CN208209983U - 网关设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种网关设备，属于物联网技术领域。所述网关设备包括：中央处理器核心板、底板、多个远距离射频通讯管理模块、电源模块和以太网接口模块：中央处理器核心板与多个远距离射频通讯管理模块、以太网接口模块分别相连，电源模块与中央处理器核心板、多个远距离射频通讯管理模块、以太网接口模块分别相连；其中，中央处理器核心板包括中央处理器和第一存储器，中央处理器与第一存储器相连；中央处理器主频为528兆赫兹；中央处理器核心板安装于底板的槽口中，多个远距离射频通讯管理模块、电源模块和以太网接口模块均固定在底板上。本实用新型采用上述结构，能够管理数量较多的节点设备、记录较多的数据、具有较高的运行可靠性、硬件升级维护的成本较低。

Description

网关设备

技术领域

本实用新型涉及物联网技术领域，特别涉及一种网关设备。

背景技术

LoRaWAN(Long Range Wide Area Network,长距离广域网)是低功耗广域物联网的一种，根据应用国家使用的频段不同采用150兆赫兹-900兆赫兹的免授权频率。LoRaWAN具有功耗低、通讯距离远、大规模组网等特点。LoRaWAN网关提供了LoRaWAN的主要通讯数据转换功能，包括以太网和LoRa(Long Range，长距离)节点之间的数据通讯，同时对LoRa节点进行管理。

目前国内外多采用树莓派+射频板做网关，这种网关包括树莓派核心板、中央处理器、射频板、网关接口、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口和电源。

上述网关存在能够管理的节点数量少、能够记录的数据量少、可靠性差和升级维护成本较高的问题。

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种网关设备。该技术方案如下：

提供了一种网关设备，该设备包括：中央处理器核心板、底板、多个远距离射频通讯管理模块、电源模块和以太网接口模块：

该中央处理器核心板与该多个远距离射频通讯管理模块、该以太网接口模块分别相连，该电源模块与该中央处理器核心板、该多个远距离射频通讯管理模块、该以太网接口模块分别相连；

其中，该中央处理器核心板包括中央处理器和第一存储器，该中央处理器与该第一存储器相连；

该中央处理器主频为528兆赫兹；

该中央处理器核心板安装于该底板的槽口中，该多个远距离射频通讯管理模块、该电源模块和该以太网接口模块均固定在该底板上。

在一种可能设计中，该中央处理器核心板还包括：第二存储器、第一电源子模块和上电复位电路：

该中央处理器与该第二存储器、该上电复位电路分别相连；

该第一电源子模块与该中央处理器、该第一存储器、该第二存储器、该上电复位电路分别相连。

在一种可能设计中，每一个该远距离射频通讯管理模块包括：串行外设接口、信号处理芯片、第一射频处理芯片、第二射频处理芯片、两个射频滤波器、两个射频信号放大器和射频开关：

该信号处理芯片通过该串行外设接口与该中央处理器核心板相连；

该信号处理芯片与该第一射频处理芯片的输入端、该第二射频处理芯片的输出端分别相连；

该第一射频处理芯片的输出端与一个该射频滤波器相连，该第二射频处理芯片的输入端与另一个该射频滤波器相连；

每一个该射频滤波器与一个该射频信号放大器相连；

该两个射频信号放大器均与该射频开关相连。

在一种可能设计中，该第一射频处理芯片和该第二射频处理芯片均工作于400兆赫兹-510兆赫兹或862兆赫兹-1020兆赫兹频段。

在一种可能设计中，该以太网接口模块包括：以太网接口、第一接口保护电路、以太网变压器和以太网物理层芯片：

该以太网接口与该电源模块相连；

该以太网接口与该第一接口保护电路相连；

该第一接口保护电路与该以太网变压器相连；

该以太网变压器与该以太网物理层芯片相连；

该以太网物理层芯片与该中央处理器核心板相连。

在一种可能设计中，该设备还包括第四代通讯模块，该第四代通讯模块与该中央处理器核心板相连。

在一种可能设计中，该设备还包括全球定位系统模块，该全球定位系统模块与该中央处理器核心板相连。

在一种可能设计中，该设备还包括串行通信接口模块，该串行通信接口模块与该中央处理器核心板相连。

在一种可能设计中，该设备还包括通用串行总线接口模块，该通用串行总线接口模块与该中央处理器核心板相连。

在一种可能设计中，该设备还包括温度传感器，该温度传感器与该中央处理器核心板相连。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实用新型通过在一种网关设备中设置多个远距离射频通讯管理模块，使得设备能够管理数量较多的节点设备；通过在设备中设置第一存储器，使得设备能够记录较多的数据；通过在设备中采用主频为528兆赫兹的中央处理器，使得设备运行可靠性比较高；本实用新型提供的网关设备的中央处理器核心板与底板的分离结构使得硬件升级维护的成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的一种网关设备结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种网关设备中中央处理器核心板结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种网关设备中远距离射频通讯管理模块结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图1是本实用新型实施例提供的一种网关设备结构示意图，参见图1，该设备包括：中央处理器核心板101、底板102、多个远距离射频通讯管理模块103、电源模块104和以太网接口模块105：该中央处理器核心板101与该多个远距离射频通讯管理模块103、该以太网接口模块105分别相连，该电源模块104与该中央处理器核心板101、该多个远距离射频通讯管理模块103、该以太网接口模块105分别相连；该中央处理器核心板101安装于该底板102的槽口中，该多个远距离射频通讯管理模块103、该电源模块104和该以太网接口模块105均固定在该底板102上。

在本实用新型实施例中，远距离射频通讯管理模块103可以为LoRa远距离射频通讯管理模块，LoRa远距离射频通讯管理模块的数量可以是4个，LoRa远距离射频通讯管理模块接收灵敏度高，功耗低，一个LoRa远距离射频通讯管理模块能够并行接收并处理多个节点的数据。例如，4个LoRa远距离射频通讯管理模块共可以接收和处理20000个节点的数据。

在本实用新型实施例中，中央处理器核心板101和底板102可以采用插拔式连接方式，将中央处理器核心板101安装于底板102的槽口中，当需要硬件升级或维护时，将中央处理器核心板101从底板102的槽口中拔出并进行更换或维护，方便快捷，节省了升级维护成本。多个远距离射频通讯管理模块103、电源模块104和以太网接口模块105均固定在底板102上，可以采用焊接方式固定，也可以采用其他方式，本实用新型实施例对此不做限定。

在本实用新型实施例中，电源模块104将电源电压转换为5V和3.3V，并分别提供给本实用新型实施例中其他用电模块。

在一种可能设计中，电源模块104可以包括：保护电路、POE-PD(Power OverEthernet-Powered Device，以太网供电-受电设备)电源转换电路、电源电压转换电路。其中，保护电路与POE-PD电源转换电路相连，POE-PD电源转换电路与电源电压转换电路相连。保护电路由2级保护电路构成，以避免雷击、静电损坏设备内部的电路。POE-PD电源转换电路把POE(Power Over Ethernet，以太网供电)电源转换为12V电源。电源电压转换电路把12V电源转为5V和3.3V电源提供给设备中其他用电模块。

在本实用新型实施例提供的一种可能设计中，中央处理器核心板结构可以如图2所示，该中央处理器核心板包括：中央处理器201、第一存储器202、第二存储器203、第一电源子模块204和上电复位电路205：其中，该中央处理器201主频为528兆赫兹；该中央处理器201与该第一存储器202、该第二存储器203、该上电复位电路205分别相连；该第一电源子模块204与该中央处理器201、该第一存储器202、该第二存储器203、该上电复位电路205分别相连；第一电源子模块204与电源模块相连。

其中，中央处理器201可以采用Freescale(Freescale Semiconductor，飞思卡尔半导体公司)的IMX6UL(inprogess media X 6 Ultra Lite,小型多媒体处理器)处理器，这种型号的处理器具有功耗低、性能高、速度快的特点，当需要进行硬件升级时，可以对处理器进行更换以提高设备的性能。第一存储器202可以采用NAND Flash(Not And Flash，与非型长寿命非易失性存储器)存储器，用来存储系统运行时的启动文件(boot)、内核、文件系统、数据及程序：其中，内核采用Linux(一套免费使用和自由传播的操作系统)内核，文件系统包括SQLite(Structured Query Language Information Technology Equipment，结构化查询语言信息技术设备)数据库，可以对记录的数据进行存储和解析，并且这种嵌入的文件系统可以保证断电数据不丢失。第二存储器203可以采用DDR3 SDRAM(Double Data Rate3 Synchronous Dynamic Random Access Memory，双倍速率同步动态随机存储器3)存储器，用来存储中央处理器201运行时的代码及数据，这种存储器具有存储速度高、功耗低的特性。

在本实用新型实施例中，第一电源子模块204对电源模块提供的5V和3.3V电源进行进一步处理，得到电压为1.8V和1.2V的电源，并分别提供给中央处理器201、第一存储器202、第二存储器203和上电复位电路205。

在本实用新型实施例中，上电复位电路205可以保证设备上电时间的电路处于初始状态，进而保证设备的正常运行。

在本实用新型实施例提供的一种可能设计中，远距离射频通讯管理模块结构可以如图3所示，每一个该远距离射频通讯管理模块包括：串行外设接口301、信号处理芯片302、第一射频处理芯片3031、第二射频处理芯片3032、两个射频滤波器3041和3042、两个射频信号放大器3051和3052和射频开关306：该信号处理芯片302通过该串行外设接口301与该中央处理器核心板相连；该信号处理芯片302与该第一射频处理芯片3031的输入端、该第二射频处理芯片3032的输出端分别相连；该第一射频处理芯片3031的输出端与一个该射频滤波器3041相连，该第二射频处理芯片3032的输入端与另一个该射频滤波器3042相连；每一个该射频滤波器3041与一个该射频信号放大器3051相连；该射频信号放大器3041和射频信号放大器3051均与该射频开关306相连。在一种可能设计中，该第一射频处理芯片3031和该第二射频处理芯片3032均工作于400兆赫兹-510兆赫兹或862兆赫兹-1020兆赫兹频段。

其中，信号处理芯片302可以采用SX1301LoRa信号处理芯片，用以提供LoRa信号处理功能，是LoRa基带数据处理器。射频处理芯片可以均采用SX1255射频物理前端芯片，或者均采用SX1257射频物理前端芯片，以完成数字到射频信号之间的转换。其中，SX1255射频物理前端芯片可以工作于400兆赫兹-510兆赫兹频段，SX1257射频物理前端芯片可以工作于862兆赫兹-1020兆赫兹频段。射频滤波器为带通滤波器，可以滤除通讯频带外信号，增加通讯距离。射频信号放大器可以把射频信号进行放大。信号处理芯片302、第一射频处理芯片3031、射频滤波器3041、射频信号放大器3051之间的顺次连接可以形成一个信号发送通道；信号处理芯片302、第二射频处理芯片3032、射频滤波器3042、射频信号放大器3052之间的顺次连接可以形成一个信号接收通道。由于SX1301LoRa信号处理芯片不是全双工的，所以通过射频开关306切换收发状态。当射频开关306与射频信号放大器3051导通时，信号通过信号发送通路进行处理和传输，当射频开关306与射频信号放大器3052导通时，信号通过信号接收通路进行处理和传输。这样可以在需要进行信号收发时，在设备内形成对应的信号收发通路，更好的完成信号收发功能。

在本实用新型实施例提供的一种可能设计中，该以太网接口模块105包括：以太网接口、第一接口保护电路、以太网变压器和以太网物理层芯片：该以太网接口与该电源模块104相连；该以太网接口与该第一接口保护电路相连；该第一接口保护电路与该以太网变压器相连；该以太网变压器与该以太网物理层芯片相连；该以太网物理层芯片与该中央处理器核心板101相连。

其中，以太网接口可以使用RJ45接口。第一接口保护电路可以采用2级保护电路，以防止雷击、浪涌、及静电对设备造成损害。以太网变压器用于将设备的工作现场和以太网物理层芯片之间进行信号隔离，从而对以太网物理层芯片进行保护。以太网物理层芯片用于将中央处理器发送的数字信号转换为模拟信号。

在一种可能设计中，该设备还包括第四代通讯模块105，该第四代通讯模块与该中央处理器核心板101相连。通过使用第四代通讯模块，可以扩大本实用新型实施例的使用范围。

其中，第四代通讯模块105包括4G(the 4th Generation mobile communicationtechnology，第四代移动通信技术)通讯子模块、USB接口，SIM(Subscriber IdentityModel，客户识别模块)卡接口、第二电源子模块和天线。其中，4G通讯子模块通过USB接口与中央处理器核心板101相连，4G通讯子模块与SIM卡接口、天线分别相连，第二电源子模块与4G通讯子模块、天线、电源模块104相连。4G通讯子模块可以根据客户要求及现场情况选用不同的运营商，以便兼容不同网络的语音和数据业务。SIM卡接口用于插入运营商提供的SIM卡。第二电源子模块用于把电源模块104提供的5V电源转换成4G通讯子模块和天线需要的电压，并提供给4G通讯子模块和天线。天线用于传输无线信号。

在一种可能设计中，该设备还包括全球定位系统模块106，该全球定位系统模块与该中央处理器核心板101相连。

全球定位系统模块105包括天线、GPS(Global Positioning System，全球定位系统)芯片和串行数据接口子模块。其中，天线与GPS芯片相连，GPS芯片通过串行数据接口子模块与远距离射频通讯管理模块103和中央处理器核心板101分别相连。天线用于接收GPS卫星信号并将其发送给GPS芯片，GPS芯片将卫星信号转换为位置和时间标志信号，通过串行数据接口子模块发送给中央处理器核心板101。GPS芯片通过串行数据接口子模块给远距离射频通讯管理模块103提供同步脉冲信号。

在一种可能设计中，该设备还包括串行通信接口模块107，该串行通信接口模块与该中央处理器核心板101相连。

串行通信接口模块107包括：串行通信接口芯片、第二接口保护电路、串行通信接口接口。其中，串行通信接口芯片与中央处理器核心板101、第二接口保护电路相连，第二接口保护电路与串行通信接口接口相连。串行通信接口芯片可以采用RS232(RecommandStandard 232，推荐标准232)芯片，以便进行CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体集成电路)电平和RS232电平之间的转换。第二接口保护电路的设置可以防止雷击、浪涌、及静电对设备造成损害。串行通信接口接口可以与其他设备相连。

在一种可能设计中，该设备还包括通用串行总线接口模块108，该通用串行总线接口模块与该中央处理器核心板101相连。

通用串行总线接口模块108包括：USB电源开关、USB接口。USB电源开关用于当电流过大时关闭USB接口，以便对设备进行保护。

在一种可能设计中，该设备还包括温度传感器109，该温度传感器109与该中央处理器核心板相连。通过温度传感器109可以对外界环境温度进行采集，以适应一些需要进行温控处理的工作场景。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

本实用新型通过设置多个远距离射频通讯管理模块，能够管理数量较多的节点设备；通过设置第一存储器，能够记录较多的数据；通过采用主频为528兆赫兹的中央处理器，使得运行可靠性比较高；本实用新型的中央处理器核心板与底板的分离结构使得硬件升级维护的成本较低。

在车辆上使用节点设备，远程管理车辆，可以降低车辆管理成本；在施工现场的危险物品管理中使用本实用新型提供的设备，可以快速定位危险物品，减少危险物品对人和动物造成的危险；在一些工作环境比较危险的场景，使用本实用新型提供的设备，可以全程获取工作人员位置，当发生险情时，减少施救时间，提高工作人员安全系数；在药品运输领域使用本实用新型提供的设备，全程监控药品运输时的温度等指标，避免失效药品对人和动物的生命造成危害。本实用新型实施例提供的设备已经在地球物理勘探中的地震数据采集、工厂人员管理、煤矿人员安全、电力数据采集、农业大棚温湿度自动控制等场合应用，可以满足这些应用中的节点数据量大、距离远的需要，也可以提高地球物理勘探的工作效率，减少工作时间，降低成本，提高危险工作场合的人员安全系数。

以上该仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种网关设备，其特征在于，所述设备包括：中央处理器核心板、底板、多个远距离射频通讯管理模块、电源模块和以太网接口模块：

所述中央处理器核心板与所述多个远距离射频通讯管理模块、所述以太网接口模块分别相连，所述电源模块与所述中央处理器核心板、所述多个远距离射频通讯管理模块、所述以太网接口模块分别相连；

其中，所述中央处理器核心板包括中央处理器和第一存储器，所述中央处理器与所述第一存储器相连；

所述中央处理器主频为528兆赫兹；

所述中央处理器核心板安装于所述底板的槽口中，所述多个远距离射频通讯管理模块、所述电源模块和所述以太网接口模块均固定在所述底板上。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述中央处理器核心板还包括：第二存储器、第一电源子模块和上电复位电路：

所述中央处理器与所述第二存储器、所述上电复位电路分别相连；

所述第一电源子模块与所述中央处理器、所述第一存储器、所述第二存储器、所述上电复位电路分别相连。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，每一个所述远距离射频通讯管理模块包括：串行外设接口、信号处理芯片、第一射频处理芯片、第二射频处理芯片、两个射频滤波器、两个射频信号放大器和射频开关：

所述信号处理芯片通过所述串行外设接口与所述中央处理器核心板相连；

所述信号处理芯片与所述第一射频处理芯片的输入端、所述第二射频处理芯片的输出端分别相连；

所述第一射频处理芯片的输出端与一个所述射频滤波器相连，所述第二射频处理芯片的输入端与另一个所述射频滤波器相连；

每一个所述射频滤波器与一个所述射频信号放大器相连；

所述两个射频信号放大器均与所述射频开关相连。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第一射频处理芯片和所述第二射频处理芯片均工作于400兆赫兹-510兆赫兹或862兆赫兹-1020兆赫兹频段。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述以太网接口模块包括：以太网接口、第一接口保护电路、以太网变压器和以太网物理层芯片：

所述以太网接口与所述电源模块相连；

所述以太网接口与所述第一接口保护电路相连；

所述第一接口保护电路与所述以太网变压器相连；

所述以太网变压器与所述以太网物理层芯片相连；

所述以太网物理层芯片与所述中央处理器核心板相连。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括第四代通讯模块，所述第四代通讯模块与所述中央处理器核心板相连。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括全球定位系统模块，所述全球定位系统模块与所述中央处理器核心板相连。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括串行通信接口模块，所述串行通信接口模块与所述中央处理器核心板相连。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括通用串行总线接口模块，所述通用串行总线接口模块与所述中央处理器核心板相连。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括温度传感器，所述温度传感器与所述中央处理器核心板相连。