CN210053415U - 工业现场通信网关 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施方式提供一种工业现场通信网关，包括安装在接口背板上的具有电连接关系的物理接口、电源管理模块(2)和时钟管理模块(3)：所述物理接口包括核心板接口、板到板接口(6)和miniPCIE接口(7)；所述工业现场通信网关还包括连接在核心板接口上的核心板(1)；所述核心板上包括中央处理单元。本实用新型通过现场通讯接口、无线制式多种多样，减少硬件终端产品型号，实现通用性和应对需求的灵活快速性，缩短前期开发周期。

Description

工业现场通信网关

技术领域

本实用新型涉及通信网关领域，具体地涉及一种工业现场通信网关。

背景技术

工业现场数采终端或通讯网关面对众多不同通讯接口或无线传输网络，通过开发设计不同的硬件平台实现现场需求的应对，而随着感知设备或控制设备类型的增多，同时需兼容适配已有老旧设备接口，接口种类纷繁多样，导致硬件终端产品型号繁多，规格多样，任意新增需求都可能需要重新开始设计，增加开发周期和成本。

现有解决方案往往针对不同业务场景和硬件需求，采取大兼容设计，提供通用性的硬件产品或者针对特定应用定制硬件终端，产品定型后几乎无扩展性。因不同的对外接口硬件规格、处理性能、通信制式等，形成多种规格的通信硬件终端，通用型硬件产品大多硬件资源冗余过多，造成资源浪费；定制型硬件在数量不大时成本较高，不利于快速响应需求；品种规格过多，存在部分产品硬件规格多次重叠重复。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于工业互联网和物联网场景的数据接入层通信网关的解决方案，用于解决现有网关基于通用型设计或者定制化设计，所产生的扩展性、兼容性和灵活度较低的问题。

为了实现上述目的，在本实用新型，提供一种工业现场通信网关，包括安装在接口背板上的具有电连接关系的物理接口、电源管理模块和时钟管理模块：所述物理接口包括核心板接口、板到板接口和/或miniPCIE接口；

所述工业现场通信网关还包括连接在核心板接口上的核心板；所述核心板上包括中央处理单元。

可选的，在所述板到板接口和/或miniPCIE接口上连接有用于接入现场的串口总线设备的现场串行总线通讯接口模组。

可选的，在所述板到板接口和/miniPCIE接口上连接有用于允许现场无线传感器网络设备的数据接入的现场近程无线通讯模组。

可选的，在所述板到板接口和/或miniPCIE接口上连接用于网关上行数据的传输的上行有线通讯接口模组。

可选的，在所述板到板接口和/或miniPCIE接口上连接由用于通过无线传输方式传输上行数据的上行无线通讯接口模组。

可选的，在所述板到板接口和/或miniPCIE接口上连接有用于扩展外部存储设备的存储扩展模组。

可选的，所述核心板接口与所述板到板接口、所述miniPCIE接口之间采用TTL-UART、TTL-CAN、TTL-SPI、IIC、I2S、USB和/或GMII板载总线连接。

可选的，所述核心板上为中央处理单元ARM Cortex-A/M核处理器。

本实用新型基于当前硬件产品开发设计、现场应用、市场竞品等方面的总结分析，提出针对工业互联网和物联网现场数据采集接入网关硬件积木化的实现方式，可根据硬件模组库快速匹配需求，组装形成符合现场需求的通讯网关，缩短硬件前期开发设计的周期，同时实现硬件通信接口模组的跨平台使用和设计重复使用，实现扩展性和兼容性兼备的智能工业网关硬件产品体系。

本实用新型实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施方式，但并不构成对本实用新型实施方式的限制。在附图中：

图1是本实用新型的工业现场通信网关的构成图；

图2是本实用新型的工业现场通信网关中多个接口之间的连接构成图；

图3是本实用新型的工业现场通信网关中具体模块的连接构成图。

附图标记说明

1核心板2电源管理模块

3时钟管理模块4接口背板

5ARM Cortex-A/M核处理器6板到板接口

7miniPCIE接口8DDR3SO DIMM Socket接口

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

图1是本实用新型一种工业现场通信网关模块构成图；图2是本实用新型一种工业现场通信网关模块中个接口之间的连接构成图。

本实用新型提供一种工业现场通信网关，包括安装在接口背板上的具有电连接关系的物理接口、电源管理模块2和时钟管理模块3：所述物理接口包括核心板接口、板到板接口6和/或miniPCIE接口7；

该工业现场通信网关还包括连接在核心板接口上的核心板1；所述核心板1上包括中央处理单元ARM Cortex-A/M核处理器。所述接口背板是起到一个母板的作用，在其上具有多个接口，如核心板接口，板到板接口(board to board connector)和miniPCIE接口。接口背板上除了多个接口外，还具有基本的电源管理模块、时钟管理模块、看门狗模块。由于接口背板提供了多个接口，因此可以基于所述多个接口连接各种不同的硬件子板。不同的硬件子板可以适应于不同的具体环境。

可选的，在所述板到板接口6和/或miniPCIE接口7上连接有用于连接现场的串口总线设备的现场串行总线通讯接口模组；所述串口总线设备采用的协议包括RS232、RS422和/或RS485。

可选的，在所述板到板接口6和/miniPCIE接口7上连接有用于现场无线传感器网络设备的数据接入的现场近程无线通讯模组；所述现场无线传感器网络设备采用的协议包括Zigbee、WiFi、Bluetooth和/或Lora。

可选的，在所述板到板接口6和/或miniPCIE接口7上连接用于网关上行数据的传输的上行有线通讯接口模组；所述网关上行数据的方式包括Ethernet和/或光纤。

可选的，在所述板到板接口6和/或miniPCIE接口7上连接用于网关通过无线方式传输上行数据的上行无线通讯接口模组；所述网关通过无线方式传输上行数据的方式包括GSM、4G-LTE和/或5G。

可选的，在所述板到板接口6和/或miniPCIE接口7上连接用于扩展外部存储设备的存储扩展模组；所述外部存储设备包括EEPROM、Flash、TF和SD卡。此处，需要外部存储设备，以适应不同的环境，比如隧道掘进时，掘进机器可能在地底下有三个月，设备工况数据没有网络传输出来的，因此，就需要存储大量的数据在子板上，且存储长的时间。

可选的，所述核心板接口为DDR3SO DIMM Socket接口8。

可选的，所述核心板接口与所述板到板接口6、所述miniPCIE接口7之间采用TTL-UART、TTL-CAN、TTL-SPI、IIC、I2S、USB和/或GMII板载总线连接。

图3是本实用新型工业现场通信网关中具体模块的连接构成图。如图3所示，该工业现场通信网关可以包括：

第一，CAN模组、RS485模组，连接现场底层设备，适于按照所述底层设备的硬件接口规格连接现场设备(如RS485或CAN传感器)，接收和发送数据；

第二，远程通讯模组GSM模组，连接适于对所述底层设备进行直接控制的主机，发送和接收云端的网络数据；

第三，中央运算处理单元，进行模组管理配置、上下行数据处理、协议适配等；

第四，模组与中央运算处理单元之间采用标准的TTL-UART、TTL-CAN等硬件板载总线通信，实现各级单元之间的全双工/半双工通信；按照网关系统配置和业务处理规则，将来自运算的数据/指令发送至底层设备(如RS485传感器)，将来自感知端/设备端的数据缓存或上传到云端/服务器；

第五，通信模组尺寸、接口规格、通信速率标准化设计，可根据现场社保的总线接口需求，现场更换RS485模组(或CAN模组)为其他现场总线模组(如RS232)。

在具体实施中，可结合现场情况(特别是前期调试)，参照图3，更换远程通讯模组GSM为4G-LTE、WiFi-STA等，贴合现场网络环境进行现场硬件搭建和配置。进一步，本实用新型相对于目前主流网关硬件采用固定通用型板卡的方式来看，可以大幅提升通信网关硬件对工业数据采集现场的灵活性和兼容性，方便技术人员结合现场实际工况设计贴合现场环境的智能工业网关。

以上结合附图详细描述了本实用新型的可选实施方式，但是，本实用新型实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型实施方式的技术构思范围内，可以对本实用新型实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型实施方式的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本实用新型各个实施方式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。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型实施方式的思想，其同样应当视为本实用新型实施方式所公开的内容。

Claims (8)

1.一种工业现场通信网关，其特征在于，该工业现场通信网关包括：安装在接口背板上的具有电连接关系的物理接口、电源管理模块(2)和时钟管理模块(3)；所述物理接口包括核心板接口、板到板接口(6)和/或miniPCIE接口(7)；

所述工业现场通信网关还包括连接在所述核心板接口上的核心板(1)；所述核心板上包括中央处理单元。

2.根据权利要求1所述的工业现场通信网关，其特征在于，在所述板到板接口(6)和/或所述miniPCIE接口(7)上连接有用于接入现场的串口总线设备的现场串行总线通讯接口模组。

3.根据权利要求1所述的工业现场通信网关，其特征在于，在所述板到板接口(6)和/所述miniPCIE接口(7)上连接有用于允许现场无线传感器网络设备的数据接入的现场近程无线通讯模组。

4.根据权利要求1所述的工业现场通信网关，其特征在于，在所述板到板接口(6)和/或所述miniPCIE接口(7)上连接有用于实现网关上行数据的传输的上行有线通讯接口模组。

5.根据权利要求1所述的工业现场通信网关，其特征在于，在所述板到板接口(6)和/或所述miniPCIE接口(7)上连接有用于通过无线传输方式传输上行数据的上行无线通讯接口模组。

6.根据权利要求1所述的工业现场通信网关，其特征在于，在所述板到板接口(6)和/或所述miniPCIE接口(7)上连接有用于扩展外部存储设备的存储扩展模组。

7.根据权利要求1所述的工业现场通信网关，其特征在于，所述核心板接口分别与所述板到板接口(6)、所述miniPCIE接口(7)之间采用TTL-UART、TTL-CAN、TTL-SPI、IIC、I2S、USB和/或GMII板载总线连接。

8.根据权利要求1所述的工业现场通信网关，其特征在于，所述中央处理单元为ARMCortex-A/M核处理器。

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