CN210573363U - 一种用于智能制造的边缘计算网关装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于智能制造的边缘计算网关装置，本实用新型对外接线端子与电源模块、485模块、干接点输入模块互联，电源模块模块为485模块、干接点输入模块、MCU、调试模块、WIFI模块供电，485通信模块与MCU、对外接线端子信号连接，干接点输入模块输出端与对外接线端子和MCU连接，调试模块和MCU信号连接，WIFI模块与MCU信号连接；干接点输入模块输出端与对外接线端子，接受外部的干接点信号，干接点输入模块将外部的干接点信号变送为TTL电平后给MCU。本实用新型通过WIFI模块实现RS485数据和干接点数据的透明转发，实现RS485数据和干接点数据的计算和处理，通过WIFI模块上传。
Description
技术领域
本实用新型适用于工厂智能化改造的智能制造场景，具体涉及一种用于智能制造的边缘计算网关装置。
背景技术
在工厂智能化改造过程中，需要将车间中所有被监控设备进行底端互联。现场需要部署较多的采集网关，以收集被监控设备数据，下发控制命令，实现工厂设备的远程化感知和监控。现场被监控设备大都具备RS485接口和干接点输出信号接口，采集网关需要具备RS485接口和干接点采集接口，将被监控设备的数据收集，并上传到上层网关或云平台。在底层设备互联过程中，如果采集网关不具备WIFI接口，而采用传统的网线形式，由于车间较大，施工时需要将走线布在地下，并穿进屏蔽管道，工程难度较大，施工费用占改造费用的比例较高，严重影响了智能制造服务商的利润。
采集网关将底端设备全部以透传方式上传到上层网关或云平台，其数据量巨大，会对上层服务造成较大压力，威胁系统稳定性。由于上传数据为原生数据，上层网关和云平台所需的计算量较大，同时产生的垃圾数据较多，当海量节点并发上报和操作数据库时，会造成系统响应迟缓，数据延迟等现象。
在智能制造背景和边缘计算背景下，需要一种施工简单、带有边缘计算功能的数据采集网关。
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种用于智能制造的边缘计算网关装置。
本实用新型一种用于智能制造的边缘计算网关装置，包括对外接线端子，电源模块，485模块，干接点输入模块，MCU，调试模块，WIFI模块。
对外接线端子与电源模块、485模块、干接点输入模块互联，电源模块模块为485模块、干接点输入模块、MCU、调试模块、WIFI模块提供工作电源，485通信模块与MCU、对外接线端子信号连接，干接点输入模块输出端与对外接线端子和MCU连接，调试模块和 MCU信号连接，WIFI模块与MCU信号连接；所述的485模块有两个电源系统供电，分别为通信端电源和系统电源，系统电源为3.3V，通信端电源为隔离5V，系统电源和通信端电源通过隔离电源进行了电气隔离；干接点输入模块输出端与对外接线端子，用于接受外部的干接点信号，干接点输入模块将外部的干接点信号变送为TTL电平后给MCU。
电源管理为系统提供工作电源，供电电压范围为DC9～24V，推荐24V供电。电源经过对外接线端子进入系统，经过开关电源变送到+5V，5V再经LDO变送到3.3V。5V经过隔离电源产生隔离5V，用于给干接点输入模块和485模块供电。3.3V用于给MCU、 WIFI、蓝牙、调试接口等供电。
485模块与对外接线端子互联，主要实现装置与被监控装置的通信功能。485模块有两个电源系统供电，分别为通信端电源和系统电源，系统电源为3.3V，通信端电源为隔离5V，系统电源和通信端电源通过隔离电源进行了电气隔离，电气隔离提高了系统对电磁干扰的抵抗能力。
干接点输入模块与对外接线端子互联，用于接受外部的干接点信号，干接点输入模块将外部的干接点信号变送为TTL电平后给MCU。干接点输入模块由两个电源供电，分为别系统电源3.3V和隔离5V，两种电源通过光电耦合器进行隔离，一方面实现了输入端与系统的电气隔离，一方面实现了输入端和系统端的电平转换，提高系统稳定性和信号质量。
MCU用于接受干接点和485信号，实现对被监控设备的数据获取和操控，在本地进行数据处理和运算，将数据通过WIFI上传到上层网关或云平台，同时接受上层网关或云平台下发的指令，执行相关的动作。
调试模块用于调试MCU程序和功能，并可通过终端打印功能查看设备运行状态。
WIFI功能用于系统连接到无线信号，通过无线信号收发数据，WIFI天线为PCB板载天线,同时具有外置天线接口。
对外通信端子上具备该装置对外的所有接口，包括电源、RS485接口、干接点输入接口，其端子为绿色凤凰端子，引脚间距为3.5mm，端子具备阻燃特性。
本实用新型相对于现有技术具有的效果：本实用新型可通过WIFI模块实现RS485数据和干接点数据的透明转发，也可实现RS485数据和干接点数据的计算和处理，通过WIFI模块上传。本实用新型具有1路RS485接口和2路干接点信号输入接口，用于对接被监控设备。
附图说明
图1用于智能制造的边缘计算网关结构图；
图2网关电源管理框架图；
图3 485模块框架图；
图4对外接线端子定义。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型由以下部分组成：对外接线端子1，电源模块2，485模块 3，干接点输入模块4，MCU5，调试模块6，WIFI模块7。
电源模块为整个系统提供工作电源，如图2所示，电源管理输入为12V，输出有系统5V、系统3.3V、隔离5V。24V经过TPS54331转化出系统5V，用于系统中需要5V 供电的模块。TPS54331的输出电感为10uH，肖特基二极管采用MBRS360BT3G，其反馈电阻比为1.91K和10K，其中1.91K电阻接地，输出滤波电容为100uF、10uF、0.1uF 的并联，5V输出端添加了4.7K限流电阻和绿色LED，用于指示系统5V电源是否正常。
系统5V经过TLV1117LV33后生成系统3.3V，用于给系统中所有3.3V供电的外设。TLV1117LV33输入退偶电容为10uF和0.1uF电容的并联，输出滤波电容为10uF和0.1uF 电容的并联，输出端添加120@100MHz的磁珠，用于消除电源纹波，3.3V输出端添加 2K限流电阻和绿色LED，用于指示系统3.3V电源是否正常。系统5V经过B1205LS-1WR2 后生成隔离5V，分别为RS485模块和干接点输入模块供电，B1205LS-1WR2输入端电容为0.1uF，输出端电容为0.1uF和2.2uF并联，输出端添加4.7K限流电阻和绿色LED，用于指示隔离5V是否正常。
如图3所示，RS485模块的串口TTL电平与485芯片和串口芯片之间采用光耦ISO7321C，TTL电平侧引脚1采用系统3.3V供电，另一侧采用该隔离5V电源供电，隔离发送信号经过反相器SN74AHCT1G04DCK进入RS485芯片SP485，SN74AHCT1G04DCK 和SP485工作电压为隔离5V，SP485的引脚2和引脚3短接，经过4.7K电阻上拉到隔离5V，引脚4接入隔离地，光耦6脚连接到反相器SN74AHCT1G04DCK的2脚，反相器 SN74AHCT1G04DCK的4脚连接到SP485的2脚，SP485的1脚和8脚与隔离5V连接， SP485的4脚和5脚与隔离地连接，SP485引脚6和7输出A和B信号，A和B总线上串联22欧姆电阻，A和B之间并联120欧姆电阻，A和B信号与对外接线端子连接。
干接点输入模块用于接受干接点信号，其输入端和输出端经过光耦EL357NC进行隔离，光耦前端的上拉电阻为4.7K，上拉电源为24V，光耦后端的上拉电阻为1K，上拉电源为3.3V。干接点输入模块与对外接线端子连接处添加ESD器件SMBJ28CA，用于保护系统不被静电击穿。在光耦的输入端添加续流二极管1N4148和0.01uF电容，光耦输出端添加100pF陶瓷贴片电容用于滤波。干接点进入到MCU的GPIO4.
MCU采用ESP8266，时钟源采用外部26M晶振，晶振电容为6.8pF，系统采用3.3V 供电，WIFI天线经过2.2nH进入LNA引脚，ESP8266外部连接1个SPI接口FLASH，MCU的调试串口为UART0，U0TXD线上需串联499R电阻用于抑制80MHz谐波。WIFI 模块集成在ESP8266内部，需要设计WIFI的PCB天线，用于接受WIFI信号。
调试接口通过Micro_USB形式进行调试。装置中使用的USB转串口芯片为CP2102，其中引脚8直接与Micro_USB的供电接口连接，引脚6与3.3V连接，4脚连接USB接口的D+信号，5脚连接USB接口的D-信号，25引脚和26引脚分别连接MCU的TXD0和 RXD0。在进行PCB布线时，确保USB信号的D+和D-为差分等长信号。
如图4所示，对外接线端子是网关装置用于与互联设备通信的接口，接口端子为间距为3.5mm的凤凰端子，端子的定义为V+、V-、A、B、DI1、DI2、G，A和B与SP485 的A和B连接，G与隔离地连接，在A和B上添加了静电保护器件SMBJ10CA，V+、V- 为设备供电电源输入端，推荐DC24V。
Claims (2)
1.一种用于智能制造的边缘计算网关装置，包括：对外接线端子(1)，电源模块(2)，485模块(3)，干接点输入模块(4)，MCU(5)，调试模块(6)，WIFI模块(7)；
其特征在于：对外接线端子(1)与电源模块(2)、485模块(3)、干接点输入模块(4)互联，电源模块(2)模块为485模块(3)、干接点输入模块(4)、MCU(5)、调试模块(6)、WIFI模块(7)提供工作电源，485通信模块(3)与MCU(5)、对外接线端子(1)信号连接，干接点输入模块(4)输出端与对外接线端子(1)和MCU(5)连接，调试模块(6)和MCU(5)信号连接，WIFI模块(7)与MCU(5)信号连接；所述的485模块有两个电源系统供电，分别为通信端电源和系统电源，系统电源为3.3V，通信端电源为隔离5V，系统电源和通信端电源通过隔离电源进行了电气隔离；干接点输入模块(4)输出端与对外接线端子(1)连接，用于接受外部的干接点信号，干接点输入模块将外部的干接点信号变送为TTL电平后给MCU。
2.根据权利要求1所述的一种用于智能制造的边缘计算网关装置，其特征在于：干接点输入模块由两个电源供电，分为别系统电源3.3V和隔离5V，两种电源通过光电耦合器进行隔离，一方面实现了输入端与系统的电气隔离，一方面实现了输入端和系统端的电平转换，提高系统稳定性和信号质量。
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| CN201921000962.1U CN210573363U (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一种用于智能制造的边缘计算网关装置 |
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| CN201921000962.1U CN210573363U (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一种用于智能制造的边缘计算网关装置 |
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| CN201921000962.1U Active CN210573363U (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一种用于智能制造的边缘计算网关装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113541765A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-10-22 | 成都天奥集团有限公司 | 一种卫星地面站信道产品通用监控电路 |
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2019
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