CN205961149U - 一种本质安全型网关设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种本质安全型网关设备，包括3G/4G模块、控制模块、无线模块和隔离转换模块，其中3G/4G模块用于获取3G/4G网络；控制模块用于控制3G/4G模块启停，并通过AT指令控制服务器与无线模块连接、工作协调、工作数据模式及服务器地址的启停；无线模块用于通过传输控制协议TCP连接服务器对应端口，将服务器监测数据发送给控制模块，以及通过手机终端对网关设备的通讯参数和可配置协议进行设置；隔离转换模块用于在网络通信稳定的情况下，将RS232信号转换为RS485信号。本实用新型可使RS485终端设备直接接入局域网，减少接线量、日常维护量和井下操作次数，从而提高安全性能。

Description

一种本质安全型网关设备

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其是涉及一种本质安全型网关设备。

背景技术

近年来，随着工业控制技术的快速发展，现场总线由于其可靠性高、成本低、故障率低等优点得到越来越广泛的应用。而在计算机网络以及分布式工业控制系统中，RS485既是物理层的协议标准，也是串行通信接口的电器标准，采用标准接口后，能很方便地把各种计算机、外部设备、测量仪器有机的连接起来，构成测量、控制系统。RS485总线标准采用一对平衡差分信号线传输信号，工作于半双工方式。具有抑制共模干扰的能力，能有效抑制远距离传输中的噪声干扰。传输距离最多达1.2Km，传输速度高达10bit/s。加上RS485总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS485可以实现多个负载的功能，用一对线便可连接多达32个传送或接收的不同设备。

矿井下的RS485终端设备需要联网时，现有的设备通讯方式是：增加485通讯基站，基站内采用PLC作为采集端，再通过光缆接入井下环网。现有这种联网方式会增加设备到基站的通讯电缆和基站到井下环网的通讯光缆，同时还需增加485通讯基站以及4个防爆的维护点。这样不仅增加接线还增加了日常维护量，安全性能较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种本质安全型网关设备，可以使RS485终端设备直接接入局域网，减少接线量、日常维护量和井下操作次数，从而提高安全性能。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种本质安全型网关设备，3G/4G模块、控制模块、无线模块和隔离转换模块；

所述3G/4G模块，与所述控制模块相连接，用于获取3G/4G网络；

所述控制模块，与所述无线模块相连接，用于控制所述3G/4G模块启动和停止，并通过AT指令控制服务器与所述无线模块的连接、工作协调、工作数据模式及所述服务器的地址的启动和停止；

所述无线模块，与所述隔离转换模块相连接，用于通过传输控制协议TCP连接所述服务器的对应端口，将所述服务器的监测数据发送给所述控制模块，以及通过手机终端对所述网关设备的通讯参数和可配置协议进行设置；

所述隔离转换模块，与RS485终端设备相连接，用于在网络通信稳定的情况下，将RS232信号转换为RS485信号。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面第一种可能的实施方式，还包括网口，所述网口与所述无线模块相连接，用于为外接设备提供所述3G/4G网络。

结合第一方面第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面第二种可能的实施方式，所述服务器还用于根据不同的协议对所述RS485终端设备进行监测和控制。

结合第一方面第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面第三种可能的实施方式，所述无线模块包括TCP客户端，所述TCP客户端用于通过所述TCP连接所述服务器的对应端口，将所述服务器的监测数据发送给所述控制模块。

结合第一方面第三种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面第四种可能的实施方式，所述无线模块还包括用户数据报协议UDP服务器，所述UDP服务器用于通过手机终端对所述网关设备的通讯参数和可配置协议进行设置。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面第五种可能的实施方式，所述控制模块为单片机。

结合第一方面第五种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面第六种可能的实施方式，所述单片机为STM32芯片。

结合了第一方面第六种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面第七种可能的实施方式，所述RS485终端设备可用于提供本安电源。

结合第一方面第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面第八种可能的实施方式，所述网口包括广域网接口和局域网接口。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面第九种可能的实施方式，所述无线模块还包括内置芯片，所述内置芯片为RT5350F芯片。

本实用新型提供一种本质安全型网关设备，包括3G/4G模块、控制模块、无线模块和隔离转换模块；其中3G/4G模块，与控制模块相连接，用于获取3G/4G网络；控制模块，与无线模块相连接，用于控制3G/4G模块启动和停止，并通过AT指令控制服务器与无线模块的连接、工作协调、工作数据模式及服务器的地址的启动和停止；无线模块，与隔离转换模块相连接，用于通过传输控制协议TCP连接服务器的对应端口，将服务器的监测数据发送给控制模块，以及通过手机终端对网关设备的通讯参数和可配置协议进行设置；隔离转换模块，与RS485终端设备相连接，用于在网络通信稳定的情况下，将RS232信号转换为RS485信号。本实用新型可以使RS485终端设备直接接入局域网，减少接线量、日常维护量和井下操作次数，从而提高安全性能。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种本质安全型网关设备结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种本质安全型的网关设备应用场景示意图。

附图标记：

10-3G/4G模块； 20-控制模块；

30-无线模块； 40-隔离转换模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

矿井下的RS485终端设备需要联网时，现有的设备通讯方式是：增加485通讯基站，基站内采用PLC作为采集端，再通过光缆接入井下环网。现有这种联网方式会增加设备到基站的通讯电缆和基站到井下环网的通讯光缆，同时还需增加485通讯基站以及4个防爆的维护点。这样不仅增加接线还增加了日常维护量，安全性能较差。

本实用新型提供一种本质安全型网关设备，包括3G/4G模块、控制模块、无线模块和隔离转换模块，3G/4G模块、控制模块、无线模块和隔离转换模块依次相连，其中，通过3G/4G模块来获取3G/4G网络；通过控制模块来控制3G/4G模块启动和停止，并利用AT指令控制服务器与无线模块之间的连接、工作协调、工作数据模式及服务器的地址的启动和停止；无线模块通过传输控制协议TCP连接服务器的对应端口，将服务器的监测数据发送给控制模块，并通过手机终端对网关设备的通讯参数和可配置协议进行设置；在网络通信稳定的情况下，通过隔离转换模块，将RS232信号转换为RS485信号。本实用新型可以使RS485终端设备直接接入局域网，减少接线量、日常维护量和井下操作次数，从而提高安全性能。

下面通过实施例进行详细描述。

图1为本实用新型实施例提供的一种本质安全型网关设备结构示意图。

参照图1，本质安全型网关设备包括3G/4G模块10、控制模块20、无线模块30和隔离转换模块40；

3G/4G模块10，与控制模块20相连接，用于获取3G/4G网络；

控制模块20，与无线模块30相连接，用于控制3G/4G模块10启动和停止，并通过AT指令控制服务器与无线模块30的连接、工作协调、工作数据模式及服务器的地址的启动和停止；

无线模块30，与隔离转换模块40相连接，用于通过传输控制协议TCP连接服务器的对应端口，将服务器的监测数据发送给控制模块20，以及通过手机终端对网关设备的通讯参数和可配置协议进行设置；

隔离转换模块40，与RS485终端设备相连接，用于在网络通信稳定的情况下，将RS232信号转换为RS485信号。

具体地，本质安全型网关设备使用矿方专用的3G/4G数据卡，上电后网关设备首先连接到无线通讯基站，成功注册到3G/4G网络后，网关设备和对应服务器实现TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)连接，连接完成即实现了网关设备的串口到服务器的通讯，服务器根据不同协议可以实现对井下不同终端的监测、控制；

其中，AT指令中AT即Attention。

根据本实用新型的示例性实施例，网关设备还包括网口，网口与无线模块30相连接，用于为外接设备提供3G/4G网络。

具体地，网关设备还包括网口，网口与无线模块30相连接，便于外接设备直接获取3G/4G网络，功能多元化。

根据本实用新型的示例性实施例，服务器还用于根据不同的协议对RS485终端设备进行监测和控制；

其中，本实施例为多功能以太网转485网关设备，可以实现透明传输，也可以通过程序配置为专用自定义的通讯协议。

根据本实用新型的示例性实施例，无线模块30包括TCP客户端，TCP客户端用于通过TCP连接服务器的对应端口，将服务器的监测数据发送给控制模块20。

这里，网关设备内置支持TCP协议栈的芯片，通过软件编程实现TCP客户端，TCP客户端主要用于连接到服务器对应端口进行监测数据的传输。

根据本实用新型的示例性实施例，无线模块30还包括用户数据报协议UDP服务器，UDP服务器用于通过手机终端对网关设备的通讯参数和可配置协议进行设置。

具体地，网关设备内置支持TCP协议栈的芯片，通过软件编程实现TCP客户端，同时可兼作UDP服务器，UDP服务器主要用于通过手机终端直接对手机终端的通讯参数及可配置协议进行设置。

其中，终端不仅限于手机，也可为平板电脑和便携式设备，便于控制与监测。

根据本实用新型的示例性实施例，控制模块20为单片机。

这里，控制模块20为微处理器单元，单片机。

根据本实用新型的示例性实施例，单片机为STM32芯片。

其中，单片机采用STM32芯片，STM32代表ARM Cortex-M内核的32位微控制器，专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用所打造。本实用新型并不局限于STM32芯片，同类芯片也适用。

根据本实用新型的示例性实施例，RS485终端设备可用于提供本安电源。

具体地，网关设备采用12V/500mA的电源供电，实际功率小于5W；

其中，本质安全型是防爆的最佳形式，所谓本质安全电路是指在正常工作或规定的故障状态下，产生的任何电火花或效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路；

这里，RS485终端设备能够提供使网关设备正常运行的本安电源，并且更具便捷性，除此之外，网关设备接线均为本安接入点，增加了安全性。

根据本实用新型的示例性实施例，网口包括广域网接口和局域网接口。

这里，网口包括广域网接口和局域网接口，网口类型的多样为外接设备提供更多的功能选择。

根据本实用新型的示例性实施例，无线模块30还包括内置芯片，所述内置芯片为RT5350F芯片。

具体地，本实用新型并不局限于RT5350F芯片，同类芯片也适用。

本实施例提供一种本质安全型网关设备，包括3G/4G模块、控制模块、无线模块和隔离转换模块；其中，3G/4G模块与控制模块相连接，用于获取3G/4G网络；控制模块与无线模块相连接，用于控制3G/4G模块启动和停止，并通过AT指令控制服务器与无线模块的连接、工作协调、工作数据模式及服务器的地址的启动和停止；无线模块与隔离转换模块相连接，用于通过传输控制协议TCP连接服务器的对应端口，将服务器的监测数据发送给控制模块，以及通过手机终端对网关设备的通讯参数和可配置协议进行设置；隔离转换模块与RS485终端设备相连接，用于在网络通信稳定的情况下，将RS232信号转换为RS485信号。本实用新型可以使RS485终端设备直接接入局域网，减少接线量、日常维护量和井下操作次数，从而提高安全性能。

图2为本实用新型实施例提供的一种本质安全型网关设备应用场景示意图。

参照图2，网关设备使用矿方专用的3G/4G数据卡，上电后网关设备首先连接到无线通讯基站，成功注册到3G/4G网络后，网关设备和对应服务器实现TCP连接，连接完成即实现了装置的串口到服务器的通讯，服务器根据不同协议进行实现对井下不同终端的监测、控制；

网关设备通过485通讯与RS485终端设备相连接，监测传输数据的同时，获取RS485终端设备提供的本安电源；

除此之外，网关设备还包括网口，能够实现外接设备直接获取3G/4G网络。

本实用新型实施例所提供的装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本实用新型实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的相对应过程，在此不再赘述。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种本质安全型网关设备，其特征在于，包括3G/4G模块、控制模块、无线模块和隔离转换模块；

所述3G/4G模块，与所述控制模块相连接，用于获取3G/4G网络；

所述控制模块，与所述无线模块相连接，用于控制所述3G/4G模块启动和停止，并通过AT指令控制服务器与所述无线模块的连接、工作协调、工作数据模式及所述服务器的地址的启动和停止；

所述无线模块，与所述隔离转换模块相连接，用于通过传输控制协议TCP连接所述服务器的对应端口，将所述服务器的监测数据发送给所述控制模块，以及通过手机终端对所述网关设备的通讯参数和可配置协议进行设置；

所述隔离转换模块，与RS485终端设备相连接，用于在网络通信稳定的情况下，将RS232信号转换为RS485信号。

2.根据权利要求1所述的一种本质安全型网关设备，其特征在于，还包括网口，所述网口与所述无线模块相连接，用于为外接设备提供所述3G/4G网络。

3.根据权利要求2所述的一种本质安全型网关设备，其特征在于，所述服务器还用于根据不同的协议对所述RS485终端设备进行监测和控制。

4.根据权利要求3所述的一种本质安全型网关设备，其特征在于，所述无线模块包括TCP客户端，所述TCP客户端用于通过所述TCP连接所述服务器的对应端口，将所述服务器的监测数据发送给所述控制模块。

5.根据权利要求4所述的一种本质安全型网关设备，其特征在于，所述无线模块还包括用户数据报协议UDP服务器，所述UDP服务器用于通过手机终端对所述网关设备的通讯参数和可配置协议进行设置。

6.根据权利要求1所述的一种本质安全型网关设备，其特征在于，所述控制模块为单片机。

7.根据权利要求6所述的一种本质安全型网关设备，其特征在于，所述单片机为STM32芯片。

8.根据权利要求7所述的一种本质安全型网关设备，其特征在于，所述RS485终端设备可用于提供本安电源。

9.根据权利要求2所述的一种本质安全型网关设备，其特征在于，所述网口包括广域网接口和局域网接口。

10.根据权利要求1所述的一种本质安全型网关设备，其特征在于，所述无线模块还包括内置芯片，所述内置芯片为RT5350F芯片。