CN214851222U

CN214851222U - 单天线实现4g和gnss通讯电路

Info

Publication number: CN214851222U
Application number: CN202120833668.XU
Authority: CN
Inventors: 袁路
Original assignee: Shanghai Kent Instrument Co ltd
Current assignee: Shanghai Kent Instrument Co ltd
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2021-11-23
Anticipated expiration: 2031-04-22

Abstract

本实用新型单天线实现4G和GNSS的通讯电路，含有微处理器、数据存储模块、水表数据读取接口、系统状态监控接口、4G‑CAT1模组、射频IC 模块、供电系统、物联网卡，电源模块将外供电源隔离转换成各个模块需要的电源电压；水表数据读取接口用于读取水表流量数据；系统状态监控接口用于将水表的实时状态上传到PC，射频IC模块根据微处理器的控制信号来决定天线供给4G网络模块还是GNSS定位模块；4G‑CAT1模组含有4G模块和GNSS模块，4G模块用于上传水表的数据信息，GNSS模块接收GPS信号获取水表的位置信息，本实用新型4G网络和GNSS定位中共用一根天线，减小设备体积，降低设备成本，使设备户外安装更加方便。

Description

单天线实现4G和GNSS通讯电路

技术领域

本实用新型涉及远程抄表领域，具体地说涉及到一种单天线实现4G和GNSS的通讯电路。

背景技术

现如今的水表传输模块大部分是基于传统的GPRS 2G移动通信网络，随着移动通信网络的快速发展演变出很多不同需求的应用场景，比如：4G-CAT6、4G-CAT4、4G-CAT1，NB-IoT等都属于移动通信网络的范畴，其中Cat.1属于4G系列，全称是LTEUE-Category1，可以完全重用现有的4G资源。尽管Cat.4下载速率可以达到150M，但是大多数IOT场景并没有如此高的速率要求。与NB-IoT和2G网络相比，Cat.1在网络覆盖范围，速度和延迟方面具有优势。与传统的Cat.4模块相比，它具有成本低，功耗低的优点。同时，Cat.1适用于当前现有的4G网络，非常适合需要成本性能，延迟，覆盖范围和通信速度的应用场景。

自来水行业的远传抄表设备大多是安装在户外、地下室等隐蔽地方，查找这些设备给维护人员带来很多困难。随着电子技术的不断进步使得开发带有位置计算能力的远传设备得以实现，这些设备的应用可以帮助维护人员快速、准确的找到设备位置。全球卫星定位系统有很多种类，比如GPS、BDS、GLONASS统称为GNSS。凡是利用电磁波来传递信息的，都要依靠天线来进行工作，例如：4G网络、GNSS定位、广播、电视等。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的，这就是天线的互易定理。因此天线在电磁波传递信息中承担着举足轻重的作用。

信息的传输离不开网络，无论4G网络和GNSS定位都需要天线的支持。常规的设计思路是给4G和GNSS分别接入一根天线，这样天线会占据设备很大一部分空间，对于户外安装也不方便。针对这个问题我们提出一种思路在天线上做减法，在射频电路以及软件上做加法，实现用一根天线在4G网络和GNSS定位中共用。基于这种单天线实现4G和GNSS传输电路，对于降低设备成本和减小设备体积都有很大优势。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用一根天线在4G网络和GNSS定位中共用的通讯电路。基于这种单天线实现4G和GNSS传输电路，对于降低设备成本和减小设备体积都有很大优势。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下所述：

单天线实现4G和GNSS通讯电路，含有微处理器、数据存储模块、水表数据读取接口、系统状态监控接口、4G-CAT1模组、射频IC 模块、供电系统、物联网卡，其特征是：电源模块将外供电源隔离转换成各个模块需要的电源电压；水表数据读取接口用于读取水表流量数据；系统状态监控接口用于将水表的实时状态上传到PC，一端与PC连接，一端与微处理器连接；所述的射频IC模块为单极双掷高功率开关，射频IC模块根据微处理器的控制信号来决定天线供给4G-CAT1模组内部的4G网络模块还是GNSS定位模块；所述4G-CAT1模组含有4G模块和GNSS模块，其中4G模块用于上传水表的数据信息，GNSS模块接收GPS信号获取水表的位置信息；所述的数据存储模块用于存储水表的重要数据信息；所述的物联网卡用于三大运营商针对设备联网提供通信接入服务。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型单天线实现4G和GNSS通讯电路，4G网络和GNSS定位中共用一根天线，减小设备体积，降低设备成本。

（2）本实用新型单天线实现4G和GNSS通讯电路，使设备户外安装更加方便。

附图说明

附图1为本实用新型单天线实现4G和GNSS通讯电路原理框图。

附图2为本实用新型单天线实现4G和GNSS通讯电路控制部分电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图说明对本实用新型的技术方案做进一步详细的描述。

如附图1所示：单天线实现4G和GNSS通讯电路，含有微处理器、数据存储模块、水表数据读取接口、系统状态监控接口、4G-CAT1模组、射频IC 模块、供电系统、物联网卡，其特征是：电源模块将外供电源隔离转换成各个模块需要的电源电压；水表数据读取接口用于读取水表流量数据；系统状态监控接口用于将4G和GNSS通讯状态上传到PC，一端与PC连接，一端与微处理器连接；所述的射频IC模块为单极双掷高功率开关，射频IC模块根据微处理器的控制信号来决定天线供给4G-CAT1模组内部的4G网络模块还是GNSS定位模块；所述4G-CAT1模组含有4G模块和GNSS模块，其中4G模块用于上传水表的数据信息，GNSS模块接收GPS信号获取水表的位置信息；所述的数据存储模块用于存储水表的重要数据信息；所述的物联网卡用于三大运营商针对设备联网提供通信接入服务。

电源模块：供电系统由电池组或市电通过电压转换模块转换成微处理器及各功能模块所需的电源。

数据存储模块：采用片外存存储芯片W25Q256及其外围电路组成，主要用于存储水表的重要数据信息，与微处理器采用SPI 方式通讯。

4G-CAT1模组：含有4G模块和GNSS模块，其中4G模块用于上传水表的数据信息，GNSS模块接收GPS信号获取水表的位置信息，其中GNSS支持 GPS、 BeiDou、 Galileo 和GLONASS 系统，并支持在无需任何4G网络协助下进行位置跟踪。

射频IC模块：单极双掷高功率开关，射频IC模块根据微处理器的控制信号来决定天线供给4G-CAT1模组内部的4G网络模块还是GNSS定位模块，具体地来说，MOS管Q1、Q2的PIN1连接的“MCU_GNSS_SIGNAL”和“MCU_4G_SIGNAL”分别与微处理器的GPIO管脚连接。射频IC 模块的PIN4脚对应“4G_ANT_PIN”连接4G模块的天线引脚，

U3的PIN6脚对应“GNSS_ANT_PIN”连接GNSS模块的天线引脚，图中：物理天线是连接在图2中的J1天线底座。

单天线实现4G和GNSS通讯电路的原理如下所述：

当4G模块需要连接互联网时，模块的天线引脚必须和物理天线J1连接。这时需要微处理器使得“MCU_GNSS_SIGNAL”为高电平，“MCU_4G_SINGAL”为低电平。这时射频IC U3的PIN3为高电平，PIN1为低电平。射频IC U3的PIN2的RFC开关切换PIN4的RF2，从而J1连接的物理天线和4G模块的天线引脚（4G_ANT_PIN）接通，这时4G模块可以利用物理天线来搜索4G网络。

当GNSS模块需要接收卫星数据时，模块的天线引脚必须和物理天线J1连接。这时需要微处理器使得“MCU_GNSS_SIGNAL”为低电平，“MCU_4G_SINGAL”为高电平。这时射频ICU3的PIN3为低电平，PIN1为高电平。射频IC U3的PIN2的RFC开关切换PIN6的RF1，从而J1连接的物理天线和GNSS模块的天线引脚（GNSS_ANT_PIN）接通，这时GNSS模块可以利用物理天线来接收卫星数据。

水表数据读取接口：用于读取水表流量数据。

系统状态监控接口：用于将水表的实时状态上传到PC，一端与PC连接，一端与微处理器连接。

物联网卡：用于三大运营商针对设备联网提供通信接入服务。

Claims

1.单天线实现4G和GNSS通讯电路，含有微处理器、数据存储模块、水表数据读取接口、系统状态监控接口、4G-CAT1模组、射频IC 模块、供电系统、物联网卡，其特征是：电源模块将外供电源隔离转换成各个模块需要的电源电压；水表数据读取接口用于读取水表流量数据；系统状态监控接口用于将水表的实时状态上传到PC，一端与PC连接，一端与微处理器连接；所述的射频IC模块为单极双掷高功率开关，射频IC模块根据微处理器的控制信号来决定天线供给4G-CAT1模组内部的4G网络模块还是GNSS定位模块；所述4G-CAT1模组含有4G模块和GNSS模块，其中4G模块用于上传水表的数据信息，GNSS模块接收GPS信号获取水表的位置信息；所述的数据存储模块用于存储水表的重要数据信息；所述的物联网卡用于三大运营商针对设备联网提供通信接入服务。