CN211531339U - 一种基于无线通信技术的物联网网关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线通信技术的物联网网关，包括数据收发模组群，数据转发模组群及信号处理芯片；数据收发模组群用于收发射频标签发送的射频信号，信号处理芯片用于对数据收发模组群接收到的射频信号进行处理，数据转发模组群用于对信号处理芯片处理的射频信号进行转发；信号处理芯片包括与数据收发模组群对应的第一MINIPCIE接口，数据收发模组群与第一MINIPCIE接口以可拔插的方式连接；信号处理芯片包括与数据转发模组群对应的第二MINIPCIE接口，数据转发模组群与第二MINIPCIE接口以可拔插的方式连接。采用本实用新型，可接入多种通信协议的通信模组，减省成本。

Description

一种基于无线通信技术的物联网网关

技术领域

本实用新型涉及一种网络设备，尤其涉及一种基于无线通信技术的物联网网关。

背景技术

物联网网关是物联网标签与服务器的信号中转设备，其接收物联网标签发送的信号，并将信号进行转发给服务器，实现物联网标签与物联网服务器的数据传输。

对比文件CN 105898900A公开了一种应用于大规模zigbee传感器网络与移动通信网的网关系统，以S3C6410 SoC为核心，通过UART接口外接多个zigbee无线传感器网络单元，通过USB接口外接移动通信网络单元搭建系统硬件平台。软件部分划分为应用层和网络层，在应用层实现外部接口动态管理，维护路由表等功能，在网络层运行TCP/IP协议栈和zigbee协议栈，并运行协议转换程序。硬件部分的可扩展性设计和软件部分的分层设计、动态路由表机制使得该系统在需要大规模布置zigbee传感器网络的应用场景中具有极大的优势。

但是，现有的物联网网关控制方法只针对于某种无线通信技术而设计，接入能力有限。例如，LoRaWan网关，仅能接入基于LoRa通信技术的物联网节点，增大运营成本。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种基于无线通信技术的物联网网关，可接入多种通信协议的通信模组，减省成本。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于无线通信技术的物联网网关，包括数据收发模组群，数据转发模组群及信号处理芯片；数据收发模组群用于收发射频标签发送的射频信号，信号处理芯片用于对数据收发模组群接收到的射频信号进行处理，数据转发模组群用于对信号处理芯片处理的射频信号进行转发；信号处理芯片包括与数据收发模组群对应的第一MINIPCIE接口，数据收发模组群与第一MINIPCIE接口以可拔插的方式连接；信号处理芯片包括与数据转发模组群对应的第二MINIPCIE接口，数据转发模组群与第二 MINIPCIE接口以可拔插的方式连接。

作为上述方案的改进，数据收发模组群包括Sub-1G通信模组，Sub-1G通信模组与第一MINIPCIE接口连接；与Sub-1G通信模组连接的第一MINIPCIE 接口在信号处理芯片的引脚设置为GPIO引脚。

作为上述方案的改进，数据收发模组群还包括LORA通信模组，LORA 通信模组与第一MINIPCIE接口连接；与LORA通信模组连接的第一 MINIPCIE接口在信号处理芯片的引脚设置为第一SPI1引脚；LORA通信模组为8通道通信模组。

作为上述方案的改进，数据收发模组群还包括WiFi通信模组，WiFi通信模组与第一MINIPCIE接口连接；与WiFi通信模组连接的第一MINIPCIE接口在信号处理芯片的引脚设置为第一UART1引脚。

作为上述方案的改进，数据收发模组群还包括蓝牙通信模组，蓝牙通信模组与第一MINIPCIE接口连接；与蓝牙通信模组连接的第一MINIPCIE接口在信号处理芯片的引脚设置为第二UART2引脚。

作为上述方案的改进，数据收发模组群还包括2.4G通信模组，2.4G通信模组与第一MINIPCIE接口连接；与2.4G通信模组连接的第一MINIPCIE接口在信号处理芯片的引脚设置为第二SPI2引脚。

作为上述方案的改进，数据转发模组群包括以太网通信模组，以太网通信模组与第二MINIPCIE接口连接；与以太网通信模组连接的第二MINIPCIE 接口在信号处理芯片的引脚设置为RMII引脚。

作为上述方案的改进，数据转发模组群还包括移动通信模组，移动通信模组与第二MINIPCIE接口连接；与移动通信模组连接的第二MINIPCIE接口在信号处理芯片的引脚设置为USB引脚。

作为上述方案的改进，基于无线通信技术的物联网网关还包括移动通信接口保护芯片及SIM卡；移动通信模组与移动通信接口保护芯片连接，移动通信接口保护芯片与SIM卡连接。

作为上述方案的改进，还包括电源、掉电检测装置、LDO电源管理芯片及移动电源管理芯片，信号处理芯片还包括系统供电引脚；电源与掉电检测装置电连接，掉电检测装置分别与LDO电源管理芯片及移动电源管理芯片连接， LDO电源管理芯片与系统供电引脚连接，移动电源管理芯片与移动通信模组连接。

实施本实用新型的有益效果在于：

实施本实用新型基于无线通信技术的物联网网关，可接入多种通信协议的通信模组，减省成本。

具体来说，本实用新型基于无线通信技术的物联网网关包括数据收发模组群，数据转发模组群及信号处理芯片。数据收发模组群包括至少一个短距离通信模组，从而接收射频标签通过多种通信协议发送的信号。信号处理芯片包括与数据收发模组群对应的第一MINIPCIE接口，数据收发模组群与第一 MINIPCIE接口以可拔插方式连接，从而使得信号处理芯片可以对不同通信协议的信号进行处理。数据转发模组群包括至少一个远距离通信模组，信号处理芯片包括与数据转发模组群对应的第二MINIPCIE接口，数据转发模组群与第二MINIPCIE接口以可拔插方式连接，从而以多种方式对信号处理芯片处理的数据进行转发。

附图说明

图1是本实用新型基于无线通信技术的物联网网关第一实施例结构示意图；

图2是本实用新型基于无线通信技术的物联网网关第二实施例结构示意图。

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作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

图1显示的是本实用新型基于无线通信技术的物联网网关第一实施例结构示意图，其包括数据收发模组群1，数据转发模组群2及信号处理芯片3；数据收发模组群1用于收发射频标签发送的射频信号，信号处理芯片3用于对数据收发模组群接收到的射频信号进行处理，数据转发模组群2用于对信号处理芯片处理的射频信号进行转发；信号处理芯片3包括与数据收发模组群对应的第一MINIPCIE接口31，数据收发模组群1与第一MINIPCIE接口31以可拔插的方式连接；信号处理芯片3包括与数据转发模组群对应的第二 MINIPCIE接口32，数据转发模组群2与第二MINIPCIE接口32以可拔插的方式连接。

本实用新型基于无线通信技术的物联网网关包括数据收发模组群1，数据转发模组群2及信号处理芯片3。数据收发模组群包括至少一个短距离通信模组，从而接收多种通信协议节点设备发送的信号。信号处理芯片3包括与数据收发模组群对应的第一MINIPCIE接口31，数据收发模组群1与第一 MINIPCIE接口31以可拔插方式连接，从而使得信号处理芯片可以对不同通信协议的信号进行处理。需要说明的是，信号处理芯片3对应数据收发模组群 1中每一个短距离通信模组都设有一个第一MINIPCIE接口31。比如，如果数据收发模组群1包括三个短距离通信模组，则信号处理芯片3就设有三个第一 MINIPCIE接口31分别与该三个短距离通信模组对应连接。

数据转发模组群2包括至少一个远距离通信模组，信号处理芯片3包括与数据转发模组群对应的第二MINIPCIE接口32，数据转发模组群2与第二 MINIPCIE接口32以可拔插方式连接，从而以多种方式对信号处理芯片处理的数据进行转发。需要说明的是，信号处理芯片3对应数据转发模组群2中每一个远距离通信模组都设有一个第二MINIPCIE接口32。比如，如果数据转发模组群2包括有三个远距离通信模组，则信号处理芯片3就设有三个第二MINIPCIE接口32分别与该三个远距离通信模组对应连接。

需要说明的是，第一MINIPCIE接口及第二MINIPCIE接口均是MINIPCIE 接口。MINIPCIE接口是基于PCI-E总线的接口，主要用于笔记本和数码设备，采用了点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个通过MINIPCIE接口接入的设备都有自己的专用连接。MINIPCIE接口具有可拔插的特点，所有通信模组均可以可拔插方式与MINIPCIE接口电连接，方便不同通信模组的拓展以及布局修改。

另外，本发明中的模组是指集成多种芯片及相关电路的集成电路。通信模组是指具有收发特定通信协议信号功能的模组。

优选地，信号处理芯片3可以采用RT1021型号的芯片。

图2是本实用新型基于无线通信技术的物联网网关第二实施例结构示意图，第二实施例在第一实施例基础上作了改进。下面对第二实施例的改进进行说明。

需要说明的是，第一MINIPCIE接口虽然在硬件上都是MINIPCIE接口。但是在与不同的通信模组连接时，第一MINIPCIE接口在信号处理芯片中的引脚设置有所不同，从而实现在不同通信模组与信号处理芯片之间进行数据传输。类似地，第二MINIPCIE接口虽然在硬件上也是MINIPCIE接口。但是在与不同的数据转发芯片连接时，第二MINIPCIE接口在信号处理芯片中的引脚设置有所不同，从而实现在不同数据转发芯片与信号处理芯片之间进行数据传输。上述引脚设置是指使用软件对信号处理芯片的引脚进行逻辑功能设置，从而使硬件构造相同的引脚可以实现不同功能。

进一步地，数据收发模组群1包括Sub-1G通信模组11，Sub-1G通信模组11与第一MINIPCIE接口连接；与Sub-1G通信模组连接的第一MINIPCIE 接口在信号处理芯片的引脚设置为GPIO引脚。

Sub-1G通信模组11是用于工作频段处于1GHz以下的通信模组。Sub-1G 通信技术具有低功耗、长距离通信或穿墙能力强等优点。

GPIO引脚是信号处理芯片3上的通用型之输入输出(General-purpose input/output，简称GPIO)引脚，具有地功耗、布线简单等优点。

优选地，Sub-1G通信模组11可以采用的型号包括但不限于Sub1G RF IC。

进一步地，数据收发模组群1还包括LORA通信模组12，LORA通信模组12与第一MINIPCIE接口连接；与LORA通信模组12连接的第一MINIPCIE 接口在信号处理芯片的引脚设置为第一SPI1引脚；LORA通信模组12为8通道通信模组。

LORA通信模组12是用于收发LORA标准信号的通信模组。LoRa标准是一种低功耗局域网无线标准，具有低功耗、远距离传输的优点。第一SPI1 引脚是SPI引脚。SPI引脚是信号处理芯片3上的串行外设接口(Serial Peripheral Interface，简称SPI)引脚，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，节省布局空间。

优选地，LORA通信模组12可以采用的型号包括但不限于SX1301或 SX1255。

进一步地，数据收发模组群1还包括WiFi通信模组13。WiFi通信模组 13与第一MINIPCIE接口连接；与WiFi通信模组连接的第一MINIPCIE接口在信号处理芯片的引脚设置为第一UART1引脚。

WIFI通信模组13是用于收发WIFI标准信号的通信模组。WIFI标准是一个创建于IEEE 802.11标准的无线局域网技术。第一UART1引脚是UART引脚。UART引脚是信号处理芯片3上的通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，简称UART)引脚。UART引脚用于将要传输的数据在串行通信与并行通信之间加以转换。作为把并行输入信号转成串行输出信号的芯片，UART引脚通常被集成于其他通讯接口的连结上。

优选地，WIFI通信模组13可以采用的型号包括但不限于ZW6201。

进一步地，数据收发模组群1还包括蓝牙通信模组14。蓝牙通信模组14 与第一MINIPCIE接口连接；与蓝牙通信模组14连接的第一MINIPCIE接口在信号处理芯片的引脚设置为第二UART2引脚。

蓝牙通信模组14是用于收发蓝牙标准信号的通信模组，蓝牙标准是一种无线数据和语音通信开放的全球规范，它是基于低成本的近距离无线连接，为固定和移动设备建立通信环境的一种的近距离无线技术连接。第二UART2引脚与第一UART1引脚都是相同的UART引脚，命名差异仅是对两个引脚进行区别，不是对两者特性、功能作出不同的限定。

优选地，蓝牙通信模组14可以采用的型号包括但不限于NRF52832。

进一步地，数据收发模组群1还包括2.4G通信模组15。2.4G通信模组 15与第一MINIPCIE接口连接；与2.4G通信模组连接的第一MINIPCIE接口在信号处理芯片的引脚设置为第二SPI2引脚。

2.4G通信模组15是用于收发2.4G标准信号的通信模组。2.4G标准是一种无线技术，其频段处于2.400GHz～2.4835GHz之间，具有低电压、高效率、低成本、双向高速数据传输等优点。第二SPI2引脚与第一SPI1引脚都是相同的SPI接口，命名差异仅是对两个引脚进行区别，不是对两者特性、功能作出不同的限定。

优选地，2.4G通信模组15可以采用的型号包括但不限于NRF2401。

进一步地，数据转发模组群2包括以太网通信模组21，以太网通信模组 21与第二MINIPCIE接口连接；与以太网通信模组连接的第二MINIPCIE接口在信号处理芯片的引脚设置为RMII引脚。

以太网通信模组21是用于向以太网转发数据的通信模组。以太网是一种计算机局域网技术。IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准，其规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容。以太网是目前应用最普遍的局域网技术。RMII引脚是信号处理芯片3上的简化媒体独立接口(Reduced Media Independent Interface，简称RMII)引脚，用于对以太网数据包进行串并转换、编解码等操作。

优选地，以太网通信模组21可以采用的型号包括但不限于DP83848。

进一步地，数据转发模组群2还包括移动通信模组22，移动通信模组22 与第二MINIPCIE接口连接；与移动通信模组22连接的第二MINIPCIE接口在信号处理芯片的引脚设置为USB引脚。

移动通信模组22集成射频电路及基带电路，用于移动网络信号的接收、发射、基带信号处理功能。需要说明的是，移动通信网络信号包括2G信号、 3G信号、4G信号以及未来的5G信号。收发及处理特定类型移动通信网络信号，就要采用特定型号的移动通信模组，比如，收发4G移动网络信号，可以采用FIT-4G-ME909S型号的移动通信模组。用户可以根据需要对移动通信模组的种类进行拓展，具体将相关的移动通信模组与第二MINIPCIE接口进行可拔插连接，就可使得本实用新型基于无线通信技术的物联网网关兼容多种移动通信网络信号。

进一步地，本实用新型基于无线通信技术的物联网网关还包括移动通信接口保护芯片4及SIM卡5；移动通信模组22与移动通信接口保护芯片4连接，移动通信接口保护芯片4与SIM卡5连接。

由于静电的高电压容易击穿移动通信模组22。因此，移动通信模组需要通过移动通信接口保护芯片4与SIM卡5连接。移动通信接口保护芯片4用于对移动通信模组22进行静电释放保护的芯片。

SIM卡5是一种用户身份识别卡(Subscriber Identification Module，简称SIM)。其存储了移动电话用户信息，加密的密钥以及通信录等内容，可供移动通信网络用户身份鉴别，以及对通话语音信息进行加密。

进一步地，还包括电源6、掉电检测装置7、LDO电源管理芯片8及移动电源管理芯片9。信号处理芯片3还包括系统供电引脚PWR。电源6与掉电检测装置7电连接，掉电检测装置7分别与LDO电源管理芯片8及移动电源管理芯片9连接，LDO电源管理芯片8与系统供电引脚PWR连接，移动电源管理芯片9与移动通信模组22连接。

电源6可以采用220V交流电源，但使用时须将交流电源转化为直流电源。电源也可以采用POE交换机供电，POE交换机提供直流电，无需进行交直流电转换。电源电压为5V，可以满足所有设备运作需要。

掉电检测装置7包括整流桥、限向二极管、储能电容、降压模块、光耦及检测器，整流桥的输入端与电源连接，整流桥的输出端通过储能电容与降压模块的输入端连接，降压模块的输出端连接工作电路及检测器。其中，储能电容用于存储整流桥输出的电能；降压模块用于对整流桥输出的电压进行降压处理，并向工作电路及检测器输出电压；限向二极管设于整流桥的输出端与储能电容之间，限向二极管用于限定电源的输出方向；整流桥的输出端还通过光耦连接检测器，检测器用于检测光耦所输出的电平信号。通过掉电检测装置8，可对工作电压进行实时检测，并在掉电时采用储能电容为掉电后的工作电路及检测器提供后备电源以完成数据保存等操作，减少损失。

LDO电源管理芯片8是一种低压差线性稳压器(low dropout regulator，简称LDO)，具有成本低，噪音低，静态电流小的优点。优选地，LDO电源管理芯片8可以ST9901型号的芯片。

系统供电引脚PWR是电源插针，是与LDO电源管理芯片8连接的专用插针。

移动电源管理芯片9用于对移动通信模组22的电压、电流进行管理、控制。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于无线通信技术的物联网网关，其特征在于，包括数据收发模组群，数据转发模组群及信号处理芯片；

所述数据收发模组群用于收发射频标签发送的射频信号，所述信号处理芯片用于对所述数据收发模组群接收到的射频信号进行处理，所述数据转发模组群用于对所述信号处理芯片处理的射频信号进行转发；

所述信号处理芯片包括与所述数据收发模组群对应的第一MINIPCIE接口，所述数据收发模组群与所述第一MINIPCIE接口以可拔插的方式连接；

所述信号处理芯片包括与所述数据转发模组群对应的第二MINIPCIE接口，所述数据转发模组群与所述第二MINIPCIE接口以可拔插的方式连接。

2.如权利要求1所述基于无线通信技术的物联网网关，其特征在于，所述数据收发模组群包括Sub-1G通信模组，所述Sub-1G通信模组与所述第一MINIPCIE接口连接；

与所述Sub-1G通信模组连接的所述第一MINIPCIE接口在所述信号处理芯片的引脚设置为GPIO引脚。

3.如权利要求2所述基于无线通信技术的物联网网关，其特征在于，所述数据收发模组群还包括LORA通信模组，所述LORA通信模组与所述第一MINIPCIE接口连接；

与所述LORA通信模组连接的所述第一MINIPCIE接口在所述信号处理芯片的引脚设置为第一SPI1引脚；

所述LORA通信模组为8通道通信模组。

4.如权利要求3所述基于无线通信技术的物联网网关，其特征在于，所述数据收发模组群还包括WiFi通信模组，所述WiFi通信模组与所述第一MINIPCIE接口连接；

与所述WiFi通信模组连接的所述第一MINIPCIE接口在所述信号处理芯片的引脚设置为第一UART1引脚。

5.如权利要求4所述基于无线通信技术的物联网网关，其特征在于，所述数据收发模组群还包括蓝牙通信模组，所述蓝牙通信模组与所述第一MINIPCIE接口连接；

与所述蓝牙通信模组连接的所述第一MINIPCIE接口在所述信号处理芯片的引脚设置为第二UART2引脚。

6.如权利要求5所述基于无线通信技术的物联网网关，其特征在于，所述数据收发模组群还包括2.4G通信模组，所述2.4G通信模组与所述第一MINIPCIE接口连接；

与所述2.4G通信模组连接的所述第一MINIPCIE接口在所述信号处理芯片的引脚设置为第二SPI2引脚。

7.如权利要求6所述基于无线通信技术的物联网网关，其特征在于，所述数据转发模组群包括以太网通信模组，所述以太网通信模组与所述第二MINIPCIE接口连接；

与所述以太网通信模组连接的所述第二MINIPCIE接口在所述信号处理芯片的引脚设置为RMII引脚。

8.如权利要求7所述基于无线通信技术的物联网网关，其特征在于，所述数据转发模组群还包括移动通信模组，所述移动通信模组与所述第二MINIPCIE接口连接；

与所述移动通信模组连接的所述第二MINIPCIE接口在所述信号处理芯片的引脚设置为USB引脚。

9.如权利要求8所述基于无线通信技术的物联网网关，其特征在于，所述基于无线通信技术的物联网网关还包括移动通信接口保护芯片及SIM卡；

所述移动通信模组与所述移动通信接口保护芯片连接，所述移动通信接口保护芯片与所述SIM卡连接。

10.如权利要求9所述基于无线通信技术的物联网网关，其特征在于，还包括电源、掉电检测装置、LDO电源管理芯片及移动电源管理芯片，所述信号处理芯片还包括系统供电引脚；

所述电源与所述掉电检测装置电连接，所述掉电检测装置分别与所述LDO电源管理芯片及所述移动电源管理芯片连接，所述LDO电源管理芯片与所述系统供电引脚连接，所述移动电源管理芯片与所述移动通信模组连接。

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