CN110943916A - 一种含多种供电方式的网关系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信网关技术领域，尤其为一种含多种供电方式的网关系统，包括主控模块、NB‑IOT模块、LoRa模块、RS接口、人机交互接口、人机交互模块、2G/3G/4G通信模块、WiFi模块、以太网模块、红外接收模块、红外发射模块、遥控器、现场监测单元、数据储存模块和电源模块。本发明采用DC直流供电模块、POE供电模块和电池供电模块向系统设备提供直流供电、POE供电以及电池供电三种供电方式，可应对不同的安装环境，避免单一电源出现故障或被破坏而无法正常启动工作的弊端，通过身份认证单元的设置，大大提高了网关设备使用的安全性，使设备更具通用性和智能化，极大地提高了设备使用的灵活性和便利性，同时使设备的稳定运行得到保障。
Description
技术领域
本发明涉及通信网关技术领域，具体为一种含多种供电方式的网关系统。
背景技术
随着计算机通信技术的迅速发展，网关作为计算机系统或设备网络互连或转换的关键设备而被广泛应用，网关又称网间连接器、协议转换器，可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连，可实现不同的通信协议、数据格式或语言之间的网络信息传递。
目前常用的网关系统虽可实现有线通信或无线通信，但功能较为单一，存在以下缺陷：
1、现有的网关设备供电方式较为单一，存在单一电源出现故障或被破坏而导致设备无法正常启动工作的弊端；
2、现有的网关设备缺乏对操作员的身份认证的有效手段，设备使用安全性较低；
3、现有的网关设备不具备通用性，不能对现场环境及设备内部环境实施有效监控，设备的稳定运行得不到保障，且智能化较低，操作不便，无法进行远程遥控。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种含多种供电方式的网关系统，解决现有的网关设备供电方式较为单一，存在单一电源出现故障或被破坏而导致设备无法正常启动工作的弊端，缺乏对操作员的身份认证的有效手段，设备使用安全性较低，以及网关设备不具备通用性，不能对现场环境及设备内部环境实施有效监控，设备的稳定运行得不到保障，且智能化较低，操作不便，无法进行远程遥控的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种含多种供电方式的网关系统，包括主控模块、NB-IOT模块、LoRa模块、RS接口、人机交互接口、人机交互模块、2G/3G/4G通信模块、WiFi模块、以太网模块、红外接收模块、红外发射模块、遥控器、现场监测单元、数据储存模块和电源模块，其中，所述主控模块分别与NB-IOT模块、LoRa模块、RS接口、人机交互接口、2G/3G/4G通信模块、WiFi模块、以太网模块、红外接收模块、红外发射模块、数据储存模块和电源模块双向通信，所述主控模块通过NB-IOT模块接收来自云端服务器信息，所述LoRa模块用于获取LoRa节点信息，所述人机交互模块包括用于人机交互的液晶屏和键盘以及用于液晶屏操作员身份进行认证的身份认证单元，所述液晶屏和键盘通过人机交互接口与主控模块连接，所述遥控器通过红外接收模块和红外发射模块与主控模块通信连接，所述现场监测单元包括控制芯片、监控摄像头、外部传感器和报警模块，所述控制芯片分别与监控摄像头、外部传感器和报警模块电性连接，所述控制芯片与主控模块双向通信，所述监控摄像头和外部传感器分别用于对现场进行视频监控和环境监控，所述报警模块用于当出现数据异常时进行报警，所述电源模块包括DC直流供电模块、POE供电模块和电池供电模块，所述DC直流供电模块、POE供电模块和电池供电模块向系统提供直流供电、POE供电以及电池供电三种供电方式。
作为本发明的一种优选技术方案，所述主控模块采用STM32处理器，具体可采用STM32F429/439系列MCU，STM32F429/439系列MCU面向需要在小至5×5.1mm的封装内实现高集成度、高性能、嵌入式存储器和外设的医疗、工业与消费类应用。
作为本发明的一种优选技术方案，所述RS接口采用隔离型ADM2483BRW芯片，ADM2483是ADI推出的一款隔离型的RS485收发器，内部集成了ADI专利的icoupler(磁耦)隔离技术，功能上相当于集成了三个单通道的光耦和一个RS485收发器，速率是500Kbps；ADM2483BRW芯片体积小，大大简化了电路和提高了性能；具有独特的电源监控功能且成本低。
作为本发明的一种优选技术方案，所述身份认证单元采用虹膜识别、人脸识别和指纹识别中的一种或多种组合方式，通过采用虹膜识别、人脸识别和指纹识别中的一种或多种组合方式对操作员的身份进行识别，当身份认证通过后，可通过液晶屏601和键盘602对网关的参数进行配置或查看数据，大大提高了网关设备使用的安全性。
作为本发明的一种优选技术方案，所述以太网模块采用W5500芯片，W5500芯片采用的是最新的TOE(TCP卸载引擎)技术，不同于传统的软协议栈，通过内置TCP/IP硬件协议栈也就是硬件逻辑电路，在W5500芯片内完成TCP/IP握手请求，基本上不占用MCU内部资源，能够极大地提高MCU工作效率。测试结果显示，当同时开启多个Socket进行数据通信，MCU处理能力基本不受影响，这对通信质量以及MCU的寿命都是关键性因素。
作为本发明的一种优选技术方案，所述控制芯片采用80C51单片机，以MCS-51系列为代表，这个系列的单片机均带有串行I/0口，具有多级中断处理系统，多个16位定时/计数器，片内RAM和ROM容量相对增大，且寻址范围可达64K。这一阶段进一步拓宽了单片机的应用范围，使之能用于智能终端、局部网络的接口，并挤入个人计算机领域，所以该类单片机的应用领域极其广泛，又由于其优良的性价比，特别适合我国的国情，故在我国得到广泛的应用，是目前应用数量较多的单片机。
作为本发明的一种优选技术方案，所述外部传感器包括环境亮度传感器、温湿度传感器和漏水检测传感器，所述控制芯片分别与环境亮度传感器、温湿度传感器和漏水检测传感器电性连接，环境亮度传感器用于实时监控外部环境亮度，温湿度传感器用于实时监测设备内部温湿度，漏水检测传感器用于实时监测设备内部是否发生漏水。
作为本发明的一种优选技术方案，所述数据储存模块采用大容量存储模块，该大容量存储模块包括分别与主控模块电性连接的Flash模块、SDRAM模块和SRAM模块，通过采用大容量存储模块进行数据分类储存，在提高储存容量的同时，有效防止数据流失。
作为本发明的一种优选技术方案，所述电池供电模块采用蓄电池、锂电池和铅镍电池中的一种，所述电池供电模块存储的电能是由对光伏发电组件和风力发电组件输出的直流电经汇流稳压电路完成汇流稳压后所得。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种含多种供电方式的网关系统，具备以下有益效果：
1、该含多种供电方式的网关系统，采用DC直流供电模块、POE供电模块和电池供电模块向系统设备提供直流供电、POE供电以及电池供电三种供电方式，可应对不同的安装环境，避免单一电源出现故障或被破坏而无法正常启动工作的弊端。
2、该含多种供电方式的网关系统，通过身份认证单元的设置，在需要对设备参数进行配置以及数据查看时首先对操作员进行身份认证，采用虹膜识别、人脸识别和指纹识别中的一种或多种组合方式对操作员的身份进行识别，大大提高了网关设备使用的安全性。
3、该含多种供电方式的网关系统，通过现场监测单元的设置，能够对现场环境以及设备内部环境进行实时监控，在数据检测出现异常时发出报警，并可通过遥控器进行设备远程遥控，使设备更具通用性和智能化，极大地提高了设备使用的灵活性和便利性，同时使设备的稳定运行得到保障。
附图说明
图1为本发明的系统原理图；
图2为本发明中主控模块与人机交互模块的系统原理图；
图3为本发明中主控模块与现场监测单元的系统原理图；
图4为本发明中主控模块与电源模块的系统原理图。
图中：1、主控模块；2、NB-IOT模块；3、LoRa模块；4、RS485接口；5、人机交互接口；6、人机交互模块；601、液晶屏；602、键盘；603、身份认证单元；7、2G/3G/4G通信模块；8、WiFi模块；9、以太网模块；10、红外接收模块；11、红外发射模块；12、遥控器；13、现场监测单元；1301、控制芯片；1302、监控摄像头；1303、外部传感器；1304、报警模块；14、数据储存模块；15、电源模块；1501、DC直流供电模块；1502、POE供电模块；1503、电池供电模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1-4，本发明提供以下技术方案：一种含多种供电方式的网关系统，包括主控模块1、NB-IOT模块2、LoRa模块3、RS485接口4、人机交互接口5、人机交互模块6、2G/3G/4G通信模块7、WiFi模块8、以太网模块9、红外接收模块10、红外发射模块11、遥控器12、现场监测单元13、数据储存模块14和电源模块15，其中，主控模块1分别与NB-IOT模块2、LoRa模块3、RS485接口4、人机交互接口5、2G/3G/4G通信模块7、WiFi模块8、以太网模块9、红外接收模块10、红外发射模块11、数据储存模块14和电源模块15双向通信，主控模块1通过NB-IOT模块2接收来自云端服务器信息，LoRa模块3用于获取LoRa节点信息，人机交互模块6包括用于人机交互的液晶屏601和键盘602以及用于液晶屏601操作员身份进行认证的身份认证单元603，液晶屏601和键盘602通过人机交互接口5与主控模块1连接，遥控器12通过红外接收模块10和红外发射模块11与主控模块1通信连接，现场监测单元13包括控制芯片1301、监控摄像头1302、外部传感器1303和报警模块1304，控制芯片1301分别与监控摄像头1302、外部传感器1303和报警模块1304电性连接，控制芯片1301与主控模块1双向通信，监控摄像头1302和外部传感器1303分别用于对现场进行视频监控和环境监控，报警模块1304用于当出现数据异常时进行报警，电源模块15包括DC直流供电模块1501、POE供电模块1502和电池供电模块1503，DC直流供电模块1501、POE供电模块1502和电池供电模块1503向系统提供直流供电、POE供电以及电池供电三种供电方式。
具体的，主控模块1采用STM32处理器。
本实施例中，采用STM32处理器作为主控芯片，具体可采用STM32F429/439系列MCU，STM32F429/439系列MCU面向需要在小至5×5.1mm的封装内实现高集成度、高性能、嵌入式存储器和外设的医疗、工业与消费类应用。STM32F429/439单片机集成CortexTM-M4内核(具有浮点单元)工作频率为180MHz，并实现了低于STM32F405/415/407/F417的静态功耗(停机模式)；在180MHz频率下，从Flash存储器执行时，STM32F429/439单片机能够提供225DMIPS/608CoreMark性能，并且利用意法半导体的ART加速器实现了FLASH零等待状态。DSP指令和浮点运算单元扩大了产品的应用范围；该系列产品采用意法半导体90nm工艺和ART加速器，具有动态功耗调整功能，能够在运行模式下和从Flash存储器执行时实现低至260μA/MHz的电流消耗(@180MHz)。在停机模式下，典型功耗值为100μA，仅为STM32F405/415/407/F417的1/4。
具体的，RS485接口4采用隔离型ADM2483BRW芯片。
本实施例中，ADM2483是ADI推出的一款隔离型的RS485收发器，内部集成了ADI专利的icoupler(磁耦)隔离技术，功能上相当于集成了三个单通道的光耦和一个RS485收发器，速率是500Kbps；ADM2483BRW芯片体积小，大大简化了电路和提高了性能；具有独特的电源监控功能且成本低。
具体的，身份认证单元603采用虹膜识别、人脸识别和指纹识别中的一种或多种组合方式。
本实施例中，采用虹膜识别、人脸识别和指纹识别中的一种或多种组合方式对操作员的身份进行识别，当身份认证通过后，可通过液晶屏601和键盘602对网关的参数进行配置或查看数据，大大提高了网关设备使用的安全性。
具体的，以太网模块9采用W5500芯片。
本实施例中，W5500芯片采用的是最新的TOE(TCP卸载引擎)技术，不同于传统的软协议栈，通过内置TCP/IP硬件协议栈也就是硬件逻辑电路，在W5500芯片内完成TCP/IP握手请求，基本上不占用MCU内部资源，能够极大地提高MCU工作效率。测试结果显示，当同时开启多个Socket进行数据通信，MCU处理能力基本不受影响，这对通信质量以及MCU的寿命都是关键性因素。
具体的，控制芯片1301采用80C51单片机。
本实施例中，以MCS-51系列为代表，这个系列的单片机均带有串行I/0口，具有多级中断处理系统，多个16位定时/计数器，片内RAM和ROM容量相对增大，且寻址范围可达64K。这一阶段进一步拓宽了单片机的应用范围，使之能用于智能终端、局部网络的接口，并挤入个人计算机领域，所以该类单片机的应用领域极其广泛，又由于其优良的性价比，特别适合我国的国情，故在我国得到广泛的应用，是目前应用数量较多的单片机。
具体的，外部传感器1303包括环境亮度传感器、温湿度传感器和漏水检测传感器，控制芯片1301分别与环境亮度传感器、温湿度传感器和漏水检测传感器电性连接，环境亮度传感器用于实时监控外部环境亮度，温湿度传感器用于实时监测设备内部温湿度，漏水检测传感器用于实时监测设备内部是否发生漏水。
本实施例中，可通过环境亮度传感器、温湿度传感器和漏水检测传感器实时检测外部环境亮度、设备内部温湿度和设备内部是否发生漏水，可与LED灯以及设备散热风扇进行配合使用，当检测到外部光线较暗时，通过控制芯片1301控制LED灯启动以提供照明；当设备内部温度过高时，通过控制芯片1301控制风扇工作，加速设备内部空气流动速度，以达到快速散热的效果，同理，当通过漏水检测传感器检测到设备内部发生漏水时，可配合报警模块1304及时发生报警，提醒工作人员进行检修。
具体的，数据储存模块14采用大容量存储模块，该大容量存储模块包括分别与主控模块1电性连接的Flash模块、SDRAM模块和SRAM模块。
本实施例中，采用大容量存储模块进行数据分类储存，在提高储存容量的同时，有效防止数据流失。
具体的，电池供电模块1503采用蓄电池、锂电池和铅镍电池中的一种，电池供电模块1503存储的电能是由对光伏发电组件和风力发电组件输出的直流电经汇流稳压电路完成汇流稳压后所得。
本实施例中，汇流稳压电路包括直流汇流箱和电流降压模块，由对光伏发电组件和风力发电组件输出的直流电经直流汇流箱完成汇流后通过电流降压模块进行二次降压，利用电流降压模块中的稳压芯片IC1和IC2的设置，确保供电电压的稳定性。
本发明的工作原理及使用流程：工作时，通过NB-IOT模块2接收来自云端服务器信息，LoRa模块3用于获取各LoRa节点信息，并将信息输送给主控模块1，主控模块1根据接收到的信息进行分析处理，并将分析后的结果通过2G/3G/4G通信模块7进行上传，或通过NB-IOT模块2输送至云端服务器信，或通过LoRa模块3输送至各LoRa节点，通过RS485接口4的设置，便于与其他RS-485节点之间构成RS-485网络，通过WiFi模块8与主控模块1连接，实现无线通信，通过以太网模块9与主控模块1连接，实现有线通信，还可通过遥控器12与红外接收模块10和红外发射模块11的配合实现远程遥控，提升网关系统的功能性；操作员在进行参数配置时，首先需要经人机交互模块6的身份认证单元603认证通过才能进行参数配置，采用虹膜识别、人脸识别和指纹识别中的一种或多种组合方式对操作员的身份进行识别，当身份认证通过后，可通过液晶屏601和键盘602对网关的参数进行配置或查看数据，大大提高了网关设备使用的安全性；通过现场监测单元13的设置，利用监控摄像头1302和外部传感器1303实时监测现场环境以及设备内部环境，并在数据出现异常时通过报警模块1304进行报警；该网关系统采用DC直流供电模块1501、POE供电模块1502和电池供电模块1503向系统设备提供直流供电、POE供电以及电池供电三种供电方式，可应对不同的安装环境，避免单一电源出现故障或被破坏而无法正常启动工作的弊端。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种含多种供电方式的网关系统，其特征在于：包括主控模块(1)、NB-IOT模块(2)、LoRa模块(3)、RS485接口(4)、人机交互接口(5)、人机交互模块(6)、2G/3G/4G通信模块(7)、WiFi模块(8)、以太网模块(9)、红外接收模块(10)、红外发射模块(11)、遥控器(12)、现场监测单元(13)、数据储存模块(14)和电源模块(15)，其中，所述主控模块(1)分别与NB-IOT模块(2)、LoRa模块(3)、RS485接口(4)、人机交互接口(5)、2G/3G/4G通信模块(7)、WiFi模块(8)、以太网模块(9)、红外接收模块(10)、红外发射模块(11)、数据储存模块(14)和电源模块(15)双向通信，所述主控模块(1)通过NB-IOT模块(2)接收来自云端服务器信息，所述LoRa模块(3)用于获取LoRa节点信息，所述人机交互模块(6)包括用于人机交互的液晶屏(601)和键盘(602)以及用于液晶屏(601)操作员身份进行认证的身份认证单元(603)，所述液晶屏(601)和键盘(602)通过人机交互接口(5)与主控模块(1)连接，所述遥控器(12)通过红外接收模块(10)和红外发射模块(11)与主控模块(1)通信连接，所述现场监测单元(13)包括控制芯片(1301)、监控摄像头(1302)、外部传感器(1303)和报警模块(1304)，所述控制芯片(1301)分别与监控摄像头(1302)、外部传感器(1303)和报警模块(1304)电性连接，所述控制芯片(1301)与主控模块(1)双向通信，所述监控摄像头(1302)和外部传感器(1303)分别用于对现场进行视频监控和环境监控，所述报警模块(1304)用于当出现数据异常时进行报警，所述电源模块(15)包括DC直流供电模块(1501)、POE供电模块(1502)和电池供电模块(1503)，所述DC直流供电模块(1501)、POE供电模块(1502)和电池供电模块(1503)向系统提供直流供电、POE供电以及电池供电三种供电方式。
2.根据权利要求1所述的一种含多种供电方式的网关系统，其特征在于：所述主控模块(1)采用STM32处理器。
3.根据权利要求1所述的一种含多种供电方式的网关系统，其特征在于：所述RS485接口(4)采用隔离型ADM2483BRW芯片。
4.根据权利要求1所述的一种含多种供电方式的网关系统，其特征在于：所述身份认证单元(603)采用虹膜识别、人脸识别和指纹识别中的一种或多种组合方式。
5.根据权利要求1所述的一种含多种供电方式的网关系统，其特征在于：所述以太网模块(9)采用W5500芯片。
6.根据权利要求1所述的一种含多种供电方式的网关系统，其特征在于：所述控制芯片(1301)采用80C51单片机。
7.根据权利要求1所述的一种含多种供电方式的网关系统，其特征在于：所述外部传感器(1303)包括环境亮度传感器、温湿度传感器和漏水检测传感器，所述控制芯片(1301)分别与环境亮度传感器、温湿度传感器和漏水检测传感器电性连接，环境亮度传感器用于实时监控外部环境亮度，温湿度传感器用于实时监测设备内部温湿度，漏水检测传感器用于实时监测设备内部是否发生漏水。
8.根据权利要求1所述的一种含多种供电方式的网关系统，其特征在于：所述数据储存模块(14)采用大容量存储模块，该大容量存储模块包括分别与主控模块(1)电性连接的Flash模块、SDRAM模块和SRAM模块。
9.根据权利要求1所述的一种含多种供电方式的网关系统，其特征在于：所述电池供电模块(1503)采用蓄电池、锂电池和铅镍电池中的一种，所述电池供电模块(1503)存储的电能是由对光伏发电组件和风力发电组件输出的直流电经汇流稳压电路完成汇流稳压后所得。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112034739A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-12-04 | 宁波米力物联科技有限公司 | 储米装置的远程控制方法、系统、储米装置及服务器 |
| CN112229787A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-01-15 | 深圳国能宸泰科技有限公司 | 一种用于风电装备的自供电环境腐蚀监测系统 |
| CN112260943A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-01-22 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种多通信协议互转网关 |
| CN113301448A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-08-24 | 众源科技(广东)股份有限公司 | 一种智能ar网关 |
| CN113301449A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-08-24 | 众源科技(广东)股份有限公司 | 一种ai网关 |
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2019
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