CN111740761A - 物联网多功能通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及物联网多功能通信设备，包括主控单元、电源模组、串行接口模组、开关量输入模组、4G模组、WIFI模组、NB模组和以太网模组；通过将4G模组、WIFI模组、NB模组和以太网模组集成在一个主控单元上，同时，主控单元的设有串行接口模组和开关量输入模组用于连接各种物联网设备，同时多种通信模块适用于更多的适用场景；本物联网多功能通信设备集成了多种通讯方式，4G网络、以太网、NB‑iot窄带物联网、WIFI、串行接口多种方式为一体的物联网通信设备，灵活选择。应用场景广泛，方便实用，充分解决复杂环境下通信不畅的问题，非常实用。

Description

物联网多功能通信设备
技术领域
本发明涉及通信设备技术领域，具体是物联网多功能通信设备。
背景技术
无线通信模块广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。
通信模块在物联网技术中有着举足轻重的作用，现有的无线通信模块通常只能使用一种通信模式，不能够适应各种物联网的使用场景。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供物联网多功能通信设备，集成多种通信方式，能够适用于更多的使用场景。
本发明的物联网多功能通信设备，包括主控单元、电源模组、串行接口模组、开关量输入模组、4G模组、WIFI模组、NB模组和以太网模组，电源模组通过稳压器与主控单元、4G模组、WIFI模组、NB模组和以太网模组连接，开关量输入模组与主控单元光耦连接，4G模组、WIFI模组和NB模组均通过串行数据总线与主控单元连接，以太网模组包括顺序连接的以太网芯片和以太网接口，以太网芯片通过串行外围接口与主控单元连接。
进一步地，所述主控单元为STM32单片机。
进一步地，所述电源模组包括第一电平转换器和第二电平转换器，第一电平转换器的输入端与外部电源连接，第一电平转换器的输入引脚输出4V直流电源；第二电平转换器的输入端与第一电平转换器的输出端连接，第二电平转换器的输出端输出3.3V直流电源；第一电平转换器的输入端设有保护器和滤波电路，第一电平转换器的输出端、第二电平转换器的输入端和第二电平转换器的输出端均设有滤波电路。
进一步地，所述串行接口模组包括RS232收发芯片、RS232接口、RS485 收发芯片和RS485接口，RS232收发芯片和RS485收发芯片的输入端的接收引脚和发送引脚分别与所述STM32单片机的数据接收引脚和数据发送引脚对应连接；RS232收发芯片和RS485收发芯片的输出端分别与RS232接口和RS485接口连接。
进一步地，所述开关量输入模组包括8路开关量输入单元，每一路开关量输入单元均包括一个光耦合器，光耦合器的输入端设有滤波器和保护器，光耦合器的输出端用于控制所述第二电平转换器的输出端与所述STM32单片机的IO 引脚之间的通断。
进一步地，所述4G模组包括一个型号为EC20的4G模块，4G模块的电源输入端与所述第一电平转换器的输出端连接；4G模块的数据收发引脚通过第三电平转换器与所述STM32单片机的IO引脚连接；4G模块上设有USB接口电路。
进一步地，所述WIFI模组为ESP-07S芯片，所述WIFI模组的电源输入引脚与所述第一电平转换器的输出端连接，所述WIFI模组的数据收发引脚与所述 STM32单片机的IO引脚连接。
进一步地，所述NB模组的型号为BC26，所述NB模组的电源输入端与所述第一电平转换器的输出端连接，所述NB模组的数据收发引脚与所述STM32单片机的IO引脚连接，所述NB模组与所述4G模组通讯连接。
进一步地，所述以太网芯片的信号为W5500，所述以太网芯片的电源输入引脚与所述第二电平转换器的输出端连接，所述以太网芯片与所述STM32单片机的IO引脚连接。
本发明的有益效果是：本发明的物联网多功能通信设备，通过将4G模组、WIFI模组、NB模组和以太网模组集成在一个主控单元上，同时，主控单元的设有串行接口模组和开关量输入模组用于连接各种物联网设备，同时多种通信模块适用于更多的适用场景；本物联网多功能通信设备集成了多种通讯方式，4G 网络、以太网、NB-iot窄带物联网、WIFI、串行接口多种方式为一体的物联网通信设备，灵活选择。应用场景广泛，方便实用，充分解决复杂环境下通信不畅的问题，非常实用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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它相关的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的主控单元的电路图；
图3为本发明的电源模组的电路图；
图4为本发明的开关量输入模组的电路图；
图5为本发明的串行接口模组的电路图；
图6为本发明的4G模组的电路图；
图7为本发明的第三电平转换器的电路图；
图8为本发明的NB模组的电路图；
图9为本发明的wifi模组的电路图；
图10为本发明的以太网模组的电路图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。如图1所示：本实施例的物联网多功能通信设备，包括主控单元、电源模组、串行接口模组、开关量输入模组、4G模组U2A、WIFI模组U21、NB模组U20和以太网模组，电源模组通过稳压器与主控单元、4G模组U2A、WIFI模组U21、NB 模组U20和以太网模组连接，开关量输入模组与主控单元光耦连接，4G模组U2A、 WIFI模组U21和NB模组U20均通过串行数据总线(UART)与主控单元连接，以太网模组包括顺序连接的以太网芯片U19和以太网接口E1，以太网芯片U19通过串行外围接口(SPI)与主控单元连接串行接口模组内部包含多种串行接口的类型，为物联网设备提供多种连接方式，开关量输入模组提供更多的信号输入和控制方式，4G模组U2A、WIFI模组U21、NB模组U20和以太网模组提供多种联网方式。
本发明的物联网多功能通信设备，通过将4G模组U2A、WIFI模组U21、NB 模组U20和以太网模组集成在一个主控单元上，同时，主控单元的设有串行接口模组和开关量输入模组用于连接各种物联网设备，同时多种通信模块适用于更多的适用场景；本物联网多功能通信设备集成了多种通讯方式，4G网络、以太网、NB-iot窄带物联网、WIFI、串行接口多种方式为一体的物联网通信设备，灵活选择。应用场景广泛，方便实用，充分解决复杂环境下通信不畅的问题，非常实用。
如图2所示，本实施例中，主控单元为STM32单片机U3的最小系统，具体型号为STM32F103RET6，STM32单片机U3最小系统除了包含单片机U3本身以外，还包含一个为晶振时钟电路和触发开关，从而构成一个最基本的STM32单片机 U3最小系统。
如图3所示，本实施例中，电源模组包括第一电平转换器和第二电平转换器，其中第一电平转换器包括型号为LMR14030SDDAR的DC-DC开关稳压器，开关稳压器的输入端设有瞬态抑制二极管用于保护开关稳压器，开关稳压器的输入端和输出端均设有滤波电路，用于滤除杂波，第一电平转换器的输入引脚vin 与外部直流电源连接，直流电源的可输入范围为9-30V，输出为4V的直流电源。第二电平转换器包括一个型号为XC6214P332PR的固定电压稳压器，固定电压稳压器的输入端VIN与第一电平转换电路的输出端连接，输入4V的直流电源，输出3.3V的直流电源，固定电压稳压器的输入端和输出端均设有滤波电容，使得输出的电平信号更加稳定。
如图4所示，本实施例中，开关量输入模组包括8路开关量输入单元，每一路开关量输入单元均设置一个EL814S光耦合器，光耦合器的输入端设有RC 滤波电路和瞬态抑制二极管，滤波器可以滤除输入信号的杂波，瞬态抑制二极管可以有效地保护光耦合器，光耦合器的输出端用于控制第二电平转换器的输出端与STM32单片机U3的IO引脚PC0-PC7之间的通断，利用光耦合器输入端输入的电平信号控制单片机U3IO引脚PC0-PC7接收3.3V的电平或者是0电平(接地)，具体过程为，当光耦合器的输入端(DI1-DI8任一)输入的电平信号不能使得光耦合器的被控制端(即输出端)连通时，3.3V的电平信号将直接输入至STM32单片机U3的对应的IO引脚(PC0-PC7)，使得该引脚的输入信号为高电平，反之3.3V的电平信号和STM32单片机U3的IO引脚将直接接地，使得该引脚的输入信号为0电平；而由于设置光耦合器可以使得输入信号的电平范围不再受到STM32单片机U3的IO引脚的最大可接受范围的限制，可以直接连接多种范围的信号源，实现开关量信号输入。
如图5所示，本实施例中，串行接口模组包括RS232收发芯片U5、RS232 接口、RS485收发芯片U7和RS485接口，RS232收发芯片U5采用SP3232EN， RS485收发芯片U7采用SP485EN，RS232收发芯片U5的输入端的接收引脚R2IN 和发送引进T2OUT分别与STM32单片机U3的串行数据行脚PA10(TXD)和 PA11(RXD)连接，RS485收发芯片U7的输入端的接收引脚RO和发送引脚DI分别与STM32单片机U3的串行数据行脚PA10(TXD)和PA11(RXD)连接；RS232收发芯片U5和RS485收发芯片U7的输出端分别与RS232接口和RS485接口连接，采用标准的RS232和RS485接口，在此不再过多赘述。
如图6-图7所示，本实施例中，4G模组U2A包括一个型号为EC20的4G 模块，4G模块的电源输入端与第一电平转换器的输出端连接，4G模块的电源输入为4V；4G模块的数据收发引脚通过第三电平转换器与STM32单片机U3的IO 引脚连接；4G模块上设有USB接口电路，第三电平转换器是一个型号为 TXS0104EPWR的电平转换器，由于EC20与STM32单片机U3之间进行电信号发送时电平值不同，因此使用第三电平转换器进行转换，确保二者能够进行正常的指令互传；EC20设置USB接口电路则是为了实现4G模组U2A的USB模式。
如图8所示，本实施例中，WIFI模组U21为ESP-07S芯片，ESP-07S芯片的工作电压为4V，因此WIFI模组U21的电源输入引脚与第一电平转换器的输出端连接，WIFI模组U21的数据收发引脚TX和RX分别与STM32单片机U3的 PA3(MCU_RXD)和PA2(MCU_TXD)引脚连接，从而实现STM32单片机U3和ESP-07S 芯片之间的指令互传。
如图9所示，本实施例中，NB模组U20的型号为BC26，BC26的工作电压为4V，因此NB模组U20的电源输入端与第一电平转换器的输出端连接，NB模组U20的数据收发引脚(RXD和TXD)与STM32单片机U3的PA2(MCU_TXD)和 PA3(MCU_RXD)引脚连接，NB模组U20的复位引脚RESET与4G模组U2A的RESET 引脚连接后外接复位使能信号PWR_EN，而复位使能信号PWR_EN则来源于STM32 单片机U3的VDD4引脚，从而依靠单片机U3对NB模组U20和4G模组U2A进行复位操作；此外NB模组U20的数据传输引脚SIM_DATA、复位引脚SIM_RST和时钟信号引脚SIM_CLK与4G模组U2A的数据传输引脚USIM_DATA、复位引脚 USIM_RST和时钟信号引脚USIM_CLK共地地对应连接，从而依靠4G移动网络实现NB-iot窄带网的实现。
如图10所示，本实施例中，以太网芯片U19的信号为W5500，W5500的工作电压为3.3V，因此以太网芯片U19的电源输入引脚与第二电平转换器的输出端连接，以太网芯片U19的INTn、MOSi、MISO、SCLK和SCSn引进分别与STM32 单片机U3的PA8、PB15、PB14、PB13和PB12引脚对应连接，实现以太网所需的各种数据类型的互传，以太网芯片U19的输出引进与标准的以太网接口E1 对应连接，在此不再过多赘述。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.物联网多功能通信设备，其特征在于：包括主控单元、电源模组、串行接口模组、开关量输入模组、4G模组、WIFI模组、NB模组和以太网模组，电源模组通过稳压器与主控单元、4G模组、WIFI模组、NB模组和以太网模组连接，开关量输入模组与主控单元光耦连接，4G模组、WIFI模组和NB模组均通过串行数据总线与主控单元连接，以太网模组包括顺序连接的以太网芯片和以太网接口，以太网芯片通过串行外围接口与主控单元连接。
2.根据权利要求1所述的物联网多功能通信设备，其特征在于：所述主控单元为STM32单片机。
3.根据权利要求2所述的物联网多功能通信设备，其特征在于：所述电源模组包括第一电平转换器和第二电平转换器，第一电平转换器的输入端与外部电源连接，第一电平转换器的输入引脚输出4V直流电源；第二电平转换器的输入端与第一电平转换器的输出端连接，第二电平转换器的输出端输出3.3V直流电源；第一电平转换器的输入端设有保护器和滤波电路，第一电平转换器的输出端、第二电平转换器的输入端和第二电平转换器的输出端均设有滤波电路。
4.根据权利要求2所述的物联网多功能通信设备，其特征在于：所述串行接口模组包括RS232收发芯片、RS232接口、RS485收发芯片和RS485接口，RS232收发芯片和RS485收发芯片的输入端的接收引脚和发送引脚分别与所述STM32单片机的数据接收引脚和数据发送引脚对应连接；RS232收发芯片和RS485收发芯片的输出端分别与RS232接口和RS485接口连接。
5.根据权利要求3所述的物联网多功能通信设备，其特征在于：所述开关量输入模组包括8路开关量输入单元，每一路开关量输入单元均包括一个光耦合器，光耦合器的输入端设有滤波器和保护器，光耦合器的输出端用于控制所述第二电平转换器的输出端与所述STM32单片机的IO引脚之间的通断。
6.根据权利要求3所述的物联网多功能通信设备，其特征在于：所述4G模组包括一个型号为EC20的4G模块，4G模块的电源输入端与所述第一电平转换器的输出端连接；4G模块的数据收发引脚通过第三电平转换器与所述STM32单片机的IO引脚连接；4G模块上设有USB接口电路。
7.根据权利要求3所述的物联网多功能通信设备，其特征在于：所述WIFI模组为ESP-07S芯片，所述WIFI模组的电源输入引脚与所述第一电平转换器的输出端连接，所述WIFI模组的数据收发引脚与所述STM32单片机的IO引脚连接。
8.根据权利要求3所述的物联网多功能通信设备，其特征在于：所述NB模组的型号为BC26，所述NB模组的电源输入端与所述第一电平转换器的输出端连接，所述NB模组的数据收发引脚与所述STM32单片机的IO引脚连接，所述NB模组与所述4G模组通讯连接。
9.根据权利要求3所述的物联网多功能通信设备，其特征在于：所述以太网芯片的信号为W5500，所述以太网芯片的电源输入引脚与所述第二电平转换器的输出端连接，所述以太网芯片与所述STM32单片机的IO引脚连接。
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CN113395725A (zh) * 2021-06-16 2021-09-14 南京征途信息技术有限公司 一种可靠的双4g移动数据通信系统及其通信方法

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