CN113034874A - 一种基于5g的工业数据终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于5G的工业数据终端，包括主控模块和电源模块，所述主控模块分别与5G模块、WiFi模块、状态指示模块、接口模块、天线。上述技术方案采用5G无线方案来解决有线光纤布线问题，同时内嵌工业路由器协议解决工业协议管道问题，节省了工业控制路由器AR的成本，实现高速率，低延时，无线通信的工业控制。

Description

一种基于5G的工业数据终端

技术领域

本发明涉及工业数据技术领域，尤其涉及一种基于5G的工业数据终端。

背景技术

随着4G到5G的更新换代，4G即将成为过去，而5G技术正处于全球顶尖技术，很多应该行业都没有5G经验，可喜的是5G技术在手机行业已经慢慢开始商用，但在物联网工业控制领域，有速率和时延要求很高的应用场景，还是一片空白，而5G成了最佳选择。

有资料显示，在工业控制领域，有三大要求，即高速率，低时延，专用协议通信，因此目前工业控制领域采用：有线光纤+AR(工业路由器)+wifi方式实现。有线光纤一般采用千兆光纤，解决高速率，低时延，AR工业路由器实现专用协议通信管道，随着5G面世以来，工业控制方案演变为：5G CPE(客户前端设备)+AR(工业路由器)来实现，即使用5G CPE(客户前端设备)来替换原有的千兆光纤。

中国专利文献CN107671414A公开了一种“基于RFID数据采集功能的工业智能终端及其控制方法”。采用了包括：控制单元，提供交互界面显示接口、输入输出接口；射频数据采集单元，集成RFID读写控制模块，前端输入为射频前端电路，输出端与控制单元的总线接口相连；存储单元，通过数据线接至控制单元；网络传输单元，具有以太网接口及CAN总线接口，通过网络切换电路切换实现控制单元与监控终端的通讯连接；显示单元，与控制单元的显示数据输出端相连，显示用户界面；电源管理单元，为其他电单元提供多等级的稳定电压，受控于控制单元内部的电源管理软件；控制方法包括数据采集过程和数据传输过程，二者通过主线程控制状态机协调工作。上述技术方案受限于数据传输技术，范围小，且传输速率低，且延时较高。

发明内容

本发明主要解决原有的技术方案光纤布线繁琐，成本高的技术问题，提供一种基于5G的工业数据终端，采用5G无线方案来解决有线光纤布线问题，同时内嵌工业路由器协议解决工业协议管道问题，节省了工业控制路由器AR的成本，实现高速率，低延时，无线通信的工业控制。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括主控模块和电源模块，所述主控模块分别与5G模块、WiFi模块、状态指示模块、接口模块、天线。主控模块用于综合控制所有模块，实现数据的交流，进行工业控制，电源模块用于针对不同模块的芯片提供合适电源，5G模块用于实现数据传递，状态指示模块用于指示当前状态。

作为优选，所述的电源模块包括主电源模块、主控电源模块和5G电源模块，所述主电源模块经过主控电源模块与主控模块相连，同时主电源模块经过5G电源模块与5G模块相连。

作为优选，所述的主控模块包括主控芯片MT7621A，所述主控芯片MT7621A的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4并联的同时经过MT_3.3V、电感L80与主控电源模块相连，同时MT_3.3V经过并联的电容C82、C83接地；引脚5、引脚6、引脚7、引脚8并联的同时接地；引脚9、引脚14、引脚15、引脚16与5G模块的MT_5G_PSW相连，引脚10经过电阻R82与看门狗电路相连，引脚11与时钟电路相连，引脚12、引脚13与开关电路相连，引脚17、引脚18、引脚20、引脚21、引脚22、引脚23与接口模块相连；引脚19、引脚24、引脚27接地；引脚25经过电阻R81与接口模块相连，引脚26经过电阻R80与接口模块相连；引脚28-引脚35与LAN0相连；引脚44、引脚53、引脚62接地，引脚63-引脚70与LAN1相连；引脚71与LAN1_LED相连；引脚75与LAN0_LED相连；引脚77经过电阻R85与LAN1相连；引脚78经过电阻R84与LAN0相连；引脚85经过电阻R83与复位电路相连；引脚92接地；引脚95、引脚96、引脚97、引脚105、引脚112、引脚124与LAN0相连；引脚113-引脚119与5G模块相连；引脚120、引脚122与WiFi模块相连；引脚121、引脚123与5G模块相连，引脚124与状态指示模块相连；引脚130、引脚131、引脚132、引脚133、引脚134、引脚137、引脚138与TF卡相连。

作为优选，所述的5G模块包括芯片CON150，所述芯片CON150的引脚2、引脚4与5G电源模块相连；引脚3、引脚5、引脚11接地；引脚6与开关电路相连的同时经过电容C157接地；引脚7、引脚9与接口模块相连；引脚8，引脚10与开关电路相连；引脚27、引脚33、引脚39、引脚51、引脚57接地；引脚29经过电容C163与接口模块相连；引脚31经过电容C162与接口模块相连；以及35、引脚37与接口模块相连；引脚41经过电容C161与主控模块相连；引脚43经过电容C160与主控模块；引脚47、引脚49、引脚50、引脚52、引脚53、引脚54、引脚55与主控模块相连；引脚58与接口模块相连；引脚67与复位电路相连的同时经过电容C161接地；引脚70、引脚72、引脚74与5G电源模块相连；引脚71、引脚73接地。

作为优选，所述的主电源模块包括主电源芯片DC44H-A2060RJ03A，所述主电源芯片的引脚1依次经过保险丝F11、电阻R14、二极管D12与第一直流输入端DCIN1相连；引脚1同时经过双向二极管D200接地；引脚2、引脚3、引脚5并联经过电容C12与引脚1相连的同时经过电阻R15接地；电容C14和电容C15串联的同时并联在电容C12两端，同时电容C14和电容C15接地；电阻R14与线圈RC1206FR-070RL的引脚2、引脚3相连；电阻R15与线圈RC1206FR-070RL的引脚1、引脚4相连；二极管D12正极经过电容C13接地；第一直流输入端DCIN1依次经过电阻R10、二极管D10、二极管D11接地；电阻R10经过电阻R11与三极管Q10的B极相连，同时经过二极管D19与场效应管Q14的S极相连；三极管Q10的E极经过电阻R12与三极管Q10的C极相连；二极管C11并联与电阻R12两端；场效应管Q14的D极与直流输入端DCIN相连，场效应管Q14的G极经过电阻R13接地的同时经过二极管D21与场效应管Q14的S极相连。

作为优选，所述的主控电源模块包括主控电源芯片U20，芯片U20的型号为AN_SY8293，主控电源芯片U20的引脚0、引脚2、引脚3、引脚4接地；引脚1经过电阻R22与主控模块相连的同时经过电阻R21接地，电容C30与电阻R22并联；引脚5经过电容C23和电感L20与主控模块相连，同时电容C23经过二极管D23接地；电感L20与主控模块相连的同时分别经过并联的电容C24、电容C25、电容C29、电容C40、电容C41、电容C42、二极管D24、二极管D25接地；引脚6经过电阻R24、电容C27接地；引脚7与直流输入端DCIN相连的同时，分别经过并联的电容C20、电容C21电容C22接地，同时引脚7经过电阻R20与电阻R47相连；引脚8经过电阻R47与场效应管Q34的D极相连，场效应管Q34的G极经过电阻R46与VBUS相连，场效应管Q34的S极接地的同时经过电阻R48与场效应管Q34的G极相连。

作为优选，所述的5G电源模块包括5G电源芯片U50，芯片U50的型号为AN_SY8293，5G电源芯片U50的引脚0、引脚2、引脚3、引脚4接地；引脚1经过电阻R53与5G模块相连的同时经过电阻R52接地，电容C58与电阻R53并联；引脚5经过电容C54和电感L50与5G模块相连，同时电容C54经过二极管D52接地；电感L50与主控模块相连的同时分别经过并联的电容C55、电容C56、电容C57、电容C60、电容C61、电容C62、双向二极管D55、二极管D53、双向二极管D54接地；引脚7与直流输入端DCIN_5G相连的同时，分别经过并联的电容C52、电容C51、电容C50、电容C59接地，同时引脚7经过电阻R54与电阻R50相连；引脚8经过电阻R51接地，电容C53与电阻R51并联，同时引脚8经过电阻R50、二极管D51与VBUS相连，同时电阻R50经过二极管D50与WiFi模块相连。

作为优选，所述的接口模块包括RJ45接口的千兆以太网接口。

本发明的有益效果是：采用5G无线方案来解决有线光纤布线问题，同时内嵌工业路由器协议解决工业协议管道问题，节省了工业控制路由器AR的成本，实现高速率，低延时，无线通信的工业控制。

附图说明

图1是本发明的一种电路原理连接结构图。

图2是本发明的一种主控模块电路图。

图3是本发明的一种5G模块电路图。

图4是本发明的一种主电源模块电路图。

图5是本发明的一种主控电源模块电路图。

图6是本发明的一种5G电源模块电路图。

图7是本发明的一种主控模块LAN0电路图。

图8是本发明的一种主控模块LAN1电路图。

图中1主控模块，2 5G模块，3电源模块，3.1主电源模块，3.2主控电源模块，3.3 5G电源模块，4WiFi模块，5状态指示模块，6接口模块，7天线。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种基于5G的工业数据终端，如图1所示，包括主控模块1和电源模块3，主控模块1分别与5G模块2、WiFi模块4、状态指示模块5、接口模块6、天线7。电源模块3包括主电源模块3.1、主控电源模块3.2和5G电源模块3.3，所述主电源模块3.1经过主控电源模块3.2与主控模块1相连，同时主电源模块3.1经过5G电源模块3.3与5G模块2相连。

如图2所示，主控模块1包括主控芯片MT7621A，所述主控芯片MT7621A的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4并联的同时经过MT_3.3V、电感L80与主控电源模块3.2相连，同时MT_3.3V经过并联的电容C82、C83接地；引脚5、引脚6、引脚7、引脚8并联的同时接地；引脚9、引脚14、引脚15、引脚16与5G模块2的MT_5G_PSW相连，引脚10经过电阻R82与看门狗电路相连，引脚11与时钟电路相连，引脚12、引脚13与开关电路相连，引脚17、引脚18、引脚20、引脚21、引脚22、引脚23与接口模块6相连；引脚19、引脚24、引脚27接地；引脚25经过电阻R81与接口模块6相连，引脚26经过电阻R80与接口模块6相连；引脚28-引脚35与LAN0相连，LAN0电路如图7所示。引脚44、引脚53、引脚62接地，引脚63-引脚70与LAN1相连；引脚71与LAN1_LED相连；引脚75与LAN0_LED相连；引脚77经过电阻R85与LAN1相连；引脚78经过电阻R84与LAN0相连，LAN0电路如图8所示。引脚85经过电阻R83与复位电路相连；引脚92接地；引脚95、引脚96、引脚97、引脚105、引脚112、引脚124与LAN0相连；引脚113-引脚119与5G模块2相连；引脚120、引脚122与WiFi模块4相连；引脚121、引脚123与5G模块2相连，引脚124与状态指示模块5相连；引脚130、引脚131、引脚132、引脚133、引脚134、引脚137、引脚138与TF卡相连。

如图3所示，5G模块2包括芯片CON150，所述芯片CON150的引脚2、引脚4与5G电源模块3.3相连；引脚3、引脚5、引脚11接地；引脚6与开关电路相连的同时经过电容C157接地；引脚7、引脚9与接口模块6相连；引脚8，引脚10与开关电路相连；引脚27、引脚33、引脚39、引脚51、引脚57接地；引脚29经过电容C163与接口模块6相连；引脚31经过电容C162与接口模块6相连；以及35、引脚37与接口模块6相连；引脚41经过电容C161与主控模块1相连；引脚43经过电容C160与主控模块1；引脚47、引脚49、引脚50、引脚52、引脚53、引脚54、引脚55与主控模块1相连；引脚58与接口模块6相连；引脚67与复位电路相连的同时经过电容C161接地；引脚70、引脚72、引脚74与5G电源模块3.3相连；引脚71、引脚73接地。

如图4所示，主电源模块3.1包括主电源芯片DC44H-A2060RJ03A，所述主电源芯片的引脚1依次经过保险丝F11、电阻R14、二极管D12与第一直流输入端DCIN1相连；引脚1同时经过双向二极管D200接地；引脚2、引脚3、引脚5并联经过电容C12与引脚1相连的同时经过电阻R15接地；电容C14和电容C15串联的同时并联在电容C12两端，同时电容C14和电容C15接地；电阻R14与线圈RC1206FR-070RL的引脚2、引脚3相连；电阻R15与线圈RC1206FR-070RL的引脚1、引脚4相连；二极管D12正极经过电容C13接地；第一直流输入端DCIN1依次经过电阻R10、二极管D10、二极管D11接地；电阻R10经过电阻R11与三极管Q10的B极相连，同时经过二极管D19与场效应管Q14的S极相连；三极管Q10的E极经过电阻R12与三极管Q10的C极相连；二极管C11并联与电阻R12两端；场效应管Q14的D极与直流输入端DCIN相连，场效应管Q14的G极经过电阻R13接地的同时经过二极管D21与场效应管Q14的S极相连。

输入前端采用4A/250V保险丝，额定电流值为4A，当负载过大或发生短路时，电流值较大会烧毁该保险丝，从而达到了保护后级的作用。当输入电压大于39v时，稳压管(D10和D11串联)会起到稳压39V的作用，当输入电压增大到39.7V左右时，PNP三极管LMBT2907的基极(B)端低于发射极(E)端0.7V，此时三极管进入饱和态，发射极电压约等于集电极(C)电压。对于Pmos(Q14)管AOD409来说Vgs＝0而截止，断开了与后级的连接，起到过压保护的作用。当输入端反接时，对Q15管AOD409来说Vgs＝0.6V而截止，再加上体内寄生二极管处于反向截止态，断开了与后级的连接，起到防反接保护的作用。

如图5所示，主控电源模块3.2包括主控电源芯片U20，芯片U20的型号为AN_SY8293，主控电源芯片U20的引脚0、引脚2、引脚3、引脚4接地；引脚1经过电阻R22与主控模块1相连的同时经过电阻R21接地，电容C30与电阻R22并联；引脚5经过电容C23和电感L20与主控模块1相连，同时电容C23经过二极管D23接地；电感L20与主控模块1相连的同时分别经过并联的电容C24、电容C25、电容C29、电容C40、电容C41、电容C42、二极管D24、二极管D25接地；引脚6经过电阻R24、电容C27接地；引脚7与直流输入端DCIN相连的同时，分别经过并联的电容C20、电容C21电容C22接地，同时引脚7经过电阻R20与电阻R47相连；引脚8经过电阻R47与场效应管Q34的D极相连，场效应管Q34的G极经过电阻R46与VBUS相连，场效应管Q34的S极接地的同时经过电阻R48与场效应管Q34的G极相连。

如图6所示，5G电源模块3.3包括5G电源芯片U50，芯片U50的型号为AN_SY8293，5G电源芯片U50的引脚0、引脚2、引脚3、引脚4接地；引脚1经过电阻R53与5G模块2相连的同时经过电阻R52接地，电容C58与电阻R53并联；引脚5经过电容C54和电感L50与5G模块2相连，同时电容C54经过二极管D52接地；电感L50与主控模块1相连的同时分别经过并联的电容C55、电容C56、电容C57、电容C60、电容C61、电容C62、双向二极管D55、二极管D53、双向二极管D54接地；引脚7与直流输入端DCIN_5G相连的同时，分别经过并联的电容C52、电容C51、电容C50、电容C59接地，同时引脚7经过电阻R54与电阻R50相连；引脚8经过电阻R51接地，电容C53与电阻R51并联，同时引脚8经过电阻R50、二极管D51与VBUS相连，同时电阻R50经过二极管D50与WiFi模块4相连。

接口模块6包括RJ45接口的千兆以太网接口。DCDC电源芯片选用型号：SY8293，特点：4.5V至42V电压输入范围，3A最大输出电流，SO PowerPAD封装。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了主控模块、5G模块、电源模块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种基于5G的工业数据终端，其特征在于，包括主控模块(1)和电源模块(3)，所述主控模块(1)分别与5G模块(2)、WiFi模块(4)、状态指示模块(5)、接口模块(6)、天线(7)。

2.根据权利要求1所述的一种基于5G的工业数据终端，其特征在于，所述电源模块(3)包括主电源模块(3.1)、主控电源模块(3.2)和5G电源模块(3.3)，所述主电源模块(3.1)经过主控电源模块(3.2)与主控模块(1)相连，同时主电源模块(3.1)经过5G电源模块(3.3)与5G模块(2)相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于5G的工业数据终端，其特征在于，所述主控模块(1)包括主控芯片MT7621A，所述主控芯片MT7621A的引脚1、引脚2、引脚3、引脚4并联的同时经过MT_3.3V、电感L80与主控电源模块(3.2)相连，同时MT_3.3V经过并联的电容C82、C83接地；引脚5、引脚6、引脚7、引脚8并联的同时接地；引脚9、引脚14、引脚15、引脚16与5G模块(2)的MT_5G_PSW相连，引脚10经过电阻R82与看门狗电路相连，引脚11与时钟电路相连，引脚12、引脚13与开关电路相连，引脚17、引脚18、引脚20、引脚21、引脚22、引脚23与接口模块(6)相连；引脚19、引脚24、引脚27接地；引脚25经过电阻R81与接口模块(6)相连，引脚26经过电阻R80与接口模块(6)相连；引脚28-引脚35与LAN0相连；引脚44、引脚53、引脚62接地，引脚63-引脚70与LAN1相连；引脚71与LAN1_LED相连；引脚75与LAN0_LED相连；引脚77经过电阻R85与LAN1相连；引脚78经过电阻R84与LAN0相连；引脚85经过电阻R83与复位电路相连；引脚92接地；引脚95、引脚96、引脚97、引脚105、引脚112、引脚124与LAN0相连；引脚113-引脚119与5G模块(2)相连；引脚120、引脚122与WiFi模块(4)相连；引脚121、引脚123与5G模块(2)相连，引脚124与状态指示模块(5)相连；引脚130、引脚131、引脚132、引脚133、引脚134、引脚137、引脚138与TF卡相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于5G的工业数据终端，其特征在于，所述5G模块(2)包括芯片CON150，所述芯片CON150的引脚2、引脚4与5G电源模块(3.3)相连；引脚3、引脚5、引脚11接地；引脚6与开关电路相连的同时经过电容C157接地；引脚7、引脚9与接口模块(6)相连；引脚8，引脚10与开关电路相连；引脚27、引脚33、引脚39、引脚51、引脚57接地；引脚29经过电容C163与接口模块(6)相连；引脚31经过电容C162与接口模块(6)相连；以及35、引脚37与接口模块(6)相连；引脚41经过电容C161与主控模块(1)相连；引脚43经过电容C160与主控模块(1)；引脚47、引脚49、引脚50、引脚52、引脚53、引脚54、引脚55与主控模块(1)相连；引脚58与接口模块(6)相连；引脚67与复位电路相连的同时经过电容C161接地；引脚70、引脚72、引脚74与5G电源模块(3.3)相连；引脚71、引脚73接地。

5.根据权利要求2所述的一种基于5G的工业数据终端，其特征在于，所述主电源模块(3.1)包括主电源芯片DC44H-A2060RJ03A，所述主电源芯片的引脚1依次经过保险丝F11、电阻R14、二极管D12与第一直流输入端DCIN1相连；引脚1同时经过双向二极管D200接地；引脚2、引脚3、引脚5并联经过电容C12与引脚1相连的同时经过电阻R15接地；电容C14和电容C15串联的同时并联在电容C12两端，同时电容C14和电容C15接地；电阻R14与线圈RC1206FR-070RL的引脚2、引脚3相连；电阻R15与线圈RC1206FR-070RL的引脚1、引脚4相连；二极管D12正极经过电容C13接地；第一直流输入端DCIN1依次经过电阻R10、二极管D10、二极管D11接地；电阻R10经过电阻R11与三极管Q10的B极相连，同时经过二极管D19与场效应管Q14的S极相连；三极管Q10的E极经过电阻R12与三极管Q10的C极相连；二极管C11并联与电阻R12两端；场效应管Q14的D极与直流输入端DCIN相连，场效应管Q14的G极经过电阻R13接地的同时经过二极管D21与场效应管Q14的S极相连。

6.根据权利要求2所述的一种基于5G的工业数据终端，其特征在于，所述主控电源模块(3.2)包括主控电源芯片U20，芯片U20的型号为AN_SY8293，主控电源芯片U20的引脚0、引脚2、引脚3、引脚4接地；引脚1经过电阻R22与主控模块(1)相连的同时经过电阻R21接地，电容C30与电阻R22并联；引脚5经过电容C23和电感L20与主控模块(1)相连，同时电容C23经过二极管D23接地；电感L20与主控模块(1)相连的同时分别经过并联的电容C24、电容C25、电容C29、电容C40、电容C41、电容C42、二极管D24、二极管D25接地；引脚6经过电阻R24、电容C27接地；引脚7与直流输入端DCIN相连的同时，分别经过并联的电容C20、电容C21电容C22接地，同时引脚7经过电阻R20与电阻R47相连；引脚8经过电阻R47与场效应管Q34的D极相连，场效应管Q34的G极经过电阻R46与VBUS相连，场效应管Q34的S极接地的同时经过电阻R48与场效应管Q34的G极相连。

7.根据权利要求2所述的一种基于5G的工业数据终端，其特征在于，所述5G电源模块(3.3)包括5G电源芯片U50，芯片U50的型号为AN_SY8293，5G电源芯片U50的引脚0、引脚2、引脚3、引脚4接地；引脚1经过电阻R53与5G模块(2)相连的同时经过电阻R52接地，电容C58与电阻R53并联；引脚5经过电容C54和电感L50与5G模块(2)相连，同时电容C54经过二极管D52接地；电感L50与主控模块(1)相连的同时分别经过并联的电容C55、电容C56、电容C57、电容C60、电容C61、电容C62、双向二极管D55、二极管D53、双向二极管D54接地；引脚7与直流输入端DCIN_5G相连的同时，分别经过并联的电容C52、电容C51、电容C50、电容C59接地，同时引脚7经过电阻R54与电阻R50相连；引脚8经过电阻R51接地，电容C53与电阻R51并联，同时引脚8经过电阻R50、二极管D51与VBUS相连，同时电阻R50经过二极管D50与WiFi模块(4)相连。

8.根据权利要求1所述的一种基于5G的工业数据终端，其特征在于，所述接口模块(6)包括RJ45接口的千兆以太网接口。

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