CN111245711A - 一种物联网多协议融合网关 - Google Patents

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王杰盛
王杰
童文豪
袁仕芳
黄磊
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/16—Gateway arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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    • H04L69/18—Multiprotocol handlers, e.g. single devices capable of handling multiple protocols

Abstract

本发明公开了一种物联网多协议融合网关，包括支撑双模应用的EFR32芯片；mt7688a主板实现路由器功能；485有线提供485有线协议的接入；433mHz提供433mHz设备的接入；USB提供宽范围的设备接入接口；喇叭提供语音输出功能；指示灯提供GPIO的LED灯输出，指示电源，TCP网络，Zigbee/蓝牙网络的工作状态和12V/1A的电源，各部件电性连接，本发明实现多个硬件接口的整体设计，可以减少客户的协议对接时间及方案验证时间；能够实现多类型协议的联动，自动化；用户可以自由配置，不受设备差异限制；整体设计，降低最终产品的成本，实现蓝牙和ZigBee共存，无需同时接入两种模块。

Description

一种物联网多协议融合网关
技术领域
本发明涉及物联网对接协议技术领域，尤其涉及一种物联网多协议融合网关。
背景技术
当前的普遍技术现状：采用Wifi，蓝牙，Zigbee以及有线485，网线等的物联网应用普遍出现，对于单一的环境应用，各个方案商都有自己的特点，但是比较局限的是只能应用在某一种环境或者工作在某一种方式下，当前应用存在的问题：
1、Wifi方案，会有联网设备太少的问题，一般的家庭路由器只能承载约10~15个设备；
2、蓝牙会有设备种类不全，连接设备数量太少等问题；各种低功耗传感器均不支持蓝牙方案；
3、Zigbee会有部分设备种类无法满足用户需求，如中央空调等；
4、有线方案则很难适配旧房的智能化改造问题。需要重新布线等等；
5、同时单一的系统方案，一旦出现程序某个地方的错误，会导致整个家居系统的崩溃；
6、联网方式单一，不支持可配置。
7、总体联网数量太少，无法满足大的办公环境以及别墅等的大规模组网应用。
8、支持的设备种类总体不多。缺乏可配置的自动化情景。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种物联网多协议融合网关，网关可以实现多种硬件接口的接入，减少客户的协议对接时间及方案验证时间；能够实现多类型协议的联动。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种物联网多协议融合网关，其特征在于，包括叶绿体模块、复位键、网关电源、网口、第一DC电源、第二DC电源、主板、双功能按键、ZIGBEE模块、ZIGBEE电源、指示灯、功放、USB接头和串口，所述网关电源与所述第一DC电源输入端连接，所述第一DC电源输出端连接所述第二DC电源输入端、所述功放模块输入端、所述USB接头输入端以及所述ZIGBEE电源输入端；所述第二DC电源输出端连接所述主板电源输入端、所述叶绿体、所述复位键、所述网口、所述双功能按键以及所述串口；所述主板分别与所述叶绿体模块、所述网口、所述双功能键、所述功放、所述ZIGBEE模块、所述指示灯、所以USB接头以及所述串口连接。
电源采用12V/1A的电源供电；第一DC电源为12V转5VDC电源，第二DC电源为5V转3.3VDC电源。
指示灯提供GPIO的LED灯输出，指示电源，TCP网络，Zigbee/蓝牙网络的工作状态。
进一步的，所述主板采用MT7688A，主板包括支持Zigbee和蓝牙双模应用的EFR32芯片以及支持Wifi2.4Ghz，以及WAN/LAN接口路由器MCU；EFR32芯片是采用Silicon labs的芯片，该芯片可以支持双模应用（Zigbee，蓝牙），不需要在硬件方面再做变更就可以支持两种无线协议的接入；路由MCU方案，可以实现路由器功能，支持Wifi2.4Ghz，以及WAN/LAN接口，支持1×4的有线网络接口（WAN×1 + LAN×4）。
提供485有线协议的接入，可以支持一般的串口协议，也可以是标准的MODBUS协议。
提供433mHz设备的接入，作为预留接口，需要和特定的厂家匹配。也可以预留给用户去对接。
进一步的，所述复位键K3引脚连接所述主板16引脚。
进一步的，所述叶绿体模块6、7引脚与本体21、22引脚互联。
所述叶绿体模块的作用相当于一个开关的作用。
进一步的，所述ZIGBEE模块14引脚连接设置有电阻R20连接至所述主板25引脚。
进一步的，所述网口1、2、3、6引脚分别与所述主板7、8、9、10引脚连接，所述网口10、11引脚分别与所述主板33、34引脚连接。
进一步的，所述串口3、4引脚连接所述主板4、5引脚。
进一步的，所述指示灯的NET-G、NET-Y引脚连接所述主板的19、20引脚；所述指示灯的ZIGBEE-G、ZIGBEE-Y引脚连接所述主板的21、22引脚。
进一步的，所述功放模块包括电源滤波、晶振和音频放大解码IC，所述电源滤波UMID端连接音频放大解码IC的26引脚，所述晶振MCLK端连接音频放大解码IC的11引脚，所述音频放大解码IC的17、18引脚连接所述主板的50、51引脚；所述音频放大解码IC的14、16引脚分别与所述主板的47、44引脚连接。
所述音频放大解码IC连接设置有喇叭，提供语音输出功能，可以播放音乐，播放提示音等
进一步的，所述USB接头的USB_DM、USB_DF引脚分别与所述主板的28、29引脚连接。
所述USB接头提供宽范围的设备接入接口，如USB网卡，U盘，USB串口等等。具体的软件功能，第三方用户可以自行开发。
本发明有益效果
实现多个硬件接口的整体设计，可以极大程度减少客户的协议对接时间及方案验证时间；能够实现多类型协议之间的联动，自动化；用户不必关系具体的设备是采用何种协议，只需要面向实际功能即可。用户可以自由配置，不必受设备差异的限制；整体设计，降低最终产品的应用成本，可以实现蓝牙和ZigBee共存。不需要同时接入两种模块。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明主板、复位键和网关电源示意图；
图2本发明叶绿体模块、网口和第一DC电源示意图；
图3本发明ZIGBEE模块、ZIGBEE电源和指示灯示意图；
图4本发明双功能按键、第二DC电源和功放模块示意图；
图5本发明与硬件相应的系统示意图；
图6本发明联动控制示意图；
附图标记说明： 主板1、叶绿体模块2、网口3、第一DC电源4、复位键5、网关电源6、ZIGBEE模块7、ZIGBEE电源8、指示灯9、双功能按键10、第二DC电源11、音频放大解码IC12、晶振13、电源滤波14。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，因此，说明书的阐述仅仅是为了说明的目的，因此，本文中发明构思的实践并不唯一限于本文描述的示例实施例和附图中的举例说明，此外附图并不是限制。
如图1-4所示
实施例1
一种物联网多协议融合网关，其特征在于，包括叶绿体模块、复位键、网关电源、网口、第一DC电源、第二DC电源、主板、双功能按键、ZIGBEE模块、ZIGBEE电源、指示灯、功放、USB接头和串口，所述网关电源与所述第一DC电源输入端连接，所述第一DC电源输出端连接所述第二DC电源输入端、所述功放模块输入端、所述USB接头输入端以及所述ZIGBEE电源输入端；所述第二DC电源输出端连接所述主板电源输入端、所述叶绿体、所述复位键、所述网口、所述双功能按键以及所述串口；所述主板分别与所述叶绿体模块、所述网口、所述双功能键、所述功放、所述ZIGBEE模块、所述指示灯、所以USB接头以及所述串口连接。
电源采用12V/1A的电源供电；第一DC电源为12V转5VDC电源，第二DC电源为5V转3.3VDC电源。
指示灯提供GPIO的LED灯输出，指示电源，TCP网络，Zigbee/蓝牙网络的工作状态。
主板采用MT7688A，主板包括支持Zigbee和蓝牙双模应用的EFR32芯片以及支持Wifi2.4Ghz，以及WAN/LAN接口路由器MCU；EFR32芯片是采用Silicon labs的芯片，该芯片可以支持双模应用（Zigbee，蓝牙），不需要在硬件方面再做变更就可以支持两种无线协议的接入；路由MCU方案，可以实现路由器功能，支持Wifi2.4Ghz，以及WAN/LAN接口，支持1×4的有线网络接口（WAN×1 + LAN×4）。
提供485有线协议的接入，可以支持一般的串口协议，也可以是标准的MODBUS协议。
提供433mHz设备的接入，作为预留接口，需要和特定的厂家匹配。也可以预留给用户去对接。
复位键K3引脚连接所述主板16引脚。
叶绿体模块6、7引脚与本体21、22引脚互联。
所述叶绿体模块的作用相当于一个开关的作用。
ZIGBEE模块14引脚连接设置有电阻R20连接至所述主板25引脚。
网口1、2、3、6引脚分别与所述主板7、8、9、10引脚连接，所述网口10、11引脚分别与所述主板33、34引脚连接。
串口3、4引脚连接所述主板4、5引脚。
指示灯的NET-G、NET-Y引脚连接所述主板的19、20引脚；所述指示灯的ZIGBEE-G、ZIGBEE-Y引脚连接所述主板的21、22引脚。
功放模块包括电源滤波、晶振和音频放大解码IC，所述电源滤波UMID端连接音频放大解码IC的26引脚，所述晶振MCLK端连接音频放大解码IC的11引脚，所述音频放大解码IC的17、18引脚连接所述主板的50、51引脚；所述音频放大解码IC的14、16引脚分别与所述主板的47、44引脚连接。
所述音频放大解码IC连接设置有喇叭，提供语音输出功能，可以播放音乐，播放提示音等
USB接头的USB_DM、USB_DF引脚分别与所述主板的28、29引脚连接。
所述USB接头提供宽范围的设备接入接口，如USB网卡，U盘，USB串口等等。具体的软件功能，第三方用户可以自行开发。
如图5-6所示
通信服务模块
该模块支持HTTPS，MQTT两种外网连接方式，能够支持多个物联网平台，如阿里云，亚马逊云以及其他企业的私有云。同时支持网络加密，保证数据安全。
中心服务模块
中心服务用于调度各个模块运行，并守护相关进程可以稳定运行，对于异常崩溃的进程，会重新恢复，保证整体系统的稳定性。同时，由于模块间心跳包的支持，中心服务会将僵尸进程杀掉，然后重启。
配置管理模块
用于保存各个模块的应用配置，比如ZIGBEE模块的串口通信配置信息，GPIO管脚的功能应用配置，以及系统配置的进程信息等。中心服务会根据这些信息，逐一启动模块进程。
硬件接口管理服务
用于管理内部硬件接口，主要是实现对串口、GPIO、SPI等接口的托管。从系统设计的角度，为避免对硬件系统的恶意损害，对第三方公司不提供硬件层的支持，但是第三方公司可以使用这些模块接口来实现对硬件的控制。另外一个硬件接口管理服务的原因是，由于硬件资源在系统内必要要实现共享，那么两个进程默认情况下是不可以同时占用硬件接口的，比如串口。那么为了支持更多厂家的串口应用需求，就需要抽象一层。作为各个厂家的消息转发和接收解析。
应用管理服务
该模块是用于管理应用，主要是用于管理各个模块的配置信息。用户可以通过定制方式实现各个模块的启用状态，比如，用户只想使用Zigbee功能，那么只需要开启Zigbee的配置即可。无需运行其他硬件服务。这样既可以满足多种用户的需求，也能够保证系统更加强健的稳定性。
该系统中，硬件本身支持如Zigbee，Wifi，有线485等接口，那么在对接具体设备的时候就会遇到这样的问题，多个种类的设备就有可能有多个种类的通信方式或者协议。那么会造成移动端以及服务器端繁重的开发工作量，因此我们提出了自己的物联网应用层的协议，用来满足多种设备类型的兼容。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。需注意的是，本发明中所未详细描述的技术特征，均可以通过任一现有技术实现。

Claims (10)

1.一种物联网多协议融合网关，其特征在于，包括叶绿体模块、复位键、网关电源、网口、第一DC电源、第二DC电源、主板、双功能按键、ZIGBEE模块、ZIGBEE电源、指示灯、功放、USB接头和串口，所述网关电源与所述第一DC电源输入端连接，所述第一DC电源输出端连接所述第二DC电源输入端、所述功放模块输入端、所述USB接头输入端以及所述ZIGBEE电源输入端；所述第二DC电源输出端连接所述主板电源输入端、所述叶绿体、所述复位键、所述网口、所述双功能按键以及所述串口；所述主板分别与所述叶绿体模块、所述网口、所述双功能键、所述功放、所述ZIGBEE模块、所述指示灯、所以USB接头以及所述串口连接。
2.根据权利要求1所述一种物联网多协议网关，其特征在于，所述主板采用MT7688A，主板包括支持Zigbee和蓝牙双模应用的EFR32芯片以及支持Wifi2.4Ghz，以及WAN/LAN接口路由器MCU。
3.根据权利要求1所述一种物联网多协议网关，其特征在于，所述复位键K3引脚连接所述主板16引脚。
4.根据权利要求1所述一种物联网多协议网关，其特征在于，所述叶绿体模块6、7引脚与本体21、22引脚互联。
5.根据权利要求1所述一种物联网多协议网关，其特征在于，所述ZIGBEE模块14引脚连接设置有电阻R20连接至所述主板25引脚。
6.根据权利要求1所述一种物联网多协议网关，其特征在于，所述网口1、2、3、6引脚分别与所述主板7、8、9、10引脚连接，所述网口10、11引脚分别与所述主板33、34引脚连接。
7.根据权利要求1所述一种物联网多协议网关，其特征在于，所述串口3、4引脚连接所述主板4、5引脚。
8.根据权利要求1所述一种物联网多协议网关，其特征在于，所述指示灯的NET-G、NET-Y引脚连接所述主板的19、20引脚；所述指示灯的ZIGBEE-G、ZIGBEE-Y引脚连接所述主板的21、22引脚。
9.根据权利要求1所述一种物联网多协议网关，其特征在于，所述功放模块包括电源滤波、晶振和音频放大解码IC，所述电源滤波UMID端连接音频放大解码IC的26引脚，所述晶振MCLK端连接音频放大解码IC的11引脚，所述音频放大解码IC的17、18引脚连接所述主板的50、51引脚；所述音频放大解码IC的14、16引脚分别与所述主板的47、44引脚连接。
10.根据权利要求1所述一种物联网多协议网关，其特征在于，所述USB接头的USB_DM、USB_DF引脚分别与所述主板的28、29引脚连接。
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