插件的EN1端施加高电平，由输入接插件的RXD端输入的信号依次经过第一信号开关的COM端和NC端后输入至第二Zigbee主控制器，由输入接插件的TXD端输入的信号依次经过第二信号开关的COM端和NC端后输入至第二Zigbee主控制器，工作在从机模式的第二Zigbee主控制器得以连接到主控制器，同时，射频信号开关的EN2端被施加高电平，因此射频信号开关的IN2端，即从机模式协议芯片经过射频前端放大后的信号得以选通，被连接至射频信号开关的OUT引脚，通过天线对外通讯。
参见图4，当仅存在一套通讯系统时，主控制器发出信号断开数据开关与射频信号开关，通过在线编程接口重新刷写对应工作模式的通讯系统的固件程序，结束后闭合数据开关与射频信号开关，开始正常通讯。

Claims (5)

1.一种具备多协议通讯模式的电子装置，包括主控制器、远程通讯设备和局域通讯设备，其特征在于所述的主控制器与远程通讯设备和局域通讯设备信号相连，所述的远程通讯设备包括4G LTE通讯芯片、SIM卡和远程通讯天线，所述主控制器的RXD端与电平转换芯片的A1端相连，所述主控制器的TXD端与电平转换芯片的A2端相连，所述电平转换芯片的B1端与4G LTE通讯芯片的TXD端相连，所述电平转换芯片的B2端与4G LTE通讯芯片的RXD端相连，所述主控制器的PWR端与电阻R1一端相连，电阻R1另一端与电阻R2一端和三极管Q1基极相连，电阻R2另一端与三极管Q1发射极和4G LTE通讯芯片的GND相连后接地，三极管Q1的集电极与4G LTE通讯芯片的PWR端相连，4G LTE通讯芯片的ANT端与远程通讯天线相连，4GLTE通讯芯片的USIM端与SIM卡的IO端相连，SIM卡的GND端接地。
2.如权利要求1所述的一种具备多协议通讯模式的电子装置，其特征在于所述的主控制器通过输入接插件与局域通讯设备相连，所述的主控制器的EN1端与输入接插件的EN2端相连，所述主控制器的EN2端与输入接插件的EN1端相连，所述主控制器的另一TXD端与输入接插件的RXD端相连，所述主控制器的另一RXD端与输入接插件的TXD端相连，所述的局域通讯设备包括第一通讯系统、第二通讯系统、局域通讯天线，所述的第一通讯系统包括相连的第一Zigbee主控制器和第一射频放大器，所述的第二通讯系统包括相连的第二Zigbee主控制器和第二射频放大器，所述的输入接插件的EN1端与射频信号开关的EN2端相连，所述的输入接插件的EN2端与射频信号开关的EN1端、第一信号开关的CTRL端和第二信号开关的CTRL端相连，所述输入接插件的RXD端与第一信号开关的COM端相连，所述输入接插件的TXD端与第二信号开关的COM端相连，所述第一信号开关的NO端与第一Zigbee主控制器的RXD端相连，所述第一信号开关的NC端与第二Zigbee主控制器的RXD端相连，所述第二信号开关的NO端与第一Zigbee主控制器的TXD端相连，所述的信号开关的NC端与第二Zigbee主控制器的TXD端相连，所述第一Zigbee主控制器的RFP端与第一射频放大器的RFP端相连，所述第一Zigbee主控制器的RFN端与第一射频放大器的RFN端相连，所述第二Zigbee主控制器的RFP端与第二射频放大器的RFP端相连，所述第二Zigbee主控制器的RFN端与第二射频放大器的RFN端相连，所述第一射频放大器的ANT端与射频信号开关的IN1端相连，所述第二射频放大器的ANT端与射频信号开关的IN2端相连，所述射频信号开关的OUT端与局域通讯天线相连。
3.一种如权利要求2所述的具备多协议通讯模式的电子装置的通讯方法，其特征在于所述的通讯方法如下：若干台所述的电子装置采用局域通讯设备发送数据，并由一台电子装置接收，再通过远程通讯装置发送至远端服务器，所述的第一通讯系统工作在主机模式，所述的第二通讯系统工作在从机模式，当所述的电子装置启动后，首先通过局域通讯装置检测本地网络是否存在，若存在本地网络，即执行加入网络动作，同时将本装置设置为从机工作模式，并关闭远程通讯装置，数据通过局域通讯设备发送至工作在主机工作模式的电子装置；
若不存在本地网络，电子装置在检查自身远程通讯装置的可用性后会重启局域通讯设备，并将本装置设置为主机工作模式，通过局域通讯装置建立局域通讯网络以接收其他电子装置发送的数据，通过远程通讯装置建立远程通讯网络以将数据发送至远端服务器。
4.如权利要求3所述的一种具备多协议通讯模式的电子装置的通讯方法，其特征在于当电子装置的主控制器操作远程通讯装置时，主控制器的PWR端输出高电平，并维持一秒，该电平经电阻R1与电阻R2分压后通过导通的三极管Q1再输出至4G LTE通讯芯片，此时4GLTE通讯芯片的PWR端被设置为低电平，维持一秒后，4G LTE通讯芯片启动开机流程；
开机后，4G LTE通讯芯片通过USIM接口与SIM卡通讯，获得所需数据后，进行网络注册，此时，4G LTE通讯芯片将通过串行数据接口TXD端与RXD端尝试与主控制器通讯，信号通过电平转换芯片进行电平转换后被主控制器接收，主控制器通收到信号后对4G LTE通讯芯片进行初始化后，4G LTE通讯芯片即可正常工作；
当需要进行远程网络数据传输时，主控制器通过主控制器的RXD端与TXD端输入或输出信号，经过电平转换芯片转换后，以AT指令集为格式，向远端服务器发送指令或接收结果；
当电子装置关机时，主控制器的PWR端输出高电平，并维持5秒，该电平经电阻R1与电阻R2分压后通过导通的三极管Q1再输出至4G LTE通讯芯片，此时4G LTE通讯芯片的PWR端被设置为低电平，维持5秒后，触发通讯模块的关机程序。
5.如权利要求3所述的一种具备多协议通讯模式的电子装置的通讯方法，其特征在于当电子装置的主控制器操作局域通讯装置时，所述的电子装置内存在EN1和EN2两个信号输入端，分别用于启用第一通讯系统和第二通讯系统，当需要以主机模式工作时，主控制器对输入接插件的EN2端施加高电平，对接插件的EN1端施加低电平，由输入接插件的RXD端输入的信号依次经过第一信号开关的COM端和NO端后输入至第一Zigbee主控制器，由输入接插件的TXD端输入的信号依次经过第二信号开关的COM端和NO端后输入至第一Zigbee主控制器，工作在主机模式的第一Zigbee主控制器得以连接到主控制器，同时，射频信号开关的EN1端被施加高电平，因此射频信号开关的IN1端，即主机模式协议芯片经过射频前端放大后的信号得以选通，被连接至射频信号开关的OUT引脚，通过局域通讯天线对外通讯；
当需要以从机模式工作时，主控制器对输入接插件的EN2端施加低电平，对接插件的EN1端施加高电平，由输入接插件的RXD端输入的信号依次经过第一信号开关的COM端和NC端后输入至第二Zigbee主控制器，由输入接插件的TXD端输入的信号依次经过第二信号开关的COM端和NC端后输入至第二Zigbee主控制器，工作在从机模式的第二Zigbee主控制器得以连接到主控制器，同时，射频信号开关的EN2端被施加高电平，因此射频信号开关的IN2端，即从机模式协议芯片经过射频前端放大后的信号得以选通，被连接至射频信号开关的OUT引脚，通过局域天线对外通讯。
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