CN111341169A - 一种硬件链路智能切换装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是一种硬件链路智能切换装置及其方法，包括中央处理模块、传感器及控制器件链路编码模块、网络模组链路编码模块，中央处理模块接收链路切换指令；解析链路切换指令获取身份ID，封装成链路编码模块可识别编码数据；将链路编码数据发送到链路编码模块；解析链路编码数据中身份ID，根据身份ID的硬件链路进行匹配，驱动链路切换模块进行硬件链路的切换，完成硬件链路的连接；分别建立传感器单元接口、控制器件单元硬件接口与逻辑处理器单元硬件接口间连接；建立网络模组单元硬件接口与逻辑处理器单元硬件接口间连接，本发明在物联网教学实训过程中，加入硬件链路智能切换的方法，让物联网教学实训平台的使用，更加简洁、方便、稳定。

Description

一种硬件链路智能切换装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种装置及其方法，更具体一点说，涉及一种硬件链路智能切换装置及其方法，属于物联网领域。

背景技术

物联网技术和产业的结合将是信息产业领域未来竞争的制高点和产业升级的核心驱动力，物联网概念是庞大和丰富的，其中涵盖了大量现有的专业技术门类和技术体系。目前高校物联网相关课程已经逐步开展，但是其普遍不具备丰富的实验课程和实验环境，特别是在链路切换存在以下不足：

1)需要手动进行链路切换，当需要用到哪些单元，就必须用各种连接线进行手动插、拔完成链路切换；

2)在配置大型物联网项目实训时，各种连接线累积在一起，会产生多种问题，如连接线检修、插拔困难等问题。

发明内容

为了解决上述现有技术问题，本发明提供具有自动链路切换、操作便捷、降低维护检修的难度等技术特点的一种硬件链路智能切换装置。

本发明的另一个目的是提供一种硬件链路智能切换方法。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种硬件链路智能切换的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤1)：通过中央处理模块接收主机发送链路切换指令；

步骤2)：判断链路切换指令是否为传感器及控制器件链路切换，若是则解析链路切换指令获取实训内容需要的各单元的身份ID，并且封装成传感器及控制器件链路编码模块能够识别的编码数据；否则解析链路切换指令获取实训内容需要的各单元组件的身份ID，并且封装成网络模组链路编码模块能够识别的编码数据；

步骤3)：通过中央处理模块将封装好的传感器及控制器件链路编码数据发送到传感器及控制器件链路编码模块；通过中央处理模块将封装好的网络模组链路编码数据发送到网络模组链路编码模块；

步骤4)：传感器及控制器件链路编码模块接收来自中央处理器模块的传感器及控制器件链路编码数据，并且解析出传感器及控制器件链路编码数据中各种身份ID，根据解析后身份ID的硬件链路进行匹配关系，再驱动传感器及控制器件链路切换模块进行硬件链路的切换，完成硬件链路的连接；

步骤5)：网络模组链路编码模块接收来自中央处理器模块的网络模组编码数据，并且解析出链路编码数据中各种身份ID，根据解析后的身份ID的硬件链路进行匹配关系，再驱动网络模组链路切换模块，进行硬件链路的切换，从而完成硬件链路的连接；

步骤6)：传感器及控制器件链路切换模块包括多路硬件接口，该硬件接口包括传感器单元、控制器件单元、逻辑处理器单元的硬件接口，传感器及控制器件链路切换模块接收到编码数据后在该传感器及控制器件链路切换模块中找到传感器单元、控制器件单元、逻辑处理器单元的硬件接口，并且建立传感器单元接口与逻辑处理器单元硬件接口、控制器件单元硬件接口与逻辑处理器单元硬件接口之间的连接；

步骤7)：网络模组链路切换模块包括多路硬件接口，该硬件接口包括网络模组单元、逻辑处理器单元的硬件接口，网络模组链路切换模块接收到编码数据后在该网络模组链路切换模块找到网络模组单元、逻辑处理器单元的硬件接口，并且建立网络模组单元硬件接口与逻辑处理器单元硬件接口之间的连接。

作为一种改进，所述链路切换指令为物联网教学实训内容的硬件链路配置指令。

作为一种改进，所述链路切换指令包括传感器单元、控制器件单元、逻辑处理器单元、网络模组单元的身份ID。

作为一种改进，步骤4)中解析传感器及控制器件链路编码数据的身份ID包括传感器身份ID、控制器件身份ID，以及与传感器、控制器件建立硬件链路连接的逻辑处理器的身份ID；

步骤5)中解析出链路编码数据的身份ID包括网络模组身份ID，以及与网络模组建立硬件链路连接的逻辑处理器的身份ID。

作为一种改进，所述中央处理模块通过串口1接收主机发送链路切换指令；所述中央处理模块通过串口2将封装好的传感器及控制器件链路编码数据发送到传感器及控制器件链路编码模块；所述中央处理模块通过串口3将封装好的网络模组链路编码数据发送到网络模组链路编码模块；所述传感器及控制器件链路编码模块通过串口1接收来自中央处理器模块的传感器及控制器件链路编码数据；所述网络模组链路编码模块通过串口1接收来自中央处理器模块的网络模组编码数据。

作为一种改进，所述传感器及控制器件链路切换模块、网络模组链路切换模块均包括若干个模拟开关，所述传感器及控制器件链路切换模块中的模拟开关以及网络模组链路切换模块中的模拟开关分别构成A系统、B系统，所述传感器及控制器件链路切换模块上的多路硬件接口均与A系统连接；所述网络模组链路切换模块的多路硬件接口均与B系统连接。

作为一种改进，传感器及控制器件链路编码模块通过串口1接收到链路数据后，会通过GPIO口驱动传感器及控制器件链路切换模块切换硬件接口与硬件接口之间的连接，使传感器单元、控制器件单元分别与指定逻辑处理器单元建立硬件链路，然后逻辑处理单元通过建立的链路，采集传感器数据，发送控制指令操作控制器件；

网络模组链路编码模块通过串口1接收到链路数据后，会通过GPIO口驱动网络模组切换模块切换硬件接口与硬件接口之间连接，使得网络模组单元与指定逻辑处理单元组件建立硬件链路，逻辑处理单元通过建立的链路与云端平台进行网络数据交互。

一种硬件链路智能切换装置，包括中央处理器模块、传感器及控制器件链路编码模块、网络模组链路编码模块、传感器及控制器件链路切换模块、网络模组链路切换模块、传感器单元、控制器件单元、逻辑处理器单元、网络模组单元；

其中，所述传感器及控制器件链路编码模块、网络模组链路编码模块均与中央处理器模块电性连接，所述传感器及控制器件链路编码模块与传感器及控制器件链路切换模块电性连接，所述网络模组链路编码模块与网络模组链路切换模块电性连接，所述传感器和控制器件单元均与传感器及控制器件链路切换模块电性连接，所述网络模组单元与网络模组链路切换模块电性连接，所述逻辑处理器单元分别与传感器及控制器件链路编码模块、网络模组链路编码模块电性连接。

作为一种改进，所述传感单元包括n个且多种型号的传感器以放置物联网行业的各种传感器，所述控制器件单元包括n个且多种型号的控制器件以放置物联网行业的各种控制器件，所述逻辑计算单元包括n个且多种型号的单片机以实现物联网中的各种逻辑处理；所述网络模组单元包括2G模组、4G模组、5G模组、NB-IoT模组、WIFI模组。

作为一种改进，所述传感器、控制器件、单片机以及各个网络模组的接口均位于单元背板和/或机箱背板上。

有益效果：本发明在物联网教学实训过程中，加入硬件链路智能切换的方法，让物联网教学实训平台的使用，更加简洁、方便、稳定。

附图说明

图1是本发明链路智能切换方法流程框图。

图2是本发明链路智能切换装置结构原理图。

图3是传感器及控制器件链路切换模块或网络模组链路切换模块结构原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1-3所示为的具体实施例，该实施例一种硬件链路智能切换的方法，该切换方法包括如下步骤：

步骤1)：根据不同的实训内容，中央处理器通过串口1会接收到针对选定实训内容的单元硬件链路连接的指令，通过中央处理模块接收主机发送链路切换指令，该实施例中链路切换指令为物联网教学实训内容的硬件链路配置指令；链路切换指令包括传感器单元、控制器件单元、逻辑处理器单元、网络模组单元的身份ID；

步骤2)：判断链路切换指令是否为传感器及控制器件链路切换，若是则解析链路切换指令获取实训内容需要的各单元的身份ID，并且封装成传感器及控制器件链路编码模块能够识别的编码数据；否则解析链路切换指令获取实训内容需要的各单元的身份ID，并且封装成网络模组链路编码模块能够识别的编码数据(链接数据格式)；本实训内容中单元包括传感器单元、控制器件单元、逻辑计算单元、网络模组单元，其中，传感器单元包括n个且多种型号的传感器以放置物联网行业的各种传感器，如传感器可以为温湿度传感器、甲醛传感器、空气质量传感器、CO₂传感器、大气压力传感器、土壤水分传感器、土壤PH传感器、烟雾传感器，以上传感器均为现有技术中的常规传感器，具体型号和规格可以根据实际操作进行选择；控制器件单元包括n个且多种型号的控制器件以放置物联网行业的各种控制器件，如控制器件可以为植物生长灯、风扇、加湿器、加热器，以上技术中的常规技术设备，所述逻辑计算单元包括n个且多种型号的单片机(逻辑处理器)以实现物联网中的各种逻辑处理；所述网络模组单元包括2G模组、4G模组、5G模组、NB-IoT模组、WIFI模组；

步骤3)：通过中央处理模块的串口2将封装好的传感器及控制器件链路编码数据发送到传感器及控制器件链路编码模块；通过中央处理模块串口3将封装好的网络模组链路编码数据发送到网络模组链路编码模块；

步骤4)：传感器及控制器件链路编码模块通过串口1接收来自中央处理器模块的传感器及控制器件链路编码数据，解析链路切换指令获取实训内容需要的各单元的身份ID，此处解析传感器及控制器件链路编码数据的身份ID包括传感器身份ID、控制器件身份ID，以及与传感器、控制器件建立硬件链路连接的逻辑处理器的身份ID，根据解析后身份ID的硬件链路进行匹配关系，再通过GPIO口驱动传感器及控制器件链路切换模块进行硬件链路的切换(硬件接口与硬件接口之间的连接)，完成硬件链路的连接，使传感器单元、控制器件单元分别与指定逻辑处理器单元建立硬件链路，此时逻辑处理器单元就可以通过建立的链路，采集传感器数据，发送控制指令操作控制器件；

步骤5)：网络模组链路编码模块通过串口1接收来自中央处理器模块的网络模组编码数据，并且解析出链路编码数据中各种身份ID，此处解析出链路编码数据的身份ID包括网络模组身份ID，以及与网络模组建立硬件链路连接的逻辑处理器的身份ID，根据解析后的身份ID的硬件链路进行匹配关系，再通过GPIO口驱动网络模组链路切换模块，进行硬件链路的切换(硬件接口与硬件接口之间连接)，从而完成硬件链路的连接，然后逻辑处理单元就可以通过建立的链路，与云端平台进行网络数据交互；

步骤6)：传感器及控制器件链路切换模块包括多路硬件接口，该硬件接口包括传感器、控制器件、逻辑处理器的硬件接口，传感器及控制器件链路切换模块接收到编码数据后在该传感器及控制器件链路切换模块中找到传感器、控制器件、逻辑处理器的硬件接口，并且建立传感器接口与逻辑处理器硬件接口、控制器件硬件接口与逻辑处理器硬件接口之间的连接；

步骤7)：网络模组链路切换模块包括多路硬件接口，该硬件接口包括网络模组、逻辑处理器的硬件接口，网络模组链路切换模块接收到编码数据后在该网络模组链路切换模块找到网络模组、逻辑处理器的硬件接口，并且建立网络模组硬件接口与逻辑处理器硬件接口之间的连接。

本申请中传感器单元、控制器件单元、逻辑处理器单元、网络模组单元建立硬件链路后形成了一个物联网实训案例，上传逻辑处理器单元采集的传感器数据到云端平台，逻辑处理器也可以从云端平台获取指令，操作控制器件。

作为一种改进的实施例方式，如图3所示，所述传感器及控制器件链路切换模块、网络模组链路切换模块均包括若干个模拟开关，传感器及控制器件链路切换模块中的模拟开关以及网络模组链路切换模块中的模拟开关分别构成A系统、B系统，传感器及控制器件链路切换模块上的多路硬件接口均与A系统连接；网络模组链路切换模块的多路硬件接口均与B系统连接，多个硬件接口分布连接在系统的左右两侧。

作为一种改进，传感器及控制器件链路编码模块通过串口1接收到链路数据后，会通过GPIO口驱动传感器及控制器件链路切换模块切换硬件接口与硬件接口之间的连接，使传感器单元、控制器件单元分别与指定逻辑处理器单元建立硬件链路，然后逻辑处理单元通过建立的链路，采集传感器数据，发送控制指令操作控制器件；

网络模组链路编码模块通过串口1接收到链路数据后，会通过GPIO口驱动网络模组切换模块切换硬件接口与硬件接口之间连接，使得网络模组单元与指定逻辑处理单元组件建立硬件链路，逻辑处理单元通过建立的链路与云端平台进行网络数据交互。

本发明一种硬件链路智能切换装置，如图2所示，包括中央处理器模块、传感器及控制器件链路编码模块、网络模组链路编码模块、传感器及控制器件链路切换模块、网络模组链路切换模块、传感器单元、控制器件单元、逻辑处理器单元、网络模组单元；

其中，所述传感器及控制器件链路编码模块、网络模组链路编码模块均与中央处理器模块电性连接，所述传感器及控制器件链路编码模块与传感器及控制器件链路切换模块电性连接，所述网络模组链路编码模块与网络模组链路切换模块电性连接，所述传感器和控制器件单元均与传感器及控制器件链路切换模块电性连接，所述网络模组单元与网络模组链路切换模块电性连接，所述逻辑处理器单元分别与传感器及控制器件链路编码模块、网络模组链路编码模块电性连接；

1)中央处理模块：

中央处理模块为整个硬件链路切换的中枢系统，首先，通过中央处理模块串口1接收教学实训内容的硬件链路配置指令，硬件链路配置指令包括一个物联网实训内容所要涵盖的传感器，控制器件、逻辑处理器、网络模组的身份ID。然后，解析链路配置指令，并封装成传感器及控制器件链路编码模块和网络模组链路编码模块能够识别的编码数据，最后，通过中央处理模块串口2，把传感器及控制器件链路编码数据发送到传感器及控制器件链路编码模块，通过中央处理模块串口3，把网络模组链路编码数据发送到网络模组链路编码模块；

2)传感器及控制器件链路编码模块：

传感器及控制器件链路编码模块通过串口1接收来自中央处理器模块的传感器及控制器件链路编码数据，解析出链路编码数据中传感器身份ID、控制器件身份ID，还有与传感器、控制器件建立硬件链路连接的逻辑处理器的身份ID，根据各种身份ID对应的硬件链路进行匹配关系，驱动传感器及控制器件链路切换模块，进行硬件链路的切换，从而完成硬件链路的连接；

3)网络模组链路编码模块：

网络模组链路编码模块通过串口1接收来自中央处理器模块的网络模组编码数据，解析出链路编码数据中网络模组身份ID，还有与网络模组建立硬件链路连接的逻辑处理器的身份ID，根据网络模组身份ID、逻辑处理器的身份ID对应的硬件链路进行匹配关系，驱动网络模组链路切换模块，进行硬件链路的切换，从而完成硬件链路的连接；

4)传感器及控制器件链路切换模块：

传感器及控制器件链路切换模块是完成传感器、控制器件与逻辑处理器建立硬件链路连接的最终执行模块，主要由数十个模拟开关组成一个系统，在该系统左右两侧具有多路硬件接口。传感器及控制器件链路切换模块接收到控制信号，就会在该切换模块找到传感器、控制器件、逻辑处理器的硬件接口，并且建立传感器、控制器件硬件接口与逻辑处理器硬件接口之间的连接。

5)网络模组链路切换模块：

网络模组链路切换模块是完成网络模组单元与逻辑处理器单元建立硬件链路连接的最终执行模块，其主要由数十个模拟开关组成一个系统，在该系统左右两侧具有多路硬件接口，网络模组链路切换接收到控制信号就会在该切换模块找到网络模组、逻辑处理器的硬件接口，并且建立网络模组硬件接口与逻辑处理器硬件接口之间的连接。

作为一种改进的实施例方式，传感单元包括n个且多种型号的传感器以放置物联网行业的各种传感器，n为大于或等于1的正整数，如传感器可以为温湿度传感器、甲醛传感器、空气质量传感器、CO₂传感器、大气压力传感器、土壤水分传感器、土壤PH传感器、烟雾传感器，以上传感器均为现有技术中的常规传感器，具体型号和规格可以根据实际操作进行选择；所述控制器件单元包括n个且多种型号的控制器件以放置物联网行业的各种控制器件，n为大于或等于1的正整数，如控制器件可以为植物生长灯、风扇、加湿器、加热器，以上技术中的常规技术设备，所述逻辑计算单元包括n个且多种型号的单片机(逻辑处理器)以实现物联网中的各种逻辑处理，n为大于或等于1的正整数；所述网络模组单元包括2G模组、4G模组、5G模组、NB-IoT模组、WIFI模组。

作为一种改进的实施例方式，传感器、控制器件、单片机以及各个网络模组的接口均位于单元背板和/或机箱背板上。

最后，需要注意的是，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种硬件链路智能切换的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤1)：通过中央处理模块接收主机发送链路切换指令；

步骤2)：判断链路切换指令是否为传感器及控制器件链路切换，若是则解析链路切换指令获取实训内容需要的各单元的身份ID，并且封装成传感器及控制器件链路编码模块能够识别的编码数据；否则解析链路切换指令获取实训内容需要的各单元的身份ID，并且封装成网络模组链路编码模块能够识别的编码数据；

步骤3)：通过中央处理模块将封装好的传感器及控制器件链路编码数据发送到传感器及控制器件链路编码模块；通过中央处理模块将封装好的网络模组链路编码数据发送到网络模组链路编码模块；

步骤4)：传感器及控制器件链路编码模块接收来自中央处理器模块的传感器及控制器件链路编码数据，并且解析出传感器及控制器件链路编码数据中各种身份ID，根据解析后身份ID的硬件链路进行匹配关系，再驱动传感器及控制器件链路切换模块进行硬件链路的切换，完成硬件链路的连接；

步骤5)：网络模组链路编码模块接收来自中央处理器模块的网络模组编码数据，并且解析出链路编码数据中各种身份ID，根据解析后的身份ID的硬件链路进行匹配关系，再驱动网络模组链路切换模块，进行硬件链路的切换，从而完成硬件链路的连接；

步骤6)：传感器及控制器件链路切换模块包括多路硬件接口，该硬件接口包括传感器单元、控制器件单元、逻辑处理器单元的硬件接口，传感器及控制器件链路切换模块接收到编码数据后在该传感器及控制器件链路切换模块中找到传感器单元、控制器件单元、逻辑处理器单元的硬件接口，并且建立传感器单元接口与逻辑处理器单元硬件接口、控制器件单元硬件接口与逻辑处理器单元硬件接口之间的连接；

步骤7)：网络模组链路切换模块包括多路硬件接口，该硬件接口包括网络模组单元、逻辑处理器单元的硬件接口，网络模组链路切换模块接收到编码数据后在该网络模组链路切换模块找到网络模组单元、逻辑处理器单元的硬件接口，并且建立网络模组单元硬件接口与逻辑处理器单元硬件接口之间的连接。

2.根据权利要求1所述的一种硬件链路智能切换的方法，其特征在于：所述链路切换指令为物联网教学实训内容的硬件链路配置指令。

3.根据权利要求1或2所述的一种硬件链路智能切换的方法，其特征在于：所述链路切换指令包括传感器单元、控制器件单元、逻辑处理器单元、网络模组单元的身份ID。

4.根据权利要求3所述的一种硬件链路智能切换的方法，其特征在于：步骤4)中解析传感器及控制器件链路编码数据的身份ID包括传感器单元身份ID、控制器件单元身份ID，以及与传感器、控制器件建立硬件链路连接的逻辑处理器单元的身份ID；

步骤5)中解析出链路编码数据的身份ID包括网络模组单元身份ID，以及与网络模组建立硬件链路连接的逻辑处理器单元的身份ID。

5.根据权利要求1或2或4所述的一种硬件链路智能切换的方法，其特征在于：所述中央处理模块通过串口1接收主机发送链路切换指令；所述中央处理模块通过串口2将封装好的传感器及控制器件链路编码数据发送到传感器及控制器件链路编码模块；所述中央处理模块通过串口3将封装好的网络模组链路编码数据发送到网络模组链路编码模块；所述传感器及控制器件链路编码模块通过串口1接收来自中央处理器模块的传感器及控制器件链路编码数据；所述网络模组链路编码模块通过串口1接收来自中央处理器模块的网络模组编码数据。

6.根据权利要求1所述的一种硬件链路智能切换的方法，其特征在于：所述传感器及控制器件链路切换模块、网络模组链路切换模块均包括若干个模拟开关，所述传感器及控制器件链路切换模块中的模拟开关以及网络模组链路切换模块中的模拟开关分别构成A系统、B系统，所述传感器及控制器件链路切换模块上的多路硬件接口均与A系统连接；所述网络模组链路切换模块的多路硬件接口均与B系统连接。

7.根据权利要求3所述的一种硬件链路智能切换的方法，其特征在于：传感器及控制器件链路编码模块通过串口1接收到链路数据后，会通过GPIO口驱动传感器及控制器件链路切换模块切换硬件接口与硬件接口之间的连接，使传感器单元、控制器件单元分别与指定逻辑处理器单元建立硬件链路，然后逻辑处理单元通过建立的链路，采集传感器数据，发送控制指令操作控制器件；

网络模组链路编码模块通过串口1接收到链路数据后，会通过GPIO口驱动网络模组切换模块切换硬件接口与硬件接口之间连接，使得网络模组单元与指定逻辑处理单元组件建立硬件链路，逻辑处理单元通过建立的链路与云端平台进行网络数据交互。

8.一种硬件链路智能切换装置，其特征在于：包括中央处理器模块、传感器及控制器件链路编码模块、网络模组链路编码模块、传感器及控制器件链路切换模块、网络模组链路切换模块、传感器单元、控制器件单元、逻辑处理器单元、网络模组单元；

其中，所述传感器及控制器件链路编码模块、网络模组链路编码模块均与中央处理器模块电性连接，所述传感器及控制器件链路编码模块与传感器及控制器件链路切换模块电性连接，所述网络模组链路编码模块与网络模组链路切换模块电性连接，所述传感器和控制器件单元均与传感器及控制器件链路切换模块电性连接，所述网络模组单元与网络模组链路切换模块电性连接，所述逻辑处理器单元分别与传感器及控制器件链路编码模块、网络模组链路编码模块电性连接。

9.根据权利要求8所述的一种硬件链路智能切换装置，其特征在于：所述传感单元包括n个且多种型号的传感器以放置物联网行业的各种传感器，所述控制器件单元包括n个且多种型号的控制器件以放置物联网行业的各种控制器件，所述逻辑计算单元包括n个且多种型号的单片机以实现物联网中的各种逻辑处理；所述网络模组单元包括2G模组、4G模组、5G模组、NB-IoT模组、WIFI模组。

10.根据权利要求9所述的一种硬件链路智能切换装置，其特征在于：所述传感器、控制器件、单片机以及各个网络模组的接口均位于单元背板和/或机箱背板上。

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