CN111711684A - 一种基于路由器的物联网信息获取系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于物联网通信技术领域，具体提供了一种基于路由器的物联网信息获取系统及方法，包括路由器，路由器内设有路由器CPU，路由器CPU的WAN口与外网连接，还包括服务器终端及封装于路由器内的内嵌式多媒体物联网设备，内嵌式多媒体物联网设备包括CPU模块、以太网交换模块及数据采集模块；接收、处理来自数据采集模块采集的外部数据及局域网的上行数据流并打包融合发送至以太网交换模块，并将外部数据及上行数据流发送至端口变压器，然后通过路由器CPU发送至服务器终端；接收来自路由器CPU的下行数据流并发送至以太网交换模块，并将经过端口变压器的下行数据流发送至局域网。该系统不新建通信通道，不仅具有高可靠性，且具备功耗低，低成本。

Description

一种基于路由器的物联网信息获取系统及方法

技术领域

本发明属于物联网通信技术领域，具体涉及一种基于路由器的物联网信息获取系统及方法。

背景技术

物联网设备的发展如火如荼，对于单独安装物联网设备诸如物联网视频、音频、温度等传感器，最终都需要接入家中的路由器中。可以通过直接对路由器进行新增器件来完成以上功能。将路由器从单纯的传输设备新增一个电路板成为一个多用途的传感器终端，并同时解决了供电、传输、功能的问题。

目前的类似的方法只是借用路由器的安装空间，供电是使用的外接电源，传输信号使用3G/4G信号或者连接路由器的WiFi信号。这种情况下导致安装复杂，数据传输通道不稳定，而且传输通道需要付费。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中改装路由器布线复杂、成本高且稳定系数低的问题。

为此，本发明提供了一种基于路由器的物联网信息获取系统，包括路由器，路由器内设有路由器CPU，所述路由器CPU的WAN口与外网连接，还包括服务器终端及封装于所述路由器内的内嵌式多媒体物联网设备，所述内嵌式多媒体物联网设备包括CPU模块、以太网交换模块及数据采集模块；

所述数据采集模块用于采集外部数据；

所述CPU模块用于接收、处理来自数据采集模块采集的外部数据及局域网的上行数据流并打包融合发送至以太网交换模块；同时用于接收来自路由器CPU的下行数据流并发送至所述以太网交换模块；

所述以太网交换模块将所述外部数据及上行数据流发送至端口变压器，然后通过所述路由器CPU发送至服务器终端，同时所述以太网交换模块将经过端口变压器的所述下行数据流发送至局域网。

优选地，所述CPU模块包括以MT7268AN芯片为处理器的单片机，所述数据采集模块包括语音数字单元及视频单元，所语音数字单元及所述视频单元分别与所述MT7268AN芯片的I2C串口及MIPI接口连接。

优选地，所述语音数字单元包括WM8960芯片，所述WM8960芯片的MCLK引脚、BCLK引脚、DACLRC引脚、DACDAT引脚、ADCDAT引脚、SCLK引脚及SDIN引脚分别与所述MT7268AN芯片的REF_CLKO引脚、I2S_CLK引脚、I2S_WS引脚、I2S_SDI引脚、I2S_SDO引脚、I2S_SCLK引脚及I2S_SD引脚连接。

优选地，所述视频单元包括IMX385芯片模组。

优选地，所述单片机还包括存储器，所述存储器包括MX25L6406芯片，所述MX25L6406芯片的/CS引脚、DO引脚、CLK引脚及DI引脚分别与所述MT7268AN芯片的SPI_CSO引脚、SPI_MISO引脚、SPI_CLK引脚及SPI_MOSI引脚连接。

优选地，所述系统还包括端口变压器，所述端口变压器包括NH2066DG芯片电路，所述NH2066DG芯片电路的一端与以太网交换模块连接，另一端与路由器CPU的网络端口连接。

优选地，所述服务器终端与所述路由器之间通过域名或者IP地址相通信连接，所述服务器终端用于存储、展示获取到的信息、管理用户权限及导出信息。

优选地，所述系统还包括至少一个客户端，所述客户端与所述服务器终端相连，所述客户端用于按照所述服务器终端中的权限配置查看多媒体采集模块获取的信息。

优选地，所述系统还包括至少一个客户端，所述客户端与所述嵌入式设备之间通过域名或者IP地址相通信连接，所述客户端用于按照服务端中的权限配置查看多媒体采集模块获取的信息。

本发明还提供了一种基于路由器的物联网信息获取方法，包括：

接收、处理来自数据采集模块采集的外部数据及局域网的上行数据流并打包融合发送至以太网交换模块，所述以太网交换模块将所述外部数据及上行数据流发送至端口变压器，然后通过所述路由器CPU发送至服务器终端或者直接发给客户端；

接收来自路由器CPU的下行数据流并发送至所述以太网交换模块，所述以太网交换模块将经过端口变压器的所述下行数据流发送至局域网。

本发明属于物联网通信技术领域，具体提供了一种基于路由器的物联网信息获取系统及方法，包括路由器，路由器内设有路由器CPU，路由器CPU的WAN口与外网连接，还包括服务器终端及封装于路由器内的内嵌式多媒体物联网设备，内嵌式多媒体物联网设备包括CPU模块、服务器终端、以太网交换模块及数据采集模块；数据采集模块用于采集外部数据；CPU模块用于接收、处理来自数据采集模块采集的外部数据及局域网的上行数据流并打包融合发送至以太网交换模块；同时用于接收来自路由器CPU的下行数据流并发送至以太网交换模块；以太网交换模块将外部数据及上行数据流发送至端口变压器，然后通过路由器CPU发送至服务器终端，同时以太网交换模块将经过端口变压器的下行数据流发送至局域网。该系统不新建通信通道，不仅具有高可靠性，且具备功耗低，低成本。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明基于路由器的物联网信息获取系统及方法的功能模块示意图；

图2是本发明基于路由器的物联网信息获取系统及方法的CPU模块一部分引脚示意图；

图3是本发明基于路由器的物联网信息获取系统及方法的CPU模块另一部分引脚示意图；

图4是本发明基于路由器的物联网信息获取系统及方法的网络信号交换变压器；

图5是本发明基于路由器的物联网信息获取系统及方法的电源开关电路图；

图6是本发明基于路由器的物联网信息获取系统及方法的音频芯片电路图；

图7是本发明基于路由器的物联网信息获取系统及方法的存储器电路连接图。

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明实施例提供了一种基于路由器的物联网信息获取系统，如图1所示，包括路由器，路由器内设有路由器CPU，所述路由器CPU的WAN口与外网连接，还包括服务器终端及封装于所述路由器内的内嵌式多媒体物联网设备，所述内嵌式多媒体物联网设备包括CPU模块、以太网交换模块及数据采集模块；所述数据采集模块用于采集外部数据；所述CPU模块用于接收、处理来自数据采集模块采集的外部数据及局域网的上行数据流并打包融合发送至以太网交换模块；同时用于接收来自路由器CPU的下行数据流并发送至所述以太网交换模块；所述以太网交换模块将所述外部数据及上行数据流发送至端口变压器，然后通过所述路由器CPU发送至服务器终端，同时所述以太网交换模块将经过端口变压器的所述下行数据流发送至局域网。

图1所示为整个路由器的所有内部结构，其包括了路由器CPU、端口变压器、服务器终端(图中未示出)及内嵌式多媒体物联网设备。这里的路由器CPU即路由器交换芯片，嵌入式多媒体结构即改装件，改装件外露有双绞线八根线缆，通过焊接与路由器主板相连。改装件使用SoC(system on chip)方案。外部连接包括一个以太网口和一个数据采集接口。以太网接口连接到路由器CPU的以太网LAN口，用于与路由器CPU通信进而连通互联网。局域网内的音频接口外接语音AD(模数转换)芯片进而连接数据采集端口，改装件的局域网端通信端口及路由器CPU的互联网端口均为RJ-45以太网接口。系统软件运行于CPU模块上。

改装件(即改装板或内嵌式多媒体物联网设备)安装在路由器内部，通过改装件的CPU模块的LAN口连接到路由器CPU的LAN口，再通过路由器WAN口连接到互联网。CPU模块的LAN口与路由器LAN口之间的通路称为内部通道。可以认为改装件是内置于路由器内部的一个小型化PC，通过路由器的LAN口接入。系统软件把外部信息数据流量按照TCP格式封装，目的IP地址是数据处理服务器IP地址。该TCP流量通过内部通道，在改装件和路由器的LAN信号融合之后送给路由器CPU。路由器CPU收到的融合数据流量和其他LAN口或者WiFi接口收到的数据流量在通信外部特征上没有任何差别，可以直接进行IP路由，通过WAN口送入互联网。

由于处于被改装路由器内部，而且无天线信号发出，信号都是直接融合至原路由器CPU既有通信回路，不会对外产生新的信号，即不会额外建立独立的传输通道，所以信号出书更加稳定、带宽更大、更安全，因此该系统具有多功能、低功耗、稳定传输、低成本等特点。还具有高易用性，基于路由器的国际标准，对家用路由器均可以改装使用。该方案解决了将数据融入被改装路由器的问题，还解决了基于被改装路由器冗余供电能力弱，而改装件低功耗的问题，同时也解决了传输通道需要额外付费的问题。

具体地工作原理如下：

语音板系统主要由低功耗嵌入式MCU，多媒体处理芯片，加上高灵敏度多媒体传感器组成，并使用以太网接口与路由器CPU主机进行通信。使用基于ARM或MIPS架构的CPU核心，运行Linux系统，使用SoC方案，需要带一个以太网口和一个音频接口，以太网接口连接到原设备的LAN口。音频接口外接语音AD芯片。保证网络连通，需要运行DHCP client协议以获取IP地址。语音服务器采用域名方式，因此系统需要运行DNS client。MCU上运行嵌入式Linux，完成语音数据的采集，压缩，加密和传输操作。语音数据的采集使用多声道，16位采样，44K频率采集，保证声音效果。压缩算法采用MP3高压缩比算法，保证语音数据流占用极少的带宽就可以完成传输。加密通道使用AES256位高强度加密算法，为保证加密效率，方案采用MCU自带加密芯片完成AES运算，保证加密效率的同时，降低系统功耗。在密钥分发方案上，我们使用Diffie-Hellman算法完成密钥的分发，DH算法是一种密钥交换技术，基于离散对数计算的复杂度，可以在非可靠网络上完成密钥的交换。加密语音数据使用可靠的TCP连接传输，保证数据传输稳定，在压缩算法的支持下，TCP连接只需要保持较小的带宽就可以完成数据的发送，且整个系统运行功耗更低、成本更低。为保证网络的可靠性，在传输层，我们实现了毫秒级连接状态自动侦测功能，在网络由不可达变为可达时，在1秒内重新建立网络连接，极大减少了采集的多媒体数据丢失。保证数据传输的可靠性。

优选的方案，如图2和图3所示，所述CPU模块包括以MT7268AN芯片为处理器的单片机，所述数据采集模块包括语音数字单元及视频单元，所语音数字单元及所述视频单元分别与所述MT7268AN芯片的I2C及MIPI接口连接。数据采集模块具体包括麦克风、摄像头、红外探测收集、采样外部信号。外部信号芯片把外部信号进行模数转换，并将转换后的数据流量送CPU模块。

优选的方案，如图2和图6所示，所述语音数字单元包括WM8960芯片，所述WM8960芯片的MCLK引脚、BCLK引脚、DACLRC引脚、DACDAT引脚、ADCDAT引脚、SCLK引脚及SDIN引脚分别与所述MT7268AN芯片的REF_CLKO引脚、I2S_CLK引脚、I2S_WS引脚、I2S_SDI引脚、I2S_SDO引脚、I2S_SCLK引脚及I2S_SD引脚连。其他的引脚走线连接见图中所示，在此不再一一赘述。

优选的方案，所述视频单元包括IMX385芯片模组。在这里用的视频摄像头型号为IMX385，该芯片与MT7268AN芯片的MIPI接口连接，本领域技术人员对照各芯片的说明即可连接。

优选的方案，如图2和图7所示，所述单片机还包括存储器，所述存储器包括MX25L6406芯片，所述MX25L6406芯片的/CS引脚、DO引脚、CLK引脚及DI引脚分别与所述MT7268AN芯片的SPI_CSO引脚、SPI_MISO引脚、SPI_CLK引脚及SPI_MOSI引脚连接。

优选的方案，如图2和图5所示，所述内嵌式多媒体物联网设备还包括电源开关电路，所述电源开关电路包括MP1497芯片，所述MP1497芯片IN引脚与外部电源连接。芯片各引脚的电路连接结构参照图可以完成连接，在此不再赘述。通过电源开关可以单独对内嵌式多媒体物联网设备进行启停操作，可以在路由器本体不停机情况下对内嵌式多媒体物联网设备进行单独开、关、检修或更换等操作，更人性化。

优选的方案，如图3和图4所示，所述系统还包括端口变压器，所述端口变压器包括NH2066DG芯片电路，所述NH2066DG芯片电路的一端与以太网交换模块连接，另一端与路由器CPU的网络端口连接。改装件安装位置位于以太网口和端口变压器之间，根据被改装路由器CPU的端口速率和硬件情况，来调整改装件的硬件参数，以完成对被改装路由器CPU的硬件适配。NH2066DG芯片电路左边的TXOP0(RXIP0)引脚～TXOP4(RXIP4)引脚分别与MT7268AN芯片的对应MDI引脚连接。在此不再赘述。改装件与路由器CPU之间通过端口变压器连接，经过PHY在路由器CPU内部链路进行数据传递交换。

优选的方案，所述系统还包括至少一个客户端，所述客户端与所述服务器终端相连，所述客户端用于按照所述服务器终端中的权限配置查看多媒体采集模块获取的信息。服务器终端只做存储、权限管理等工作。不做查看工作。服务器终端存在的作用在于：大规模部署时需要一个管理单元。多个客户端和改装板之间通过服务器相连，便于管理。一个客户端可以直接与一个改装板相连。

优选的方案，所述系统还包括至少一个客户端，所述客户端与所述嵌入式设备之间通过域名或者IP地址相通信连接，所述客户端用于按照服务端中的权限配置查看多媒体采集模块获取的信息。

本发明还提供了一种基于路由器的物联网信息获取方法，包括：

接收、处理来自数据采集模块采集的外部数据及局域网的上行数据流并打包融合发送至以太网交换模块，所述以太网交换模块将所述外部数据及上行数据流发送至端口变压器，然后通过所述路由器CPU发送至服务器终端；

接收来自路由器CPU的下行数据流并发送至所述以太网交换模块，所述以太网交换模块将经过端口变压器的所述下行数据流发送至局域网。

具体的数据流程如下：

1、多媒体的外部数据(包括音频和视频)及上行数据流。传感器—放大单元—多媒体芯片—改装件板内的CPU模块—路由器LAN接口接收—再通过路由器上传到互联网及后台服务器终端。其中以WM8960芯片核心的语音数字单元包括了语音头、放大单元及语音芯片。

2、下行数据流。互联网(外网)—通过路由器CPU的WAN接口进入到路由器CPU—通过改装件的WAN接口进入到其内的CPU模块—经过CPU模块处理后再通过改装件的LAN口下传至局域网内设备终端。

本发明的创新特点有以下几点：

1)将获取的外部多媒体信息编码为以太网数据包；外部多媒体信息以太网数据包与路由器CPU端口正常数据融合；融合之后的数据通过被改装路由器CPU正常链路回传；

2)改装件与被改装路由器CPU之间材质基本相同，且改装件成本低，功耗小；

3)不会通过无线线路传输获取的外部信息，不会使用手机电话卡而产生额外费用，因此不会产生新无线信号对其他无线信号产生干扰和无线通信费用。

本发明属于物联网通信技术领域，具体提供了一种基于路由器的物联网信息获取系统及方法，包括路由器，路由器内设有路由器CPU，路由器CPU的WAN口与外网连接，还包括服务器终端及封装于路由器内的内嵌式多媒体物联网设备，内嵌式多媒体物联网设备包括CPU模块、服务器终端、以太网交换模块及数据采集模块；数据采集模块用于采集外部数据；CPU模块用于接收、处理来自数据采集模块采集的外部数据及局域网的上行数据流并打包融合发送至以太网交换模块；同时用于接收来自路由器CPU的下行数据流并发送至以太网交换模块；以太网交换模块将外部数据及上行数据流发送至端口变压器，然后通过路由器CPU发送至服务器终端，同时以太网交换模块将经过端口变压器的下行数据流发送至局域网。该系统不新建通信通道，不仅具有高可靠性，且具备功耗低，低成本。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于路由器的物联网信息获取系统，包括路由器，路由器内设有路由器CPU，所述路由器CPU的WAN口与外网连接，其特征在于：还包括服务器终端及封装于所述路由器内的内嵌式多媒体物联网设备，所述内嵌式多媒体物联网设备包括CPU模块、以太网交换模块及数据采集模块；

所述数据采集模块用于采集外部数据；

所述CPU模块用于接收、处理来自数据采集模块采集的外部数据及局域网的上行数据流并打包融合发送至以太网交换模块；同时用于接收来自路由器CPU的下行数据流并发送至所述以太网交换模块；

所述以太网交换模块将所述外部数据及上行数据流发送至端口变压器，然后通过所述路由器CPU发送至服务器终端，同时所述以太网交换模块将经过端口变压器的所述下行数据流发送至局域网。

2.根据权利要求1所述的基于路由器的物联网信息获取系统，其特征在于：所述CPU模块包括以MT7268AN芯片为处理器的单片机，所述数据采集模块包括语音数字单元及视频单元，所语音数字单元及所述视频单元分别与所述MT7268AN芯片的I2C串口及MIPI接口连接。

3.根据权利要求2所述的基于路由器的物联网信息获取系统，其特征在于：所述语音数字单元包括WM8960芯片，所述WM8960芯片的MCLK引脚、BCLK引脚、DACLRC引脚、DACDAT引脚、ADCDAT引脚、SCLK引脚及SDIN引脚分别与所述MT7268AN芯片的REF_CLKO引脚、I2S_CLK引脚、I2S_WS引脚、I2S_SDI引脚、I2S_SDO引脚、I2S_SCLK引脚及I2S_SD引脚连接。

4.根据权利要求2所述的基于路由器的物联网信息获取系统，其特征在于：所述视频单元包括IMX385芯片模组。

5.根据权利要求2所述的基于路由器的物联网信息获取系统，其特征在于：所述单片机还包括存储器，所述存储器包括MX25L6406芯片，所述MX25L6406芯片的/CS引脚、DO引脚、CLK引脚及DI引脚分别与所述MT7268AN芯片的SPI_CSO引脚、SPI_MISO引脚、SPI_CLK引脚及SPI_MOSI引脚连接。

6.根据权利要求1所述的基于路由器的物联网信息获取系统，其特征在于：所述系统还包括端口变压器，所述端口变压器包括NH2066DG芯片电路，所述NH2066DG芯片电路的一端与以太网交换模块连接，另一端与路由器CPU的网络端口连接。

7.根据权利要求1所述的基于路由器的物联网信息获取系统，其特征在于：所述服务器终端与所述路由器之间通过域名或者IP地址相通信连接，所述服务器终端用于存储、展示获取到的信息、管理用户权限及导出信息。

8.根据权利要求1所述的基于路由器的物联网信息获取系统，其特征在于：所述系统还包括至少一个客户端，所述客户端与所述服务器终端相连，所述客户端用于按照所述服务器终端中的权限配置查看多媒体采集模块获取的信息。

9.根据权利要求1所述的基于路由器的物联网信息获取系统，其特征在于：所述系统还包括至少一个客户端，所述客户端与所述嵌入式设备之间通过域名或者IP地址相通信连接，所述客户端用于按照服务端中的权限配置查看多媒体采集模块获取的信息。

10.一种基于路由器的物联网信息获取方法，其特征在于，包括：

接收、处理来自数据采集模块采集的外部数据及局域网的上行数据流并打包融合发送至以太网交换模块，所述以太网交换模块将所述外部数据及上行数据流发送至端口变压器，然后通过所述路由器CPU发送至服务器终端或者直接发给客户端；

接收来自路由器CPU的下行数据流并发送至所述以太网交换模块，所述以太网交换模块将经过端口变压器的所述下行数据流发送至局域网。

Images