CN202340316U - 一种基于gsm技术的环境监测物联网网关 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于GSM技术的环境监测物联网网关，该网关包含处理单元，以及分别通过接口与该处理单元电路连接的GSM模块、GPS定位模块、射频模块和图像采集模块；射频模块与外接的物联网无线连接。本实用新型采用了GSM模块通过GPRS、MMS/SMS多种通道进行数据上传至远端服务器，解决了项目实施中的布线难题，并且使得传统的依附于PC而存在的网关摆脱了PC的束缚，能够单独成为一个数据设备，从而使物联网的子网结构更加精简和灵活。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种网关，具体涉及一种基于GSM技术的环境监测物联网网关。
背景技术
随着世界工业化的不断发展，环境问题越来越受到人们的关注。如石油泄漏、太湖蓝藻等许多人为的环境污染事件时有发生，因此急需一套环境监测物联网系统来取代现有的环境监测系统。
现有的环境监测系统大多采用环境监测站对一个区域的环境进行监测，每个环境监测站设有若干个独立的监测节点，每个节点直接向网关发送监测的数据。该种以点代面的监测手段，对于不同的地区和多变的环境状况，不能够很准确地反映所监测环境的实际情况和发展趋势。
新型的环境监测物联网系统利用节点无线自组网技术，将所需要的环境信息采集起来，并与互联网技术相结合，使得采集到的数据被存储、筛选、分析，最终能够得到精确的区域环境参数，为环境保护和环境治理提供科学的依据。
网关模块作为环境监测物联网的一个关键组成部分，是所有监测节点数据传输的目的地，其将数据收集起来定时发送到计算机。计算机再通过互联网将数据上传到服务器，以供专家系统使用。
大部分网关，均采用串口、USB等有线接口与服务器进行数据交互，这样一来限制了网关的安装位置，并且限定了网关的附近必须安装PC，这样大大增加了实施成本。
如图1所示，目前大多数的物联网网关，采用了串口、485、USB等有线接口与PC连接，这样的方案导致了在物联网的实施现场必须安装一台PC，如果现场的PC还不是服务器，那么将会大大提高现场安装的成本和增加物联网施工的空间。不仅如此，大量的数据线和电源线还可能降低物联网本身方便安装，施工灵活的特性。
GSM是Global System For Mobile Communications的缩写。由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准。它的空中接口采用时分多址技术。自90年代中期投入商用以来，被全球超过100个国家采用，不受计算机PC的束缚。
实用新型内容
本实用新型提供了一种基于GSM技术的环境监测物联网网关，能够方便可靠地与远端服务器连接，长期稳定地向服务器发送由环境监测物联网的节点上汇总的数据。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于GSM技术的环境监测物联网网关，其特点是，该网关包含处理单元，以及分别通过接口与该处理单元电路连接的GSM模块、GPS定位模块、射频模块和图像采集模块；
上述的射频模块与外接的物联网无线连接。
该网关还包含模块化电源单元，其分别与上述的处理单元、GSM模块、GPS定位模块和图像采集模块电路连接，并分别向处理单元、GSM模块GPS定位模块和图像采集模块提供电压大小不同的电源。
上述的GSM模块通过GSM网络无线连接外接的互联网，并通过互联网网络连接外接的远端服务器。
上述的处理单元采用ARM处理器。
上述的射频模块包含与处理单元电路连接的射频芯片，与该射频芯片电路连接的射频功率放大器，以及与该射频功率放大器电路连接的天线。
上述的射频模块的通讯频率为2.4GHz。
该网关还包含存储模块，其与图像采集模块电路连接。
上述的处理单元、GSM模块、GPS定位模块、射频模块、图像采集模块和模块化电源单元集成在一个电路板上，进行板级集成。
射频模块与物联网连接，接收物联网数据发送至处理单元，处理单元对数据进行压缩和加密后传输至GSM模块，GSM模块通过GSM网络传输入互联网，并通过互联网传输至远端服务器，用户在远端服务器实时查看本网关监测的物联网信息。
图像采集模块实时监测网关安装处的情况，并传输至处理单元，处理单元通过GSM模块通过GSM网络传输入互联网，并通过互联网传输至远端服务器，用户在远端服务器实时查看本网关安装处的情况。
GPS定位模块定位网关的地理位置和时间，传输至处理单元，处理单元通过GSM模块通过GSM网络传输入互联网，并通过互联网传输至远端服务器，用户在远端服务器监控本网关的地理位置。
本实用新型一种基于GSM技术的环境监测物联网网关和现有技术相比，其优点在于，本实用新型采用了GSM模块通过GPRS、MMS/SMS多种通道进行数据上传至远端服务器，解决了项目实施中的布线难题，并且使得传统的依附于PC而存在的网关摆脱了PC的束缚，能够单独成为一个数据设备，从而使物联网的子网结构更加精简和灵活；
本实用新型设有GPS模块，可以实时报告自身的地理位置，使得网关地理位置的获得更加的客观、准确，减少了布置和移动网关时，需要花大力测算位置而带来的成本，使得整个系统更加智能化；
本实用新型内部集成了图像采集单元，可以在一定范围内监测网络空间环境的情况，上传其监测周围环境的图像信息，丰富了网络的监测内容；
本实用新型采用了模块化电源单元，对网关中各个模块进行模块化电源管理，大大增加了系统低功耗控制的灵活性，为系统提供了多样化的运行功耗类型，以此把网关运行时的平均功耗降到最低；
本实用新型的各个电路模块集成在一块电路板上，进行板级集成，减少了现有技术中实现整体功能所需要的空间；减少了功能模块间的接线和接头，增加了系统的稳定性和抗干扰能力；便于系统进行模块化电源管理，从而实现低功耗控制；
本实用新型各模块通过接口连接，不需要大量布线，或者使用额外的无线接入设备，提供了施工效率，又降低了方案成本。
附图说明
图1为现有技术物联网网关的系统连接示意图；
图2为本实用新型一种基于GSM技术的环境监测物联网网关的结构示意图；
图3为本实用新型一种基于GSM技术的环境监测物联网网关的模块化电源单元的电源供应示意图；
图4为本实用新型一种基于GSM技术的环境监测物联网网关在物联网系统中的连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式。
本实用新型公开了一种基于GSM技术的环境监测物联网网关，可以很大程度的优化整个物联网网络结构，压缩了网关的物理和数据空间，使得数据的上传通道最小化，增加了项目施工的灵活度，从而使物联网便捷，灵活的特性得以更好的体现。
如图2所示，一种基于GSM技术的环境监测物联网网关，该网关包含处理单元1，以及分别通过串口与处理单元1电路连接的GSM模块2、GPS定位模块3、射频模块4，以及通过并行数据接口与处理单元1电路连接的图像采集模块5。
处理单元1运用了ARM-cortex构架，其拥有快速嵌套中断机制，可以实时的处理外部请求。处理单元1根据系统需要，实时的发送指令给各个模块，即时的获取各个模块的数据，然后在处理单元1内部进行压缩和加密，然后通过GSM模块2上传数据。
GSM模块2具有可以进行GPRS、MMS/SMS协议通讯的上行数据接口，提供了多样化的通道，基于上述功能，网关可以根据数据上传的需要，灵活的切换数据上传的通道与方式。GSM模块2接入GSM网络，通过GSM网络与Internet互联网连接，并通过互联网与外接的远端服务器建立通信连接，进行信息交互。
GPS定位模块3与外接的全球定位系统（GPS）连接通信，通过该GPS定位模块3实现对本实用新型一种基于GSM技术的环境监测物联网网关本机的地理位置和时间进行查询，以便上层系统可以方便的进行GIS功能开发。
射频模块4包含射频芯片、射频功率放大器和天线，其中射频芯片与处理单元1电路连接，射频功率放大器与射频芯片电路连接，天线与射频功率放大器电路连接。该射频模块4工作在2.4GHz的通讯频率下。射频模块4与外接的物联网无线连接，通过射频模块4网关无线接收监测节点采集的数据。
图像采集模块5可采用摄像头，可以在可视范围内，对本网关安装位置的情况进行监控，并且通过GSM模块2向远端服务器上传图像数据。同时，可以通过远端服务器对本机具有的图像采集模块5的参数进行实时设置，以改变其上传数据的质量和其他光学参数，用于提供更详细的图像信息。
本网关还包含有存储模块，该存储模块为本地的SD或microSD卡，其与图像采集模块5电路连接，图像采集模块5可以自动将采集的图像直接存放到本地的存储模块内，以便进行机备份，在需要的时候回调查看。
本网关还包含有硬件看门狗电路。
如图3所示，网关还包含有模块化电源单元6，该模块化电源单元6分别与处理单元1、GSM模块2、GPS定位模块3和图像采集模块5电路连接，并分别对处理单元1、GSM模块2、GPS定位模块3和图像采集模块5提供电压大小不同的电源。如图所示，模块化电源单元6向GSM模块2提供4.6V的电源，向处理单元1、硬件看门狗电路、GPS定位模块3和图像采集模块5分别提供3.3V的电源。模块化电源单元6采用上述对各模块根据各模块的需要提供不同电压的电源，大大增加了网关系统低功耗控制的灵活性，为系统提供了多样化的运行功耗类型，以此把网关运行时的平均功耗降到最低。
本实用新型的处理单元1、GSM模块2、GPS定位模块3、射频模块4图像采集模块5和模块化电源单元6集成在一个电路板上，进行板级集成。减少了现有技术中实现整体功能所需要的空间；减少了功能模块间的接线和接头，增加了系统的稳定性和抗干扰能力；便于系统进行模块化电源管理，从而实现低功耗控制。
如图4所示，本实用新型一种基于GSM技术的环境监测物联网网关在工作中系统连接的构架，网关通过射频模块4与物联网无线连接，通信监测接收物联网节点实施区域中各节点的数据。网关的GSM模块2接入GSM网络，通过GSM网络与互联网连接，由于互联网通过服务器数据通道与远端服务器连接，网关即通过互联网与远端服务器建立通信连接。与传统的具有本地服务器（或PC）的网络相比，整个系统连接的构架比较精简，不需要大量布线，也不需要使用额外的无线接入设备。
本实用新型一种基于GSM技术的环境监测物联网网关的工作流程如下：
射频模块4与物联网连接，接收物联网节点实施区域中各节点的数据，发送至处理单元1，处理单元1对数据进行压缩和加密后传输至GSM模块2，GSM模块2通过GSM网络传输入互联网，并通过互联网传输至远端服务器，用户在远端服务器实时查看本网关监测的物联网信息。
图像采集模块5实时监测网关安装处的情况，并传输至处理单元1，处理单元1通过GSM模块2通过GSM网络传输入互联网，并通过互联网将图像信息传输至远端服务器，用户在远端服务器实时查看本网关安装处的图像信息，实时监控安装处的情况。
GPS定位模块3定位网关的地理位置和时间，传输至处理单元1，处理单元1通过GSM模块2通过GSM网络传输入互联网，并通过互联网传输至远端服务器，用户在远端服务器监控本网关的地理位置。
尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种基于GSM技术的环境监测物联网网关，其特征在于，该网关包含处理单元（1），以及分别通过接口与所述处理单元（1）电路连接的GSM模块（2）、GPS定位模块（3）、射频模块（4）和图像采集模块（5）；
所述的射频模块（4）与外接的物联网无线连接。
2.如权利要求1所述的基于GSM技术的环境监测物联网网关，其特征在于，该网关还包含模块化电源单元（6），其分别与所述的处理单元（1）、GSM模块（2）、GPS定位模块（3）和图像采集模块（5）电路连接，并分别向处理单元（1）、GSM模块（2）、GPS定位模块（3）和图像采集模块（5）提供电压大小不同的电源。
3.如权利要求1所述的基于GSM技术的环境监测物联网网关，其特征在于，所述的GSM模块（2）通过GSM网络无线连接外接的互联网，并通过互联网网络连接外接的远端服务器。
4.如权利要求1所述的基于GSM技术的环境监测物联网网关，其特征在于，所述的处理单元（1）采用ARM处理器。
5.如权利要求1所述的基于GSM技术的环境监测物联网网关，其特征在于，所述的射频模块（4）包含与所述的处理单元（1）电路连接的射频芯片，与所述的射频芯片电路连接的射频功率放大器，以及与所述的射频功率放大器电路连接的天线。
6.如权利要求1或5所述的基于GSM技术的环境监测物联网网关，其特征在于，所述的射频模块（4）的通讯频率为2.4GHz。
7.如权利要求1所述的基于GSM技术的环境监测物联网网关，其特征在于，该网关还包含存储模块，其与所述的图像采集模块（5）电路连接。
8.如权利要求2所述的基于GSM技术的环境监测物联网网关，其特征在于，所述的处理单元（1）、GSM模块（2）、GPS定位模块（3）、射频模块（4）、图像采集模块（5）和模块化电源单元（6）集成在一个电路板上，进行板级集成。
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| CN104581889A (zh) * | 2013-10-24 | 2015-04-29 | 国家电网公司 | Gps数据接入方法和装置 |
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