CN214205565U - 一种融合LoRa及NB-IOT无线通信技术的智能网关设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种融合LoRa及NB‑IOT无线通信技术的智能网关设备，该设备包括电源电路模块、主控芯片MCU模块、LORA无线模块、NB‑IOT无线模块、USIM卡模块、存储电路模块以及指示灯模块；所述LORA无线模块将接收到的数据信息通过SPI总线将数据发送至主控芯片MCU模块，所述主控芯片MCU模块将接收到的数据信息进行处理后发送至NB‑IOT无线模组；所述NB‑IOT无线模组通过COAP协议将数据经NB‑IOT基站传输至物联网云平台；所述USIM卡模块与所述NB‑IOT无线模块电性连接，用于流量上网计费；所述存储电路模块与主控芯片MCU模块电性连接，用于缓存数据信息；所述指示灯模块与所述主控芯片MCU模块电性连接，用于显示设备的运行状态；本实用新型解决了传统网关在一些应用场景存在的困难与不足。
Description
技术领域
本实用新型属于网络通信技术领域，具体涉及一种融合LoRa及NB-IOT无线通信技术的智能网关设备。
背景技术
智能网关设备，又称协议转换器，是连接无线传感网络与传统通信网络的纽带，完成无线传感网络、传统通信网络以及其他不同类型网络之间的协议转换，实现局域和广域的数据互联互通，是多个网络间提供数据转换服务的计算机系统或设备。
根据应用场景的不同，目前市场上存在着各类智能网关。我们在智能家居中常见的网关通常为Wifi智能网关和Zigbee智能网关，智慧城市等广域应用上常用Lora智能网关，工业物联网上目前常用各类总线转以太网来实现协议转换。目前这些智能网关在实际应用中均存在其各自的劣势，在某些特定场景下无法满足使用需求。
Wifi智能网关其通信距离很短，功耗很高，而且由于技术限制其最大终端接入数量仅为几台至几十台，只能在小型家庭等场景中使用；Zigbee智能网关其通信距离在空旷的户外可达上百米，但在室内或有建筑物遮挡时仅为几十米；工业物联网上常用的各类总线网关通信距离较短且布线安装的施工量较大；Lora智能网关其通信距离在城市里可达3km以上，在空旷的农村可达20km以上；但上述传统网关均需要宽带网络接入外网服务器，在某些宽带接入比较困难的场景下施工难度较大，组网较复杂成本较高，而且宽带网络很容易出现故障导致网关无法连接服务器，可靠性及实用性都很差。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本实用新型提出一种融合LoRa及NB-IOT无线通信技术的智能网关设备。
技术方案：为实现本实用新型的目的，本实用新型提出一种融合LoRa及NB-IOT 无线通信技术的智能网关设备，包括：
电源电路模块、主控芯片MCU模块、LORA无线模块、NB-IOT无线模块、USIM 卡模块、存储电路模块以及指示灯模块；
所述电源电路模块分别与主控芯片MCU模块、LORA无线模块、NB-IOT无线模块、USIM卡模块、指示灯模块以及存储电路模块电性连接，用于为各个模块供电；
所述LORA无线模块通过SPI接口与主控芯片MCU电性连接，用于接收LORA终端节点采集到的数据信息，并发送至主控芯片MCU；
所述NB-IOT无线模块与主控芯片的一个串口电性连接，用于将主控芯片处理后的数据信息传输至物联网云平台；
所述主控芯片MCU模块用于控制各模块之间进行数据传输，接收所述LORA无线模块的数据信息并进行处理，然后经串口发送至所述NB-IOT无线模块；
所述USIM卡模块与所述NB-IOT无线模块电性连接，用于为所述NB-IOT无线模块进行流量上网计费；
所述存储电路模块与所述主控芯片MCU模块电性连接，用于缓存所述主控芯片MCU模块的数据信息；
所述指示灯模块与所述主控芯片MCU模块电性连接，用于显示设备的运行状态，以及所述LORA无线模块和NB-IOT无线模块进行数据收发的状态。
优选的，所述USIM卡模块为中国电信物联网卡；
优选的，所述NB-IOT无线模块通过COAP协议将数据经NB-IOT基站传输至物联网云平台；所述物联网云平台为中国电信物联网云平台，用于对接收到的数据信息进行协议解析，管理网关设备以及数据信息。
有益效果：与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益技术效果：
1.本实用新型采用Lora无线技术组网，相比wifi，bluetooth，zigbee等无线通信技术，具有远距离、低功耗、低成本、海量连接、深度覆盖等优势；
2.本实用新型采用NB-IOT接入运营商网络，无需布设通信线缆，大大减少部署及维护的成本，相比通过宽带有线网络接入公网，具有灵活组网，低成本，高实用性和高可靠性等优势；相比通过3G/4G等无线接入网络技术，具有深度覆盖、超低功耗、超低成本等优势；
3.本实用新型应用型强，可以应用于智慧小区，大型超市，工业园区，大型企业，智慧建筑，智慧校园，智慧城市，大型农牧场等应用场景，解决传统网关在上述应用场景存在的困难与不足；
4.本实用新型NB-IOT模块和物联网云平台之间采用COAP协议，COAP基于 UDP协议，也就是在设备终端上只需要底层实现UDP协议，而不需要实现较为复杂的 TCP协议，非常适合为低带宽和不稳定的网络环境中的物联网应用提供可靠的网络服务。
附图说明
图1是本实用新型的结构设计图；
图2是本实用新型的一种应用场景的网络体系结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明。
本实用新型的目的是提供一种融合LoRa及NB-IOT无线通信技术的智能网关设备，参考图1，该设备包括：
电源电路模块、主控芯片MCU模块、LORA无线模块、NB-IOT无线模块、USIM 卡模块、存储电路模块以及指示灯模块；
所述电源电路模块分别与主控芯片MCU模块、LORA无线模块、NB-IOT无线模块、USIM卡模块、指示灯模块以及存储电路模块电性连接，用于为各个模块供电；
所述主控芯片MCU模块用于控制各模块之间进行数据传输，并进行数据处理；
所述LORA无线模块通过SPI接口与主控芯片MCU电性连接，用于接收LORA终端节点采集到的数据信息，并发送至主控芯片MCU；
所述NB-IOT无线模块与主控芯片的一个串口电性连接，用于将主控芯片处理后的数据信息传输至物联网云平台；
所述USIM卡模块与所述NB-IOT无线模块电性连接，用于为所述NB-IOT无线模块进行流量上网计费；
所述存储电路模块与所述主控芯片MCU模块电性连接，用于缓存所述主控芯片MCU模块的数据信息；
所述指示灯模块与所述主控芯片MCU模块电性连接，用于显示工作运行状态及所述LORA无线模块和NB-IOT无线模块数据收发状态。
优选的，所述主控芯片MCU模块采用主控芯片STM32F051K8U6；
优选的，所述LORA无线模块采用LSD4RF-2F717N10模组，其内部集成的射频芯片为SX1278芯片；所述主控芯片MCU模块与所述LORA无线模组的SPI接口电性连接；
优选的，所述NB-IOT无线模块采用NB86-G模组，所述主控芯片MCU模块通过 USART接口与NB-IOT无线模组电性连接；
优选的，所述USIM卡模块为中国电信物联网卡；
优选的，所述NB-IOT无线模块通过COAP协议将数据经NB-IOT基站传输至物联网云平台；
优选的，所述物联网云平台为中国电信物联网云平台，用于对接收到的数据信息进行协议解析，管理网关设备以及数据信息。
参考图2，图2为本实用新型的一种应用场景的网络体系结构图；
研究区域内所有LORA终端节点将采集到的数据信息通过无线传输方式发送至LORA无线模块；所述LORA无线模块接收数据信息，并通过SPI总线将数据发送至主控芯片MCU模块，所述主控芯片MCU模块将接收到的数据信息进行处理后发送至 NB-IOT无线模组；所述NB-IOT无线模组通过COAP协议将数据经NB-IOT基站传输至物联网云平台；
优选的，所述NB-IOT无线模组的入网过程需要所述主控芯片MCU模块发送AT 指令进行控制及通信；如表1所示，表1为COAP协议参数配置的AT指令；
| AT+CFUN＝0 | 关闭射频功能； |
| AT+CGMR | 查询固件版本； |
| AT+NBAND | 查询模组配置频段； |
| AT+NBAND＝5 | 配置模组为电信频段； |
| AT+CGSN＝1 | 查询IMEI号； |
| AT+NCDP＝XX.XX.XX.XX | 设置IoT平台IP地址，非COAP协议可以不配置； |
表1COAP协议参数配置的AT指令如表2所示，表2为基础参数配置；
| AT+NRB | 软重启； |
| AT+CFUN＝1 | 开启射频全功能； |
| AT+CIMI | 查询SIM卡信息； |
| AT+CMEE＝1 | 开启错误提示； |
| AT+CGDCONT＝1,“IP”,“ctnet” | 设置APN为电信模式 |
| AT+CSCON＝1 | 设置基站连接通知； |
| AT+CEREG＝2 | 设置连接核心网通知； |
| AT+NNMI＝1 | 开启下行数据通知； |
| AT+CGATT＝1 | 自动搜网； |
| AT+NUESTATS | 查询UE状态； |
| AT+CGPADDR | 查询核心网分配的IP地址； |
表2基础参数配置的AT指令
根据表2进行基础配置后连接网络，当可以查询到核心网分配的IP地址后说明所述NB-IOT无线模组连接至NB-IOT网络，此时进行AT指令配置与物联网凭条通过COAP协议进行通信；如表3所示，表3为COAP通信协议配置的AT指令；
| AT+NMGS＝2,A1A2 | 发送2字节数据，发送成功回复OK，否则ERROR |
| +NNMI:2,A1A2 | 读取CoAP数据，收到2字节COAP数据 |
表3COAP通信协议配置的AT指令。
Claims (3)
1.一种融合LoRa及NB-IOT无线通信技术的智能网关设备，其特征在于，包括：
电源电路模块、主控芯片MCU模块、LORA无线模块、NB-IOT无线模块、USIM卡模块以及存储电路模块；
所述电源电路模块分别与主控芯片MCU模块、LORA无线模块、NB-IOT无线模块、USIM卡模块、指示灯模块以及存储电路模块电性连接，用于为各个模块供电；
所述LORA无线模块通过SPI接口与主控芯片MCU电性连接，用于接收LORA终端节点采集到的数据信息，并发送至主控芯片MCU；
所述NB-IOT无线模块与主控芯片的一个串口电性连接，用于将主控芯片处理后的数据信息传输至物联网云平台；
所述主控芯片MCU模块用于接收所述LORA无线模块的数据信息并进行处理，然后经串口发送至所述NB-IOT无线模块；
所述USIM卡模块与所述NB-IOT无线模块电性连接，用于为所述NB-IOT无线模块进行流量上网计费；
所述存储电路模块与所述主控芯片MCU模块电性连接，用于缓存所述主控芯片MCU模块的数据信息。
2.根据权利要求1所述的一种融合LoRa及NB-IOT无线通信技术的智能网关设备，其特征在于，所述网关设备还包括指示灯模块；所述指示灯模块与所述主控芯片MCU模块电性连接，用于显示设备的运行状态，以及所述LORA无线模块和NB-IOT无线模块进行数据收发的状态。
3.根据权利要求1或2所述的一种融合LoRa及NB-IOT无线通信技术的智能网关设备，其特征在于，所述NB-IOT无线模块通过COAP协议将数据经NB-IOT基站传输至物联网云平台；所述物联网云平台用于对接收到的数据信息进行协议解析，管理网关设备以及数据信息。
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- 2021-01-20 CN CN202120149568.5U patent/CN214205565U/zh active Active
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