CN113395725B - 一种可靠的双4g移动数据通信系统及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可靠的双4G移动数据通信系统及其通信方法，系统包括多路直流稳压电源、主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路、晶振时钟电路模块、时钟分频电路、数据通讯总线电路、振子电路模块、无线通讯模块、以太网模块、基于晶闸管的电子开关电路、滤波电路、信号放大电路、模数转换电路、调频电路，主控电路模块分别与数据通讯总线电路、晶振时钟电路模块、驱动电路及多路直流稳压电源电气连接。本发明对待发送及刚接收的数据进行信号格式转化，并进行杂波过滤净化，对数据信号进行增强后，对接收的数据通过数据通讯总线电路发送至外部控制器及数据处理系统，可在提高数据通讯质量的同时，有效的提高通讯系统的通讯冗余度，抗故障能力。

Description

一种可靠的双4G移动数据通信系统及其通信方法

技术领域

本发明涉及一种可靠的双4G移动数据通信系统及其通信方法，属通讯技术领域。

背景技术

目前随着4G通讯技术在物联网控制系统、远程监控系统等领域中广泛的应用，市场对4G通讯系统使用及应用两巨大。但在实际的工作中发现，当前4G通讯系统往往均采用一个独立且固化的基于4G通讯模块的通讯系统，如当前市场上常见的4G DTU通讯系统及专利公开号为CN207924658U，公开日为20180928，专利申请号为201820245546.7 ，专利名称为一种4G模块板，虽然可以满足4G通讯作业的需要，但当前的该类系统一方面均不同程度存在系统结构固定，频率适应防范窄，导致在使用中仅能满足特定频率信号通讯作业的需要，且无法实现快速对通讯系统零部件进行更换调整，进一步限制了通讯系统设置调整灵活性的同时，也导致了通讯系统故障排除率及故障排除作业效率差的缺陷；另一方面还存在系统冗余度不足，抗故障能力差，且通讯信号稳定性差，并易发生通讯数据丢失等情况，从而严重影响了4G通讯系统运行的稳定性和灵活性。

发明内容

为了解决现有技术上的不足，本发明提供一种可靠的双4G移动数据通信系统及其通信方法，可在提高数据通讯质量的同时，有效的提高通讯系统的通讯冗余度，抗故障能力，从而极大的提高了4G通讯信号通讯作业的可靠性和稳定性。

一种可靠的双4G移动数据通信系统，包括多路直流稳压电源、主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路、晶振时钟电路模块、时钟分频电路、数据通讯总线电路、振子电路模块、无线通讯模块、以太网模块、基于晶闸管的电子开关电路、滤波电路、信号放大电路、模数转换电路、调频电路，其中主控电路模块分别与数据通讯总线电路、晶振时钟电路模块、驱动电路及多路直流稳压电源电气连接，晶振时钟电路模块另与至少两个时钟分频电路电气连接，数据通讯总线电路分别与4G通讯模块、驱动电路、无线通讯模块、以太网模块、模数转换电路、调频电路电气连接，驱动电路另分别与基于晶闸管的电子开关电路、滤波电路、信号放大电路、调频电路电气连接，驱动电路通过基于晶闸管的电子开关电路另分别与无线通讯模块、以太网模块、振子电路模块电气连接， 4G通讯模块共两个，且每个4G通讯模块均与至少一个时钟分频电路电气连接，并与基于晶闸管的电子开关电路电气连接，并通过基于晶闸管的电子开关电路分别与驱动电路和至少一个振子电路模块电气连接。

进一步的，所述的振子电路模块数量不少于两个，且各振子电路模块间通过基于晶闸管的电子开关电路间混连。

进一步的，所述的4G通讯模块为五模全网通4G模块，七模全网通4G模块中的任意一种。

进一步的，所述的驱动电路包括脉冲控制电路、光电耦合器及CMOS电路，其中所述光电耦合器与至少一个脉冲控制电路电气连接，另与CMOS电路电气连接，所述CMOS电路另与外部电路电气连接，其中所述脉冲控制电路至少两个，并分别与数据通讯总线电路、主控电路模块电气连接。

进一步的，所述的无线通讯模块为蓝牙模块、WIFI模块、Zigbee模块及RIDF射频通讯模块中的任意一种或几种共用，且无线通讯模块另设数据缓存电路及数据所存电路，且所述数据缓存电路及数据所存电路另分别与数据通讯总线电路及驱动电路电气连接。

进一步的，所述的主控电路模块为基于FPGA芯片为基础的电路系统，

进一步的，所述的多路直流稳压电源、主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路、晶振时钟电路模块、时钟分频电路、数据通讯总线电路、振子电路模块、无线通讯模块、以太网模块、基于晶闸管的电子开关电路、滤波电路、信号放大电路、模数转换电路、调频电路均与电路板电气连接，其中主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路、晶振时钟电路模块、时钟分频电路、数据通讯总线电路、振子电路模块、无线通讯模块、以太网模块、基于晶闸管的电子开关电路、滤波电路、信号放大电路、模数转换电路、调频电路均位于电路板上端面，多路直流稳压电源位于电路板下端面，所述振子电路模块、无线通讯模块对应的电路板侧表面处设天线接线端子，所述数据通讯总线电路、以太网模块对应的电路板侧表面处设串口通讯端子，所述多路直流稳压电源对应的电路板侧表面处设电源接线端子。

进一步的，所述的电路板上设连接插槽，并通过连接插槽分别与主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路电气连接，电路板另设密封壳，所述密封壳为横断面呈矩形的闭合腔体结构，包覆在电路板外，并与电路板外侧面通过滑槽滑动连接，所述串口通讯端子、天线接线端子及电源接线端子均嵌于密封壳侧面，且所述密封壳内表面另设一个接地电极，所述接地电极通过导线分别与电源接线端子及多路直流稳压电源电气连接。

一种可靠的双4G移动数据通信系统的通信方法，包括如下步骤：

S1，设备装配，首先根据通讯作业的需要，设置4G通讯模块的类型，然后对多路直流稳压电源、主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路、晶振时钟电路模块、时钟分频电路、数据通讯总线电路、振子电路模块、无线通讯模块、以太网模块、基于晶闸管的电子开关电路、滤波电路、信号放大电路、模数转换电路、调频电路进行连接，完成电路连接，并将连接后的电路系统通过承载壳进行防护，并通过承载壳外表面进行安装定位，最后将振子电路模块、无线通讯模块对与通讯天线电气连接，并通过天线与外部信号源、外部控制器及数据处理系统建立数据连接、将数据通讯总线电路、以太网模块通过串口通讯端子与外部控制器及数据处理系统电气连接、将多路直流稳压电源与外部的供电系统电气连接；

S2，通讯作业，完成S1步骤后，首先由外部控制器及数据处理系统通过串口通讯设动各4G通讯模块的通讯模式、频率范围及运行功率，然后由主控电路模块首先通过晶振时钟电路模块设定系统运行时间参数，然后根据系统运行时间参数通过时钟分频电路分别为各4G通讯模块设定运行时间参数，同时通过驱动电路一方面驱动4G通讯模块、滤波电路、信号放大电路、模数转换电路、调频电路运行、振子电路模块运行，并通过基于晶闸管的电子开关电路调整与4G通讯模块连接的振子电路模块数量和运行状态，另一方面驱动无线通讯模块、以太网模块运行，然后由4G通讯模块驱动与其连接的振子电路模块运行，即可进行无线信号收发通讯；

S3，系统调制，在通过S2步骤进行数据收发作业中，对待发送及刚接收的数据分别通过模数转换电路进行信号格式转化，然后通过滤波电路进行杂波过滤净化，最后由信号放大电路对数据信号进行增强后，再对待发送进行发射作业，对接收的数据通过数据通讯总线电路发送至外部控制器及数据处理系统；同时在系统运行中，另根据通讯作业的需要，通过热插拔对主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路进行更换调整。

本发明设备结构简单，使用灵活方便，通用性好，可有效提高系统的集成化程度、模块化程度，并可根据使用的需要，灵活调整通讯电路零部件结构，从而极大的提高本发明的使用灵活性、维护便捷性和故障排除率；本发明通讯信号适应范围广、通讯信号处理能力强，通过对待发送及刚接收的数据分别通过模数转换电路进行信号格式转化，然后通过滤波电路进行杂波过滤净化，最后由信号放大电路对数据信号进行增强后，再对待发送进行发射作业，对接收的数据通过数据通讯总线电路发送至外部控制器及数据处理系统，可在提高数据通讯质量的同时，另有效的提高通讯系统的通讯冗余度，抗故障能力，从而极大的提高了4G通讯信号通讯作业的可靠性和稳定性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明系统电气原理示意图；

图2为驱动电路电气原理示意图；

图3为本发明机械结构示意图。

图中各标号：电路板1、天线接线端子2、串口通讯端子3、电源接线端子4、连接插槽5、密封壳6、滑槽7、接地电极8。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于施工，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种可靠的双4G移动数据通信系统，包括多路直流稳压电源、主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路、晶振时钟电路模块、时钟分频电路、数据通讯总线电路、振子电路模块、无线通讯模块、以太网模块、基于晶闸管的电子开关电路、滤波电路、信号放大电路、模数转换电路、调频电路，其中主控电路模块分别与数据通讯总线电路、晶振时钟电路模块、驱动电路及多路直流稳压电源电气连接，晶振时钟电路模块另与至少两个时钟分频电路电气连接，数据通讯总线电路分别与4G通讯模块、驱动电路、无线通讯模块、以太网模块、模数转换电路、调频电路电气连接，驱动电路另分别与基于晶闸管的电子开关电路、滤波电路、信号放大电路、调频电路电气连接，驱动电路通过基于晶闸管的电子开关电路另分别与无线通讯模块、以太网模块、振子电路模块电气连接， 4G通讯模块共两个，且每个4G通讯模块均与至少一个时钟分频电路电气连接，并与基于晶闸管的电子开关电路电气连接，并通过基于晶闸管的电子开关电路分别与驱动电路和至少一个振子电路模块电气连接。

本实施例中，振子电路模块数量不少于两个，且各振子电路模块间通过基于晶闸管的电子开关电路间混连。4G通讯模块为五模全网通4G模块，七模全网通4G模块中的任意一种，并支持LTE-FDD、LET-TDD、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA、GSM等多种频段，支持TCP和UDP及多种工作模式：网络透传模式、HTTPD模式等。

如图2所示，重点说明的，所述的驱动电路包括脉冲控制电路、光电耦合器及CMOS电路，其中所述光电耦合器与至少一个脉冲控制电路电气连接，另与CMOS电路电气连接，所述CMOS电路另与外部电路电气连接，其中所述脉冲控制电路至少两个，并分别与数据通讯总线电路、主控电路模块电气连接。通过在脉冲控制电路和CMOS电路之间设置光电耦合器，可有效的防止外部脉冲信号及电路异常电流、电压冲击对CMOS电路及CMOS电路连接的电路设备造成的损害，从而达到提高电路系统运行稳定性的目的。同时，所述的无线通讯模块为蓝牙模块、WIFI模块、Zigbee模块及RIDF射频通讯模块中的任意一种或几种共用，且无线通讯模块另设数据缓存电路及数据所存电路，且所述数据缓存电路及数据所存电路另分别与数据通讯总线电路及驱动电路电气连接。数据缓存电路及数据所存电路可有效对接收和待传输的数据进行临时保存，并在数据传输时设置堆栈指令和中断指令，从而提高数据传输效率稳定性的同时，另防止数据丢失情况的发生。主控电路模块为基于FPGA芯片为基础的电路系统，

值得注意的，如图3所示，多路直流稳压电源、主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路、晶振时钟电路模块、时钟分频电路、数据通讯总线电路、振子电路模块、无线通讯模块、以太网模块、基于晶闸管的电子开关电路、滤波电路、信号放大电路、模数转换电路、调频电路均与电路板1电气连接，其中主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路、晶振时钟电路模块、时钟分频电路、数据通讯总线电路、振子电路模块、无线通讯模块、以太网模块、基于晶闸管的电子开关电路、滤波电路、信号放大电路、模数转换电路、调频电路均位于电路板1上端面，多路直流稳压电源位于电路板1下端面，所述振子电路模块、无线通讯模块对应的电路板1侧表面处设天线接线端子2，所述数据通讯总线电路、以太网模块对应的电路板1侧表面处设串口通讯端子3，所述多路直流稳压电源对应的电路板1侧表面处设电源接线端子4。

此外，所述的电路板1上设连接插槽5，并通过连接插槽5分别与主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路电气连接，电路板1另设密封壳6，所述密封壳为6横断面呈矩形的闭合腔体结构，包覆在电路板1外，并与电路板1外侧面通过滑槽7滑动连接，所述串口通讯端子3、天线接线端子2及电源接线端子4均嵌于密封壳6侧面，且所述密封壳6内表面另设一个接地电极8，所述接地电极8通过导线分别与电源接线端子4及多路直流稳压电源电气连接。

一种可靠的双4G移动数据通信系统的通信方法，包括如下步骤：

S1，设备装配，首先根据通讯作业的需要，设置4G通讯模块的类型，然后对多路直流稳压电源、主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路、晶振时钟电路模块、时钟分频电路、数据通讯总线电路、振子电路模块、无线通讯模块、以太网模块、基于晶闸管的电子开关电路、滤波电路、信号放大电路、模数转换电路、调频电路进行连接，完成电路连接，并将连接后的电路系统通过承载壳进行防护，并通过承载壳外表面进行安装定位，最后将振子电路模块、无线通讯模块对与通讯天线电气连接，并通过天线与外部信号源、外部控制器及数据处理系统建立数据连接、将数据通讯总线电路、以太网模块通过串口通讯端子3与外部控制器及数据处理系统电气连接、将多路直流稳压电源与外部的供电系统电气连接；

S2，通讯作业，完成S1步骤后，首先由外部控制器及数据处理系统通过串口通讯设动各4G通讯模块的通讯模式、频率范围及运行功率，然后由主控电路模块首先通过晶振时钟电路模块设定系统运行时间参数，然后根据系统运行时间参数通过时钟分频电路分别为各4G通讯模块设定运行时间参数，同时通过驱动电路一方面驱动4G通讯模块、滤波电路、信号放大电路、模数转换电路、调频电路运行、振子电路模块运行，并通过基于晶闸管的电子开关电路调整与4G通讯模块连接的振子电路模块数量和运行状态，另一方面驱动无线通讯模块、以太网模块运行，然后由4G通讯模块驱动与其连接的振子电路模块运行，即可进行无线信号收发通讯；

S3，系统调制，在通过S2步骤进行数据收发作业中，对待发送及刚接收的数据分别通过模数转换电路进行信号格式转化，然后通过滤波电路进行杂波过滤净化，最后由信号放大电路对数据信号进行增强后，再对待发送进行发射作业，对接收的数据通过数据通讯总线电路发送至外部控制器及数据处理系统；同时在系统运行中，另根据通讯作业的需要，通过热插拔对主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路进行更换调整。

同时在系统运行调节过程中，一方面可通过热插拔能力实现快速对4G通讯模块等零部件快速更换，从而达到快速调整电路系统参数和实现快速进行故障排除的目的；另一方面在运行过程中，另可通过基于晶闸管的电子开关电路灵活控制4G通讯模块等电路的工作状态，及调整4G通讯模块与振子电路模块连接关系，从而达到调整通讯信号频率范围的同时，另可实现快速在正常线路及故障线路间切换管理，提高系统运行的稳定性和故障排除率；同时另可通过调频电路对振子电路运行频率进行灵活精确调整，从而达到提高通讯信号频率适应范围的目的。

本发明设备结构简单，使用灵活方便，通用性好，可有效提高系统的集成化程度、模块化程度，并可根据使用的需要，灵活调整通讯电路零部件结构，从而极大的提高本发明的使用灵活性、维护便捷性和故障排除率；本发明通讯信号适应范围广、通讯信号处理能力强，通过对待发送及刚接收的数据分别通过模数转换电路进行信号格式转化，然后通过滤波电路进行杂波过滤净化，最后由信号放大电路对数据信号进行增强后，再对待发送进行发射作业，对接收的数据通过数据通讯总线电路发送至外部控制器及数据处理系统，可在提高数据通讯质量的同时，另有效的提高通讯系统的通讯冗余度，抗故障能力，从而极大的提高了4G通讯信号通讯作业的可靠性和稳定性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种可靠的双4G移动数据通信系统，其特征在于：包括多路直流稳压电源、主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路、晶振时钟电路模块、时钟分频电路、数据通讯总线电路、振子电路模块、无线通讯模块、以太网模块、基于晶闸管的电子开关电路、滤波电路、信号放大电路、模数转换电路、调频电路，所述主控电路模块分别与数据通讯总线电路、晶振时钟电路模块、驱动电路及多路直流稳压电源电气连接，所述晶振时钟电路模块另与至少两个时钟分频电路电气连接，所述数据通讯总线电路分别与4G通讯模块、驱动电路、无线通讯模块、以太网模块、模数转换电路、调频电路电气连接，所述驱动电路另分别与基于晶闸管的电子开关电路、滤波电路、信号放大电路、调频电路电气连接，且所述驱动电路通过基于晶闸管的电子开关电路另分别与无线通讯模块、以太网模块、振子电路模块电气连接，所述4G通讯模块共两个，且每个4G通讯模块均与至少一个时钟分频电路电气连接，并与基于晶闸管的电子开关电路电气连接，并通过基于晶闸管的电子开关电路分别与驱动电路和至少一个振子电路模块电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种可靠的双4G移动数据通信系统，其特征在于：所述的振子电路模块数量不少于两个，且各振子电路模块间通过基于晶闸管的电子开关电路间混连。

3.根据权利要求1所述的一种可靠的双4G移动数据通信系统，其特征在于：所述的4G通讯模块为五模全网通4G模块、七模全网通4G模块中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种可靠的双4G移动数据通信系统，其特征在于：所述的驱动电路包括脉冲控制电路、光电耦合器及CMOS电路，所述光电耦合器与至少一个脉冲控制电路电气连接，另与CMOS电路电气连接，所述CMOS电路另与外部电路电气连接，所述脉冲控制电路至少两个，并分别与数据通讯总线电路、主控电路模块电气连接。

5.根据权利要求1所述的一种可靠的双4G移动数据通信系统，其特征在于：所述的主控电路模块为基于FPGA芯片为基础的电路系统。

6.根据权利要求1所述的一种可靠的双4G移动数据通信系统，其特征在于：所述的多路直流稳压电源、主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路、晶振时钟电路模块、时钟分频电路、数据通讯总线电路、振子电路模块、无线通讯模块、以太网模块、基于晶闸管的电子开关电路、滤波电路、信号放大电路、模数转换电路、调频电路均与电路板（1）电气连接，主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路、晶振时钟电路模块、时钟分频电路、数据通讯总线电路、振子电路模块、无线通讯模块、以太网模块、基于晶闸管的电子开关电路、滤波电路、信号放大电路、模数转换电路、调频电路均位于电路板（1）上端面，多路直流稳压电源位于电路板（1）下端面，所述振子电路模块、无线通讯模块对应的电路板（1）侧表面处设天线接线端子（2），所述数据通讯总线电路、以太网模块对应的电路板（1）侧表面处设串口通讯端子（3），所述多路直流稳压电源对应的电路板（1）侧表面处设电源接线端子（4）。

7.根据权利要求6所述的一种可靠的双4G移动数据通信系统，其特征在于：所述的电路板（1）上设连接插槽（5），并通过连接插槽（5）分别与主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路电气连接，电路板（1）另设密封壳（6），所述密封壳（6）为横断面呈矩形的闭合腔体结构，包覆在电路板（1）外，并与电路板（1）外侧面通过滑槽（7）滑动连接，所述串口通讯端子（3）、天线接线端子（2）及电源接线端子（4）均嵌于密封壳（6）侧面，且所述密封壳（6）内表面另设一个接地电极（8），所述接地电极（8）通过导线分别与电源接线端子（4）及多路直流稳压电源电气连接。

8.根据权利要求1所述的一种可靠的双4G移动数据通信系统的通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，设备装配，首先根据通讯作业的需要，设置4G通讯模块的类型，然后对多路直流稳压电源、主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路、晶振时钟电路模块、时钟分频电路、数据通讯总线电路、振子电路模块、无线通讯模块、以太网模块、基于晶闸管的电子开关电路、滤波电路、信号放大电路、模数转换电路、调频电路进行连接，完成电路连接，并将连接后的电路系统通过承载壳进行防护，并通过承载壳外表面进行安装定位，最后将振子电路模块、无线通讯模块对与通讯天线电气连接，并通过天线与外部信号源、外部控制器及数据处理系统建立数据连接，将数据通讯总线电路、以太网模块通过串口通讯端子（3）与外部控制器及数据处理系统电气连接，将多路直流稳压电源与外部的供电系统电气连接；

S2，通讯作业，完成S1步骤后，首先由外部控制器及数据处理系统通过串口通讯设定各4G通讯模块的通讯模式、频率范围及运行功率，然后由主控电路模块首先通过晶振时钟电路模块设定系统运行时间参数，然后根据系统运行时间参数通过时钟分频电路分别为各4G通讯模块设定运行时间参数，同时通过驱动电路驱动4G通讯模块、滤波电路、信号放大电路、模数转换电路、调频电路、振子电路模块运行，并通过基于晶闸管的电子开关电路调整与4G通讯模块连接的振子电路模块数量和运行状态，并驱动无线通讯模块、以太网模块运行，然后由4G通讯模块驱动与其连接的振子电路模块运行，即可进行无线信号收发通讯；

S3，系统调制，在通过S2步骤进行数据收发作业中，对待发送及刚接收的数据分别通过模数转换电路进行信号格式转化，然后通过滤波电路进行杂波过滤净化，最后由信号放大电路对数据信号进行增强后，再对待发送的数据进行发射作业，对接收的数据通过数据通讯总线电路发送至外部控制器及数据处理系统；同时在系统运行中，另根据通讯作业的需要，通过热插拔对主控电路模块、4G通讯模块、驱动电路进行更换调整。

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