CN107959679A - 一种基于nb-iot网络的usb透传设备及方法 - Google Patents

一种基于nb-iot网络的usb透传设备及方法 Download PDF

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马辰
于治楼
孙善宝
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Abstract

本发明提供一种基于NB‑IOT网络的USB透传设备及方法，属于嵌入式应用技术领域，本发明由MCU、CH340转换芯片、电源管理芯片和NB‑IOT模组等三部分组成，MCU采用STM32单片机，通过一路UART接收CH340芯片发来的数据，同时另一路UART控制NB‑IOT模组发送数据。将USB数据转换成网络数据，利用NB‑IOT网络通过UDP协议传送到服务器端指定的位置，从而以较低的成本解决户外无法实现USB透传的功能。

Description

一种基于NB-IOT网络的USB透传设备及方法
技术领域
本发明涉及嵌入式应用技术领域，尤其涉及一种基于NB-IOT网络的USB透传设备及方法。
背景技术
随着网络通信技术的不断发展，新的通信方式和技术不断出现，近年来，基于移动蜂窝网络的NB-IoT进入人们的视野，NB-IOT因其具有覆盖范围广、连接性好、功耗低、成本低、大容量等优点，受到越来越多的关注。目前，中国电信已完成全国NB-IoT网络的覆盖，正式进入商用时代。
目前的USB透传设备大多以短距离通信为主，其中以WiFi和蓝牙为主，其通信距离基本都在10米左右，所以必须在有WiFi热点或者蓝牙设备的范围内连接，局限性较大，无法在户外无WiFi热点环境下使用。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提出了一种基于NB-IOT网络的USB透传设备。该设备利用NB-IOT的覆盖广和低成本等特点，将USB数据转换成网络数据，利用NB-IOT网络通过UDP协议传送到服务器端指定的位置，从而以较低的成本解决户外无法实现USB透传的功能。
本发明的技术方案是：
一种基于NB-IOT网络的USB透传设备，
主要由MCU、CH340转换芯片、电源管理芯片和NB-IOT模组等三部分组成；
MCU采用STM32单片机，通过一路UART接收CH340芯片发来的数据，同时另一路UART控制NB-IOT模组发送数据；
要实现USB信号转换为TTL信号，本发明采用的芯片方案是CH340，可替代的芯片还有PL2303、CP210等；
NB-IOT采用移远的BC95模组，可通过UART控制，实现NB-IOT的全部功能；
电源管理芯片采用LM1117-3.3低压差线性稳压器，实现将usb的5v电压转换为3.3v电压，为MCU和NB-IOT模组供电。
本发明还提供了一种基于NB-IOT网络的USB透传方法，
首先将USB信号转化为TTL信号，经MCU处理后，控制NB-IOT模组，将数据通过NB-IOT模组以UDP协议方式发送到目的服务器，服务器解析数据后得到原始数据。
具体操作步骤为：
a)将设备插入PC机，会自动识别ch340芯片并自动安装驱动程序，若安装失败，可手动安装ch340驱动；
b)设备通电后，MCU执行初始化程序，主要包括将晶振源设置为72Mhz外部晶振输入模式、设置16位定时器为1秒触发中断模式、将PIN脚配置为与CH340和NB-IOT模组相连的引脚为UART通信模式，其余未用到的引脚配置为高阻态输入；
c)初始化工作完成后，MCU通过UART串口以AT指令方式控制NB-IOT模组工作，控制过程如下：
MCU发送AT+CGSN＝1命令，查看NB-IOT模组是否有IMEI号返回，若有返回，则NB-IOT模组状态正常，若没有返回，说明NB-IOT模组异常，异常标志置1
按照AT指令，MCU分别发送AT+CSQ、AT+NUESTATS、AT+CEREG？、AT+CSCON？
查询模块联网成功后，系统进入待机状态，等待收发数据
d)设备待机状态下，16位定时器定时唤醒MCU，从而给PC机定时发送心跳包，保证设备的激活状态；
e)当设备组网成功后，MCU通过ch340芯片，接收来自PC机的透传数据，并进行CRC32校验后，通过UART将数据发送给NB-IOT模组，命令格式如下：AT+NSOST＝<socket>,<remote_addr>,<remote_port>,<length>,<data>，从而通过NB-IOT网络发送到设定的服务器地址上，实现远距离透传功能。
附图说明
图1是一种基于NB-IOT网络的USB透传设备架构图；
图2是一种基于NB-IOT网络的USB透传设备MCU工作流程图。
具体实施方式
下面对本发明的内容进行更加详细的阐述：
本发明主要由MCU、CH340转换芯片、电源管理芯片和NB-IOT模组等三部分组成，其架构如图1所示；
MCU采用STM32单片机，通过一路UART接收CH340转换芯片发来的数据，同时另一路UART控制NB-IOT模组发送数据，工作流程如图2所示；
芯片方案是CH340，可替代的芯片还有PL2303、CP210等；
NB-IOT采用移远的BC95模组，可通过UART控制，实现NB-IOT的全部功能；
电源管理芯片采用LM1117-3.3低压差线性稳压器，实现将usb的5v电压转换为3.3v电压，为MCU和NB-IOT模组供电。
操作步骤如下
a)将设备插入PC机，会自动识别ch340芯片并自动安装驱动程序，若安装失败，可手动安装ch340驱动；
b)设备通电后，MCU执行初始化程序，主要包括将晶振源设置为72Mhz外部晶振输入模式、设置16位定时器为1秒触发中断模式、将PIN脚配置为与CH340和NB-IOT模组相连的引脚为UART通信模式，其余未用到的引脚配置为高阻态输入；
c)初始化工作完成后，MCU通过UART串口以AT指令方式控制NB-IOT模组工作，控制过程如下：
1)MCU发送AT+CGSN＝1命令，查看NB-IOT模组是否有IMEI号返回，若有返回，则NB-IOT模组状态正常，若没有返回，说明NB-IOT模组异常，异常标志置1；
2)按照AT指令，MCU分别发送AT+CSQ(查询信号强度)、AT+NUESTATS(查询模块状态)、AT+CEREG？(查寻注网状态)、AT+CSCON？(查询连接状态)
3)查询模块联网成功后，系统进入待机状态，等待收发数据
d)设备待机状态下，16位定时器定时唤醒MCU，从而给PC机定时发送心跳包，保证设备的激活状态；
e)当设备组网成功后，MCU通过ch340芯片，接收来自PC机的透传数据，并进行CRC32校验后，通过UART将数据发送给NB-IOT模组，命令格式如下：AT+NSOST＝<socket>,<remote_addr>,<remote_port>,<length>,<dat a>，从而通过NB-IOT网络发送到设定的服务器地址上，实现远距离透传功能。

Claims (3)

1.一种基于NB-IOT网络的USB透传设备，其特征在于，
主要由MCU、CH340转换芯片、电源管理芯片和NB-IOT模组三部分组成；
其中，
MCU采用STM32单片机，通过一路UART接收CH340转换芯片发来的数据，同时另一路UART控制NB-IOT模组发送数据；
NB-IOT采用移远的BC95模组，通过UART控制；
电源管理芯片采用LM1117-3.3低压差线性稳压器，将usb的5v电压转换为3.3v电压，为MCU和NB-IOT模组供电。
2.一种基于NB-IOT网络的USB透传方法，其特征在于，
首先将USB信号转化为TTL信号，经MCU处理后，控制NB-IOT模组，将数据通过NB-IOT模组以UDP协议方式发送到目的服务器，服务器解析数据后得到原始数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
具体操作步骤为：
a)将设备插入PC机，会自动识别ch340芯片并自动安装驱动程序，若安装失败，可手动安装ch340驱动；
b)设备通电后，MCU执行初始化程序，主要包括将晶振源设置为72Mhz外部晶振输入模式、设置16位定时器为1秒触发中断模式、将PIN脚配置为与CH340和NB-IOT模组相连的引脚为UART通信模式，其余未用到的引脚配置为高阻态输入；
c)初始化工作完成后，MCU通过UART串口以AT指令方式控制NB-IOT模组工作，控制过程如下：
MCU发送AT+CGSN＝1命令，查看NB-IOT模组是否有IMEI号返回，若有返回，则NB-IOT模组状态正常，若没有返回，说明NB-IOT模组异常，异常标志置1
按照AT指令，MCU分别发送AT+CSQ、AT+NUESTATS、AT+CEREG？、AT+CSCON？
查询模块联网成功后，系统进入待机状态，等待收发数据
d)设备待机状态下，16位定时器定时唤醒MCU，从而给PC机定时发送心跳包，保证设备的激活状态；
e)当设备组网成功后，MCU通过ch340芯片，接收来自PC机的透传数据，并进行CRC32校验后，通过UART将数据发送给NB-IOT模组，命令格式如下：AT+NSOST＝<socket>,<remote_addr>,<remote_port>,<length>,<data>，从而通过NB-IOT网络发送到设定的服务器地址上，实现远距离透传功能。
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