CN208987189U - 一种分体式物联网终端设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种分体式物联网终端设备，其特征在于：包括一个网关和若干个无线终端，所述网关包括第一电源单元及分别与第一电源单元连接的CPU控制器、第一MCU单元、GSM射频单元、GPS单元、第一LoRa单元、Watchdog，所述CPU控制器分别连接第一MCU单元、第一LoRa单元和Watchdog，第一MCU单元分别连接GSM射频单元和GPS单元，CPU控制器通过第一LoRa单元分别与每个无线终端通讯连接，每个无线终端均包括第二电源单元及分别与第二电源单元连接的第二MCU单元、第二LoRa单元、温湿度传感器、光照传感器，所述第二MCU单元分别连接第二LoRa单元、温湿度传感器和光照传感器。

Description

一种分体式物联网终端设备

技术领域

本实用新型涉及一种物联网终端设备，特别是公开一种分体式物联网终端设备，适用于冷链运输和仓储管理等领域。

背景技术

物联网应用中的无线技术有多种，可组成局域网或广域网。组成局域网的无线技术主要有2.4GHz的WiFi，蓝牙、Zigbee等，组成广域网的无线技术主要有2G/3G/4G等。在低功耗广域网（Low Power Wide Area Network, LPWAN）产生之前，似乎远距离和低功耗两者之间只能二选一，当采用LPWAN技术之后，就可做到两者都兼顾，最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，同时还可节省额外的中继器成本。

LoRa技术是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折中考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。LoRa技术具有远距离、低功耗（电池寿命长）、多节点、低成本的特性。目前，LoRa主要在全球免费频段运行，包括433MHz、868MHz、915 MHz等。

由于GSM网络稳定，且已实现全国覆盖多年，技术成熟稳定，GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，GSM+GPS作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。

随着我国经济迅速发展，国内的冷链货物运输及货物的仓库管理需求日益增多，比如新鲜水果运输，各种猪牛肉以及鲜活海鲜等的运输，宠物运输等等，各种各样的问题接踵而来，冷链货物运输极易受气温等环境因素影响，一旦制冷设备损坏未及时发现或者运输时间过长，将导致货物全部变质或失活，不仅所运输货物变的一文不值，甚至会面临违约赔偿等严重损失。

目前大多数物联网终端设备监控不全面，不能实时高效监测，安装也不便捷准确，对货物的维护造成了很大阻力，物联网终端设备的制造成本也很高。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种分体式物联网终端设备，适用于冷链运输和仓储管理等领域，其结构简单，监控全面，实时高效，安装便捷，监测准确，降低了制造成本，并保证了使用的稳定和可靠性，能全面实现对货物的全方位信息采集及上报。

本实用新型是这样实现的：一种分体式物联网终端设备，其特征在于：所述物联网终端设备包括一个网关和若干个无线终端，所述网关包括第一电源单元及分别与第一电源单元连接的CPU控制器、第一MCU单元、GSM射频单元、GPS单元、第一LoRa单元、Watchdog，所述CPU控制器分别连接所述第一MCU单元、第一LoRa单元和Watchdog，所述第一LoRa单元与第一LoRa天线连接，所述第一MCU单元分别连接所述GSM射频单元和GPS单元，所述GSM射频单元与GSM射频天线连接，所述GPS单元与GPS天线连接，所述CPU控制器通过GSM射频单元与物联网服务器通讯连接，所述CPU控制器通过第一LoRa单元分别与每个无线终端通讯连接，每个无线终端均包括第二电源单元及分别与第二电源单元连接的第二MCU单元、第二LoRa单元、温湿度传感器、光照传感器，所述第二MCU单元分别连接所述第二LoRa单元、温湿度传感器和光照传感器，所述第二LoRa单元与第二LoRa天线连接，所述第二MCU单元通过第二LoRa单元与网关通讯连接。

所述第一电源单元包括USB接口、充电管理芯片、第一电池及分别与第一电池连接的第一低压差线性稳压器、第二低压差线性稳压器、第三低压差线性稳压器、第四低压差线性稳压器，所述USB接口、充电管理芯片和第一电池依次连接，所述第一电池为4000mAh的锂电池，所述第一低压差线性稳压器分别连接所述GSM射频单元、GPS单元、CPU控制器和第一MCU单元，所述第二低压差线性稳压器与所述CPU控制器连接，所述第三低压差线性稳压器分别连接所述CPU控制器和Watchdog，所述第四低压差线性稳压器分别连接所述CPU控制器和第一LoRa单元。

所述第二电源单元包括第二电池及分别与第二电池连接的第五低压差线性稳压器、第六低压差线性稳压器，所述第二电池为1800mAh的锂亚电池，所述第五低压差线性稳压器分别连接所述第二MCU单元、第二LoRa单元、温湿度传感器和光照传感器，所述第六低压差线性稳压器与所述第二MCU单元连接。

所述GSM射频单元包括相连的第一26M晶体振荡器和功率放大器，所述第一26M晶体振荡器与所述GSM射频天线连接，所述GSM射频天线为射频/GPS多功能外置天线，所述功率放大器与所述第一MCU单元连接，所述功率放大器包括依次连接的数字增益控制模块、耦合器和检波管。

所述GPS单元包括依次连接的低噪声放大器、滤波器、第二26M晶体振荡器，所述低噪声放大器与所述GPS天线连接，所述GPS天线为GPS陶瓷天线，所述第二26M晶体振荡器与所述第一MCU单元连接。

所述若干个无线终端的数量为1-30个。所述第一LoRa天线和第二LoRa天线均为LoRa外置天线。

所述CPU控制器通过第一LoRa单元接收无线终端发来的数据信息，并通过第一MCU单元和GSM射频单元上传到物联网服务器，所述第一MCU单元还接收GPS信号，所述CPU控制器控制所述第一MCU单元、第一低压差线性稳压器、第三低压差线性稳压器、第四低压差线性稳压器和第一LoRa单元。

所述第一电池给第一低压差线性稳压器、第二低压差线性稳压器、第三低压差线性稳压器和第四低压差线性稳压器提供电源，所述USB接口用于给第一电池充电，所述第一低压差线性稳压器用于给所述GSM射频单元、GPS单元和第一MCU单元供电，所述第二低压差线性稳压器用于给所述CPU控制器供电，所述第三低压差线性稳压器用于给所述Watchdog供电，所述第四低压差线性稳压器用于给所述第一LoRa单元供电。

所述第二MCU单元储存温湿度传感器和光照传感器所采集的数据信息，并通过第二LoRa单元传输到网关，所述第二MCU单元控制第五低压差线性稳压器、第二LoRa单元、温湿度传感器和光照传感器。

所述第二电池给第五低压差线性稳压器和第六低压差线性稳压器提供电源，所述第五低压差线性稳压器用于给所述第二LoRa单元、温湿度传感器和光照传感器供电，所述第六低压差线性稳压器用于给所述第二MCU单元供电。

所述网关的工作电压为3.8V，所述网关接入市电可使设备处于长充电状态，采用默认1分钟采集周期，网关的第一电池一次充电后可持续工作2-3天。

所述无线终端的工作电压为3.6V。所述第二MCU单元通过控制第五低压差线性稳压器实现对第二LoRa单元的冷启动。将第二MCU单元无用的I/O引脚设置为固定电平，可以减小功耗。所述无线终端处于休眠模式时，其底电流为0.06mA，所述无线终端工作时5分钟采集数据信息的平均电流为 0.257mA，无线终端理论上工作续航长达一年。

本实用新型的有益效果是：本实用新型结构简单，监控全面，实时高效，安装便捷，监测准确，降低了制造成本，并保证了使用的稳定和可靠性，能全面实现对货物的全方位信息采集及上报。本实用新型采用无线终端多点温湿度监控，可以覆盖更多需监控面积，采样频率可高达1分钟一次，网关数据加密存储，通信SSL加密传输到物联网服务器云平台，物联网服务器云平台提供实时查询和即时报警功能，可以实现24小时不间断监测，安全、及时、透明，同时物联网服务器云平台实时进行直观监控，可随时查看设备的实时信息和过往信息，便于监测和追溯。本实用新型通过无线终端大面积采集温湿度及光敏数据，提高区域内温湿度准确性，在超出阈值时及时报警，快速掌握温湿度的变化并通知相关人员进行调节。

本实用新型可提供实时、精确、稳定、高效的信息检测及报警，提高了产品使用范围，避免了因缺少对货物信息数据实时采集，导致货物变质、失活等等突发情况造成的损失。本实用新型能上传定位信息以及设备环境信息（光照度、温度、移动情况）到物联网服务器，实现实时监控货物信息。本实用新型的Watchdog可实时监控CPU控制器状态，一旦发现状态异常（无法正常通讯）立即唤醒CPU控制器。本实用新型简化了管理与统计难度以及人力的投入，并保证了使用的稳定和可靠性。

附图说明

图1是本实用新型网关的结构方框示意图。

图2是本实用新型无线终端的结构方框示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

根据附图1和附图2，本实用新型为一种分体式物联网终端设备，包括一个网关和若干个无线终端，所述网关包括第一电源单元及分别与第一电源单元连接的CPU控制器、第一MCU单元、GSM射频单元、GPS单元、第一LoRa单元、Watchdog，所述CPU控制器分别连接所述第一MCU单元、第一LoRa单元和Watchdog，所述第一LoRa单元与第一LoRa天线连接，所述第一MCU单元分别连接所述GSM射频单元和GPS单元，所述GSM射频单元与GSM射频天线连接，所述GPS单元与GPS天线连接，所述CPU控制器通过GSM射频单元与物联网服务器通讯连接，所述CPU控制器通过第一LoRa单元分别与每个无线终端通讯连接，每个无线终端均包括第二电源单元及分别与第二电源单元连接的第二MCU单元、第二LoRa单元、温湿度传感器、光照传感器，所述第二MCU单元分别连接所述第二LoRa单元、温湿度传感器和光照传感器，所述第二LoRa单元与第二LoRa天线连接，所述第二MCU单元通过第二LoRa单元与网关通讯连接。

所述第一电源单元包括USB接口、充电管理芯片、第一电池及分别与第一电池连接的第一低压差线性稳压器、第二低压差线性稳压器、第三低压差线性稳压器、第四低压差线性稳压器，所述USB接口、充电管理芯片和第一电池依次连接，所述第一电池为4000mAh的锂电池，所述第一低压差线性稳压器分别连接所述GSM射频单元、GPS单元、CPU控制器和第一MCU单元，所述第二低压差线性稳压器与所述CPU控制器连接，所述第三低压差线性稳压器分别连接所述CPU控制器和Watchdog，所述第四低压差线性稳压器分别连接所述CPU控制器和第一LoRa单元。

所述第二电源单元包括第二电池及分别与第二电池连接的第五低压差线性稳压器、第六低压差线性稳压器，所述第二电池为1800mAh的锂亚电池，所述第五低压差线性稳压器分别连接所述第二MCU单元、第二LoRa单元、温湿度传感器和光照传感器，所述第六低压差线性稳压器与所述第二MCU单元连接。

所述GSM射频单元包括相连的第一26M晶体振荡器和功率放大器，所述第一26M晶体振荡器与所述GSM射频天线连接，所述GSM射频天线为射频/GPS多功能外置天线，所述功率放大器与所述第一MCU单元连接，所述功率放大器包括依次连接的数字增益控制模块、耦合器和检波管。

所述GPS单元包括依次连接的低噪声放大器、滤波器、第二26M晶体振荡器，所述低噪声放大器与所述GPS天线连接，所述GPS天线为GPS陶瓷天线，所述第二26M晶体振荡器与所述第一MCU单元连接。

所述若干个无线终端的数量为1-30个。所述第一LoRa天线和第二LoRa天线均为LoRa外置天线。

所述CPU控制器采用台湾联发科技股份有限公司的MT2503A，所述第一MCU单元采用意法半导体有限公司的STM8S003F3P6TR，所述第二MCU单元采用意法半导体有限公司的STM8L151C8T6DTR，所述第一LoRa单元与第二LoRa单元均采用深圳捷讯易联科技有限公司的YL-800T，所述Watchdog采用圣邦微电子有限公司的SGM706-TYS8G/TR，所述充电管理芯片采用上海贝岭有限公司的BL4056B，所述温湿度传感器采用瑞士盛思锐有限公司的SHT20，所述光照传感器采用罗姆半导体有限公司的BH1750FVI-TR，六个低压差线性稳压器均采用英联半导体股份有限公司的UM1560S-30。

所述CPU控制器通过第一LoRa单元接收无线终端发来的数据信息，并通过第一MCU单元和GSM射频单元上传到物联网服务器，所述第一MCU单元还接收GPS信号，所述CPU控制器控制所述第一MCU单元、第一低压差线性稳压器、第三低压差线性稳压器、第四低压差线性稳压器和第一LoRa单元。

所述第一电池给第一低压差线性稳压器、第二低压差线性稳压器、第三低压差线性稳压器和第四低压差线性稳压器提供电源，所述USB接口用于给第一电池充电，所述第一低压差线性稳压器用于给所述GSM射频单元、GPS单元和第一MCU单元供电，所述第二低压差线性稳压器用于给所述CPU控制器供电，所述第三低压差线性稳压器用于给所述Watchdog供电，所述第四低压差线性稳压器用于给所述第一LoRa单元供电。

所述第二MCU单元储存温湿度传感器和光照传感器所采集的数据信息，并通过第二LoRa单元传输到网关，所述第二MCU单元控制第五低压差线性稳压器、第二LoRa单元、温湿度传感器和光照传感器。

所述第二电池给第五低压差线性稳压器和第六低压差线性稳压器提供电源，所述第五低压差线性稳压器用于给所述第二LoRa单元、温湿度传感器和光照传感器供电，所述第六低压差线性稳压器用于给所述第二MCU单元供电。

所述网关的工作电压为3.8V，所述网关接入市电可使设备处于长充电状态，采用默认1分钟采集周期，网关的第一电池一次充电后可持续工作2-3天。

所述无线终端的工作电压为3.6V。所述第二MCU单元通过控制第五低压差线性稳压器实现对第二LoRa单元的冷启动。将第二MCU单元无用的I/O引脚设置为固定电平，可以减小功耗。所述无线终端处于休眠模式时，其底电流为0.06mA，所述无线终端工作时5分钟采集数据信息的平均电流为 0.257mA，无线终端理论上工作续航长达一年。

所述网关的第一电池电压过低（低于3.2V）时，可通过USB接口给设备充电，所述充电管理芯片可控制充电电流达到最高1A，实现快速充电功能，当第一电池在充电过程中电压逐步升高，充电管理芯片会逐步降低充电电流，保护电池免受损伤和发生危险，并可通过本实用新型上报给物联网服务器的信息来判断充电状态。

所述Watchdog与所述CPU控制器相连，CPU控制器会持续与Watchdog通讯，当Watchdog检测到CPU控制器无法正常通讯时，Watchdog会立即重启CPU控制器，从而避免CPU控制器进入死循环状态。

所述CPU控制器与物联网服务器通讯时，CPU控制器先将信息发至所述第一MCU单元，再由第一MCU单元通过功率放大器将信号放大，功率放大器中设置的数字增益控制模块、耦合器和检波管使得功率的调整更为精确，信号通过功率放大器后再进入GSM射频天线，GSM射频天线将信号辐射出去。

所述GPS单元通过所述GPS天线接收GPS信号，并将接收到的GPS信号通过所述低噪声放大器放大后送入滤波器滤波，去掉杂波后将信号送至第一MCU单元解调信号并转换成GPS数字逻辑电平信号送入所述CPU控制器。

本实用新型结构简单，监控全面，实时高效，安装便捷，监测准确，降低了制造成本，并保证了使用的稳定和可靠性，能全面实现对货物的全方位信息采集及上报。本实用新型采用无线终端多点温湿度监控，可以覆盖更多需监控面积，采样频率可高达1分钟一次，网关数据加密存储，通信SSL加密传输到物联网服务器云平台，物联网服务器云平台提供实时查询和即时报警功能，可以实现24小时不间断监测，安全、及时、透明，同时物联网服务器云平台实时进行直观监控，可随时查看设备的实时信息和过往信息，便于监测和追溯。本实用新型通过无线终端大面积采集温湿度及光敏数据，提高区域内温湿度准确性，在超出阈值时及时报警，快速掌握温湿度的变化并通知相关人员进行调节。

本实用新型可提供实时、精确、稳定、高效的信息检测及报警，提高了产品使用范围，避免了因缺少对货物信息数据实时采集，导致货物变质、失活等等突发情况造成的损失。本实用新型能上传定位信息以及设备环境信息（光照度、温度、移动情况）到物联网服务器，实现实时监控货物信息。本实用新型的Watchdog可实时监控CPU控制器状态，一旦发现状态异常（无法正常通讯）立即唤醒CPU控制器。本实用新型简化了管理与统计难度以及人力的投入，并保证了使用的稳定和可靠性。

上述实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，应理解，在阅读了本实用新型阐述的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作不同形式但效果相同的各种改动或修改，这些等同形式修改同样落于本申请权利要求书所限定保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种分体式物联网终端设备，其特征在于：所述物联网终端设备包括一个网关和若干个无线终端，所述网关包括第一电源单元及分别与第一电源单元连接的CPU控制器、第一MCU单元、GSM射频单元、GPS单元、第一LoRa单元、Watchdog，所述CPU控制器分别连接所述第一MCU单元、第一LoRa单元和Watchdog，所述第一LoRa单元与第一LoRa天线连接，所述第一MCU单元分别连接所述GSM射频单元和GPS单元，所述GSM射频单元与GSM射频天线连接，所述GPS单元与GPS天线连接，所述CPU控制器通过GSM射频单元与物联网服务器通讯连接，所述CPU控制器通过第一LoRa单元分别与每个无线终端通讯连接，每个无线终端均包括第二电源单元及分别与第二电源单元连接的第二MCU单元、第二LoRa单元、温湿度传感器、光照传感器，所述第二MCU单元分别连接所述第二LoRa单元、温湿度传感器和光照传感器，所述第二LoRa单元与第二LoRa天线连接，所述第二MCU单元通过第二LoRa单元与网关通讯连接。

2.根据权利要求 1 所述的一种分体式物联网终端设备，其特征在于：所述第一电源单元包括USB接口、充电管理芯片、第一电池及分别与第一电池连接的第一低压差线性稳压器、第二低压差线性稳压器、第三低压差线性稳压器、第四低压差线性稳压器，所述USB接口、充电管理芯片和第一电池依次连接，所述第一电池为4000mAh的锂电池，所述第一低压差线性稳压器分别连接所述GSM射频单元、GPS单元、CPU控制器和第一MCU单元，所述第二低压差线性稳压器与所述CPU控制器连接，所述第三低压差线性稳压器分别连接所述CPU控制器和Watchdog，所述第四低压差线性稳压器分别连接所述CPU控制器和第一LoRa单元。

3.根据权利要求 1 所述的一种分体式物联网终端设备，其特征在于：所述第二电源单元包括第二电池及分别与第二电池连接的第五低压差线性稳压器、第六低压差线性稳压器，所述第二电池为1800mAh的锂亚电池，所述第五低压差线性稳压器分别连接所述第二MCU单元、第二LoRa单元、温湿度传感器和光照传感器，所述第六低压差线性稳压器与所述第二MCU单元连接。

4.根据权利要求 1 所述的一种分体式物联网终端设备，其特征在于：所述GSM射频单元包括相连的第一26M晶体振荡器和功率放大器，所述第一26M晶体振荡器与所述GSM射频天线连接，所述GSM射频天线为射频/GPS多功能外置天线，所述功率放大器与所述第一MCU单元连接，所述功率放大器包括依次连接的数字增益控制模块、耦合器和检波管。

5.根据权利要求 1 所述的一种分体式物联网终端设备，其特征在于：所述GPS单元包括依次连接的低噪声放大器、滤波器、第二26M晶体振荡器，所述低噪声放大器与所述GPS天线连接，所述GPS天线为GPS陶瓷天线，所述第二26M晶体振荡器与所述第一MCU单元连接。

6.根据权利要求 1 所述的一种分体式物联网终端设备，其特征在于：所述若干个无线终端的数量为1-30个。

7.根据权利要求 1 所述的一种分体式物联网终端设备，其特征在于：所述第一LoRa天线和第二LoRa天线均为LoRa外置天线。