CN216565191U - 智能网关装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能网关装置。其中，该智能网关装置至少包括：CPU处理单元、电源管理单元、多个接口单元以及多个通信单元，其中，CPU处理单元分别与电源管理单元、多个接口单元以及多个通信单元连接，CPU处理单元用于各单元所连接的外部设备的数据处理、协议转换、数据上传云平台以及控制外部设备，电源管理单元用于为所有单元提供电源供给，多个接口单元用于连接支持不同协议的外部设备，多个通信单元用于为CPU处理单元提供网络通信。本实用新型解决了现场多接口设备需要接入多台网关才能实现数据通信的技术问题。

Description

智能网关装置

技术领域

本实用新型涉及网络通讯技术领域，具体而言，涉及一种智能网关装置。

背景技术

近几年，无线通信技术、移动网络技术和电子信息技术高速发展，许多无线产品也应运而生，且已经逐渐深入到工业应用领域。而随着物联网技术的不断发展，物联网体系对于网关的需求也越来越多。工业应用领域的设备对外提供的多为不同的数据接口，例如有负责控制的接口、有数据采集的接口，而且负责数据采集的有多种不同的传感器，对外输出接口也不相同。市面普遍的智能网关只支持单一的接口方式，若想实现对设备的控制和传感器数据采集就需要应用多台智能网关来实现，即现场多接口设备需要接入多台网关才能实现数据通信。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种智能网关装置，以至少解决现场多接口设备需要接入多台网关才能实现数据通信的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种智能网关装置，所述智能网关装置至少包括：CPU处理单元、电源管理单元、多个接口单元以及多个通信单元，其中，所述CPU处理单元分别与所述电源管理单元、多个所述接口单元以及多个所述通信单元连接，所述CPU处理单元用于各单元所连接的外部设备的数据处理、协议转换、数据上传云平台以及控制所述外部设备，所述电源管理单元用于为所有单元提供电源供给，多个所述接口单元用于连接支持不同协议的所述外部设备，多个所述通信单元用于为所述CPU处理单元提供网络通信。

可选地，多个所述接口单元至少包括：第一接口单元、第二接口单元、第三接口单元、第四接口单元以及第五接口单元，其中，所述第一接口单元用于连接支持485接口协议的所述外部设备，所述第二接口单元用于连接支持232接口协议的所述外部设备，所述第三接口单元用于连接支持CAN接口协议的所述外部设备，所述第四接口单元用于将所述外部设备输入的开关量信号传输到所述CPU处理单元，所述第五接口单元用于所述CPU处理单元通过开关量信号控制所述外部设备。

可选地，多个所述通信单元至少包括：第一通讯单元、第二通讯单元、第三通信单元、第四通讯单元，其中，所述第一通讯单元用于连接支持LORA无线通讯的所述外部设备，所述第二通讯单元用于连接支持网口的所述外部设备相连，所述第三通讯单元用于连接外部的路由器，所述第四通讯单元用于连接运营商基站支持的网络。

可选地，所述第四通讯单元还用于提供定位信息。

可选地，所述第四通讯单元包括全网通模组，其中，所述全网通模组采用高速USB接口与所述CPU处理单元连接。

可选地，所述智能网关装置还包括：双卡单待控制单元，与所述CPU处理单元连接，用于提供运营商SIM卡的选取。

可选地，所述双卡单待控制单元包括：第一SIM卡槽与第二SIM卡槽，其中，所述CPU处理单元控制所述第一SIM卡槽或者所述第二SIM卡槽与所述第四通讯单元相连。

可选地，所述智能网关装置还包括：时钟单元，所述时钟单元用于为CPU处理单元提供时钟。

可选地，所述时钟单元包括：供电子单元，用于在智能网关装置处于断电时为所述时钟单元提供电源。

可选地，所述智能网关装置还包括：看门狗单元，所述看门狗单元用于所述CPU处理单元的自复位。

在本实用新型实施例中，该智能网关装置至少包括：CPU处理单元、电源管理单元、多个接口单元以及多个通信单元，其中，CPU处理单元分别与电源管理单元、多个接口单元以及多个通信单元连接，CPU处理单元用于各单元所连接的外部设备的数据处理、协议转换、数据上传云平台以及控制外部设备，电源管理单元用于为所有单元提供电源供给，多个接口单元用于连接支持不同协议的外部设备，多个通信单元用于为CPU处理单元提供网络通信，通过该智能网关装置的多个接口单元以及多个通信单元实现多接口的设备之间进行数据通信，从而实现了满足现场大部分接口和功能需求的技术效果，进而解决了现场多接口设备需要接入多台网关才能实现数据通信的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的智能网关装置的示意图；

图2是根据本实用新型可选实施例的智能网关装置的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、CPU处理单元；11、电源管理单元；12、接口单元；13、通信单元；121、第一接口单元；122、第二接口单元；123、第三接口单元；124、第四接口单元；125、第五接口单元；131、第一通讯单元；132、第二通讯单元；133、第三通信单元；134、第四通讯单元；21、电源；22、双卡单待控制单元；23、时钟单元；24、看门狗单元。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是根据本实用新型实施例的智能网关装置的示意图，如图1所示，该智能网关装置至少包括：CPU处理单元10、电源管理单元11、多个接口单元12以及多个通信单元13，其中，CPU处理单元10分别与电源管理单元11、多个接口单元12以及多个通信单元13连接，CPU处理单元10用于各单元所连接的外部设备的数据处理、协议转换、数据上传云平台以及控制外部设备，电源管理单元11用于为所有单元提供电源供给，多个接口单元12用于连接支持不同协议的外部设备，多个通信单元13用于为CPU处理单元10提供网络通信。

需要说明的是，上述智能网关还支持VPN虚拟网络隧道的功能，可与其他远端智能网关建立虚拟局域网络连接。

在本实用新型的上述实施例中，通过该智能网关装置的多个接口单元以及多个通信单元实现多接口的设备之间进行数据通信，从而实现了满足现场大部分接口和功能需求的技术效果，进而解决了现场多接口设备需要接入多台网关才能实现数据通信的技术问题。

在一种可选的实施方式中，上述CPU处理单元10可以是M6Y2C-256F256LI-T型号的核心板，该核心板用的是NXP i.MX6ULL主控芯片，cortex-A7架构800Mhz主频，运行linux操作系统。CPU处理单元10与其他所有单元通过不同的硬件接口相连接，针对每个单元所连接的外部设备进行数据的采集、控制、分析处理以及将有效数据传输到云端的功能。

在一种可选的实施方式中，上述电源管理单元11对接入的电源模块提供的电压进行降压、稳压，允许外部电源模块提供的电压为直流9V到48V宽电压范围，外部输入的电源电压通过TPS54360DDAR芯片降压到5V，5V电压再通过AMS1117-3.3芯片降压到3.3V，这样就可以实现智能网关工作所需要的5伏和3.3伏两个电源电压。电源管理单元11使用SS310芯片实现输入电源防反接功能，当输入电源的正负线反向接入，则电源管理单元11并不会工作，保证后级电路不被损坏。

图2是根据本实用新型可选实施例的智能网关装置的示意图，如图2所示，该智能网关装置至少包括：CPU处理单元10、电源管理单元11、第一接口单元121、第二接口单元122、第三接口单元123、第四接口单元124、第五接口单元125、第一通讯单元131、第二通讯单元132、第三通信单元133、第四通讯单元134、电源21、双卡单待控制单元22、时钟单元23、看门狗单元24。CPU处理单元10是智能网关的核心单元，它与其他所有单元通过硬件接口相连接，负责各单元数据的处理、协议转换、数据上传云平台、通过DO接口单元控制外接设备等功能；电源管理单元11为装置内的所有单元提供电源供给，电路设计上支持接入电源21的防反接、防过压以及宽压输入的功能，为后级单元提供恒定的电压，保证各个单元都能稳定工作；第一接口单元121实现将符合485接口协议的外部设备与CPU处理单元10相连接的功能；第二接口单元122实现将符合232接口协议的外部设备与CPU处理单元10相连接的功能；第三接口单元123实现将符合CAN接口协议的外部设备与CPU处理单元10相连接的功能；第四接口单元124实现将外部输入的开关量信号传输到CPU处理单元10；第五接口单元125实现CPU处理单元10通过开关量信号控制外部设备的功能；第一通讯单元131实现将支持LORA无线通讯的设备与CPU处理单元10进行LORA无线通信的功能；第二通讯单元132与支持网口的设备相连，实现对外部网口设备的数据采集和网络通信的功能；第三通信单元133与外部路由器连接，实现网关接入互联网的功能；第四通讯单元134实现智能网关通过运营商基站连接网络的功能，支持全网通；双卡单待控制单元22实现对运营商SIM卡的选取功能，可通过CPU处理单元10控制双运营商SIM卡的选取；时钟单元23与CPU处理单元10相连，为CPU处理单元10提供高可靠的实时时钟；看门狗单元24与CPU处理单元10相连，保证系统稳定运行。

可选地，上述多个接口单元12至少包括：第一接口单元121、第二接口单元122、第三接口单元123、第四接口单元124以及第五接口单元125，其中，第一接口单元121用于连接支持485接口协议的外部设备，第二接口单元122用于连接支持232接口协议的外部设备，第三接口单元123用于连接支持CAN接口协议的外部设备，第四接口单元124用于将外部设备输入的开关量信号传输到CPU处理单元10，第五接口单元125用于CPU处理单元10通过开关量信号控制外部设备。

在一种可选的实施方式中，上述第一接口单元121可以为485接口单元，该485接口单元采用的是MAX13487EESA 485接口协议转换芯片，MAX13487EESA芯片与外部设备通过硬件485接口相连接，与CPU处理单元10通过UART硬件接口连接，使得CPU处理单元10通过UART接口发送数据到MAX13487EESA芯片，再由MAX13487EESA芯片将UART接口数据通过485接口传输出去，实现CPU处理单元10通过485接口单元与支持485接口的外部设备相互建立数据通信。

在一种可选的实施方式中，上述第二接口单元122可以为232接口单元，该232接口单元采用的是MAX3232芯片，MAX3232芯片与外部设备通过232硬件接口相连接，与CPU处理单元10通过UART硬件接口连接，使得CPU处理单元10通过UART接口发送数据到MAX3232芯片，再由MAX3232将UART接口数据转换为232接口数据通过232接口传输出去，实现CPU处理单元10通过232接口单元与支持232接口的外部设备相互建立数据通信。

在一种可选的实施方式中，上述第二接口单元122可以为CAN接口单元，该CAN接口单元采用的是TJA1050 CAN接口协议转换芯片，TJA1050芯片负责将CPU处理单元10输出的CAN接口逻辑电平转换为CAN接口向外输出的差分信号电平，差分信号电平与外部设备相连接，实现CPU处理单元10与支持CAN接口的外部设备相互建立数据通信。

在一种可选的实施方式中，上述第二接口单元122可以为DI接口单元，该DI接口单元通过EL357光耦芯片进行内外部信号的隔离，输入端与外部设备信号线连接，输出端与CPU处理单元10连接，当外部设备信号线发生开关量电平变化时，光耦的输出端会将变化的电平信号传输到CPU处理单元10，实现CPU处理单元10对外部设备开关量信号的检测。

在一种可选的实施方式中，上述第二接口单元122可以为DO接口单元，该DO接口单元通过JQ1P-5V-F继电器来实现开关信号量的输出控制，CPU处理单元10通过控制继电器的控制端，使得继电器处于吸合或断开状态，继电器的公共端(COM)、常开端(NO)和常闭端(NC)是用于连接外部设备的接口，外部设备可根据控制需求，自行选择接入的接口，例如需要控制灯光，则将灯管电源线接入到公共端(COM)，常开端(NO)接入到灯光电源端，当CPU处理单元10控制继电器吸合时，灯光电源线经过公共端(COM)从常开端(NO)输出到灯光的电源端，实现控制灯光控制。

可选地，上述多个通信单元13至少包括：第一通讯单元131、第二通讯单元132、第三通信单元、第四通讯单元134，其中，第一通讯单元131用于连接支持LORA无线通讯的外部设备，第二通讯单元132用于连接支持网口的外部设备相连，第三通讯单元133用于连接外部的路由器，第四通讯单元134用于连接运营商基站支持的网络。进一步地，第四通讯单元134还用于提供定位信息。上述第四通讯单元134包括全网通模组，其中，全网通模组采用高速USB接口与CPU处理单元10连接。

在一种可选的实施方式中，上述第一通讯单元131可以为E22-400T22S型号的LORA无线通讯模块，LORA无线通讯模块与CPU处理单元10通过UART接口连接，当CPU处理单元10通过UART接口发送数据到LORA无线通讯模块，LORA无线通讯模块将UART接口数据转换为LORA无线通信数据发送给支持LORA无线通信的设备，从而实现CPU处理单元10与支持LORA无线通讯的设备建立数据通讯链路。

在一种可选的实施方式中，上述第二通讯单元132可以为LAN网口通讯单元，其中，LAN网口通讯单元使用DP83848K芯片与CPU处理单元10相连，从而实现与支持网口的设备进行数据交互。

在一种可选的实施方式中，上述第三通讯单元133可以为WAN网口通讯单元，WAN网口通讯单元使用DP83848K芯片与CPU处理单元10相连，通过网口与外部互联网络相连，实现智能网关可以访问互联网的功能。

在一种可选的实施方式中，上述第四通讯单元134可以为2G/3G/4G通讯单元，该2G/3G/4G通讯单元使用的是EC20CEFILG型号的全网通模组，使用模组的高速USB口与CPU处理单元10相连，实现智能网关通过运营商基站接入互联网的功能；另外，此通讯单元还可提供GPS/北斗的精准定位信息。

可选地，上述智能网关装置还包括：双卡单待控制单元22，与CPU处理单元10连接，用于提供运营商SIM卡的选取。进一步地，上述双卡单待控制单元22包括：第一SIM卡槽与第二SIM卡槽，其中，CPU处理单元10控制第一SIM卡槽或者第二SIM卡槽与第四通讯单元134相连。

在一种可选的实施方式中，上述双卡单待控制单元22提供了两个SIM卡槽，两个SIM卡槽通过TS3A5018RSVR芯片来选择选取其中一个卡槽与2G/3G/4G通讯单元相连，两个卡槽分为主卡槽(对应于上述第一SIM卡槽)和副卡槽(对应于上述第二SIM卡槽)，卡槽的切换通过CPU处理单元10控制TS3A5018RSVR芯片完成，从而在主卡槽内的SIM卡欠费或损坏的情况下，CPU处理单元10可以快速切换到副SIM卡槽，保证智能网关网络的稳定可靠性，从而解决了智能网关因主卡失效后网络就会中断的情况。

可选地，上述智能网关装置还包括：时钟单元23，时钟单元23用于为CPU处理单元10提供时钟。进一步地，上述时钟单元23包括：供电子单元，用于在智能网关装置处于断电时为时钟单元23提供电源。

在一种可选的实施方式中，上述时钟单元23可以使用PCF85063AT时钟芯片，CPU处理单元10通过I2C接口与其相连接。另外，上述供电子单元包括但不限于纽扣电池等，例如，可以使用纽扣电池供电实现智能网关在断电的状态下，时钟单元23依然可以为智能网关提供高可靠的实时时钟。

可选地，上述智能网关装置还包括：看门狗单元24，看门狗单元24用于CPU处理单元10的自复位。

在一种可选的实施方式中，上述看门狗单元24可以使用M6Y2C-256F256LI-T核心板内部的硬件看门狗，看门狗拥有最高级别的程序中断权限，程序若出现跑飞或出现死循环，看门狗就会给CPU处理单元10复位信号，从而实现CPU处理单元10的自复位。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅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，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能网关装置，其特征在于，所述智能网关装置至少包括：CPU处理单元、电源管理单元、多个接口单元以及多个通信单元，其中，所述CPU处理单元分别与所述电源管理单元、多个所述接口单元以及多个所述通信单元连接，所述CPU处理单元用于各单元所连接的外部设备的数据处理、协议转换、数据上传云平台以及控制所述外部设备，所述电源管理单元用于为所有单元提供电源供给，多个所述接口单元用于连接支持不同协议的所述外部设备，多个所述通信单元用于为所述CPU处理单元提供网络通信。

2.根据权利要求1所述的智能网关装置，其特征在于，多个所述接口单元至少包括：第一接口单元、第二接口单元、第三接口单元、第四接口单元以及第五接口单元，其中，所述第一接口单元用于连接支持485接口协议的所述外部设备，所述第二接口单元用于连接支持232接口协议的所述外部设备，所述第三接口单元用于连接支持CAN接口协议的所述外部设备，所述第四接口单元用于将所述外部设备输入的开关量信号传输到所述CPU处理单元，所述第五接口单元用于所述CPU处理单元通过开关量信号控制所述外部设备。

3.根据权利要求1所述的智能网关装置，其特征在于，多个所述通信单元至少包括：第一通讯单元、第二通讯单元、第三通讯单元、第四通讯单元，其中，所述第一通讯单元用于连接支持LORA无线通讯的所述外部设备，所述第二通讯单元用于连接支持网口的所述外部设备相连，所述第三通讯单元用于连接外部的路由器，所述第四通讯单元用于连接运营商基站支持的网络。

4.根据权利要求3所述的智能网关装置，其特征在于，所述第四通讯单元还用于提供定位信息。

5.根据权利要求3所述的智能网关装置，其特征在于，所述第四通讯单元包括全网通模组，其中，所述全网通模组采用高速USB接口与所述CPU处理单元连接。

6.根据权利要求3所述的智能网关装置，其特征在于，所述智能网关装置还包括：双卡单待控制单元，与所述CPU处理单元连接，用于提供运营商SIM卡的选取。

7.根据权利要求6所述的智能网关装置，其特征在于，所述双卡单待控制单元包括：第一SIM卡槽与第二SIM卡槽，其中，所述CPU处理单元控制所述第一SIM卡槽或者所述第二SIM卡槽与所述第四通讯单元相连。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的智能网关装置，其特征在于，所述智能网关装置还包括：时钟单元，所述时钟单元用于为CPU处理单元提供时钟。

9.根据权利要求8所述的智能网关装置，其特征在于，所述时钟单元包括：供电子单元，用于在智能网关装置处于断电时为所述时钟单元提供电源。

10.根据权利要求9所述的智能网关装置，其特征在于，所述智能网关装置还包括：

看门狗单元，所述看门狗单元用于所述CPU处理单元的自复位。

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