CN216649710U - 一种5g智能边缘网关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种5G智能边缘网关，包括ARM核心控制器单元，以及与所述的ARM核心控制器单元连接的模拟量采集单元、开关量采集单元、开关量输出单元、通信单元、存储单元、外置看门狗单元、电源单元；所述电源单元为5G智能边缘网关提供稳定的供电电源；所述开关量采集单元，用于8路12V的干节点输入通道；所述开关量输出单元，用于16路输出，输出方式为光耦隔离输出；所述模拟量采集单元，用于输入12路4~20mA的电流信号；所述通信单元包括RS232\RS485复用通信接口、CAN接口、GE接口一、GE接口二、5G接口，用于网关南向和北向的通信；所述外置看门狗单元单元，用于监控系统并自动复位。

Description

一种5G智能边缘网关

技术领域

本实用新型属于智能网关领域，尤其涉及一种5G智能边缘网关。

背景技术

现有5G网络优先应用场景一般有四种，分别是：1.一般工厂车间，5G网关用于AGV等移动设备。2.一般工厂车间，5G网关用于大规模数据传输和后台实时分析。3.港口、矿山等面积较大的封闭工业现场，5G网关用于设备远程遥控作业等。4.燃气管道、电力输送线、河流等开放场景，通过5G网关实现远程巡检和监测。这四种场景对5G高速率、低时延的需求是最明显的。但是现有的5G网关结构简单，只能实现单一功能，不适合当前5G高速率、低时延的组网需求。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种5G智能边缘网关，包括ARM核心控制器单元，以及与所述的ARM核心控制器单元连接的模拟量采集单元、开关量采集单元、开关量输出单元、通信单元、存储单元、外置看门狗单元、电源单元；

所述电源单元为5G智能边缘网关提供稳定的供电电源；

所述ARM核心控制器单元，采用瑞芯微RK系列的四核Crotex A55处理器RK3568作为主控芯片；

所述开关量采集单元，用于8路12V的干节点输入通道；

所述开关量输出单元，用于16路输出，输出方式为光耦隔离输出；

所述模拟量采集单元，用于输入12路4~20mA的电流信号；

所述通信单元包括RS232\RS485复用通信接口、CAN接口、GE接口一、GE接口二、5G接口，用于网关南向和北向的通信；

所述外置看门狗单元单元，用于监控系统并自动复位。

进一步的，所述ARM核心控制器单元搭载2GB的LPDDR4存储器作为程序运行空间，搭载16GB EMMC Flash存储器作为文件系统和Linux系统内核存储介质。

进一步的，所述干节点输入通道采用光电隔离器TLP281-1数字隔离。

进一步的，所述的模拟量采集单元，通过精密电阻将输入到的模拟电流信号转换为模拟电压信号，再通过放大器放大之后送到ARM CPU的ADC引脚进行采样。

进一步的，所述存储单元插入不同容量大小的SD卡，用于本地数据的缓存。

进一步的，所述RS232\RS485复用通信接口通过继电器模块控制和接线端子选择接通。

本实用新型的有益效果如下：

（1）本实用新型的5G智能边缘网关可以提供设备接入、数据输入、边缘计算、数据处理、协议转换、数据转发、5G/4G/有线等综合通信传输、本地缓存等多项功能。

（2）采用RS232\RS485复用通信接口，外部接线端子既可以当做RS232使用，也可以当作RS485使用，只需要通过简单的配置，提高使用的灵活性，也可以减少设备的面积和成本。

附图说明

图1为本实用新型的一种5G智能边缘网关结构示意图。

图2为本实用新型的看门狗单元的示意图。

图3为本实用新型的RS232/RS485复用模块示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例详细描述本实用新型，本实用新型的目的和效果将变得更加明显。

如图1所示，本发明的5G智能边缘网关，包括ARM核心控制器单元1，以及与所述的ARM核心控制器单元1连接的模拟量采集单元2、开关量采集单元3、开关量输出单元4、通信单元5、存储单元6、外置看门狗单元7和电源单元8。

所述ARM核心控制器单元1，采用瑞芯微RK3568芯片，属于通用型SOC，采用22nm制程工艺，集成4核arm架构A55处理器和Mali G52 2EE图形处理器，支持4K解码和1080P编码。RK3568支持SATA/PCIE/USB3.0等各类型外围接口，内置独立的NPU，可用于轻量级人工智能应用。瑞芯微RK3568芯片支持安卓11和linux系统，主要面向物联网网关、NVR存储、工控平板、工业检测、工控盒、卡拉OK、云终端、车载中控等行业定制市场。所述ARM核心控制器单元1搭载2GB的LPDDR4存储器作为程序运行空间，搭载16GB EMMC Flash存储器作为文件系统和Linux系统内核存储介质

所述开关量采集单元3，支持8路12V的干节点输入,并且带光电隔离功能，采用光电隔离器TLP281-1数字隔离。在控制生产过程或外部装置时，会产生一些状态信号。网关需要采集这些信号。这一采集通道就称为开关量输入通道。由于这些信号的产生可能是电压或者电流的突变，以及开关的突然开合，这些突变称为触点。触点的存在会产生很多不利因素，对电路的稳定会有一定的影响。外部开关量状态信号必须经过转换、保护、滤波和隔离等等措施，才能转换成可输入CPU的逻辑信号，因此在采集之前需要经过信号信号调理电路，信号调理的方式一般分为电平转换、过电压保护、RC滤波、反电压保护、光电隔离等。

所述开关量输出单元4，输出方式为光耦隔离输出；主要完成数字量信号的输出，由 2 片 74LVCH244和5片欧姆龙生产的光耦继电器G3VM-402J组成，形成16个开关量输出。其中74lvch244不仅实现了数据的缓冲隔离，也在一定程度上实现了对 CPU 的 I/O 接口的保护，它有 8个输入端，8 个输出端。光耦继电器用于低电压逻辑电路驱动大电流负载，输出可承受 28V、120mA 的直流电流，

所述模拟量采集单元2可以输入8路4~20mA的电流信号，通过精密电阻将输入到的模拟电流信号转换为模拟电压信号，再通过放大器放大之后送到ARM CPU的ADC引脚进行采样。工业上需要采集一些模拟量，比如温度、压力、湿度、流速等。这些非电信号的物理量都需要转换成模拟电信号才能进行远距离传输，工业上普遍采用4-20mA电流来传输模拟量。采用电流信号的原因是不容易受到干扰，并且电流源内阻无穷大导线电阻串联在回路上不影响精度，在普通双绞线上可传输几百米远。上限取20mA是因为防爆的要求，20mA电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没有取0mA的原因是为了能检测断线，正常工作时不会低于4mA，当传输线路故障断路时，环路电流降为0mA，常取2mA作为断线报警线。针对4-20mA电流信号的采集，采用精密电阻＋运放来实现。使用150Ω的高精度电阻（≤1‰）将4-20mA的电流进行I-V转换为0.6-3V，该电压可以直接接到ADC上进行采集。

所述存储单元6可以插入不同容量大小的SD卡，所述5G智能边缘网关上设有XUNPU(讯普)型号为TF-115的卡座，可以插入不同容量大小的SD卡，用于本地数据的缓存。

如图2所示，所述外置看门狗单元7，CPU外部挂载一个硬件看门狗芯片ADM706，看门狗的喂狗由CPU_GPO1负责，上电开始，会有一个200ms的上电复位，待CPU和看门狗芯片ADM706电源稳定，CPU加载程序启动，系统正常启动。若CPU异常挂死，外置看门狗单元输入检测脉冲等待1.6s后，外置看门狗单元输出低电平，接入看门狗芯片ADM706的MR端，可以再次对CPU进行复位。

所述电源单元8，主要为网关的核心控制器单元以及相关外设提供稳定的供电电源，同时还需要控制核心控制器CPU的上电时序，本电源单元8采用瑞芯微配套的PMIC芯片RK809-5，作为上电时序控制和核心供电部分，PMIC芯片RK809-5是一种复杂的功率管理集成电路(PMIC)集成编解码器，适用于由外部电源供电的多核系统应用。PMIC芯片RK809-5可以提供一个完整的电源管理解决方案，只有很少的外部组件。具备25uA的低待机电流(32.768KHz时钟频率)，以及OTP可编程功率上升/下降序列和电压。

所述通信单元5，包括RS232\RS485复用通信接口、CAN接口、GE接口一、GE接口二、5G接口；主要用于网关南向和北向的通信。如图3所示，S232\RS485复用通信接口包括RS232模块和RS485模块，RS232模块和RS485模块负责将CPU端的TTL串口电平，转换成相对应的RS232电平个RS485电平，R1,R2,R3,R4,R5,R6为线路匹配电阻，R8为120Ω电阻，为RS485长距离通信的匹配电阻，RS232_EN,RS484_EN,SPDT_EN为CPU输出的三个使能信号，继电器模块类似于一个单刀双掷开关模型。当需要RS232功能时，需要使RS232_EN信号以及SPDT_EN信号置1，RS485_EN信号置0，即可。当使用RS485功能，需要将RS485_EN置1，RS232_EN信号，SPDT_EN信号置0，就可实现RS485的功能。CAN接口支持接入CAN协议以及CAN_FD协议的设备，通过TCAN332G标准收发器可以与外部CAN协议设备进行通信。GE接口一、GE接口二为普通的千兆网口，支持1000M/100M/10M自适应。5G接口主要接入5G模组，5G模组一般采用M.2的接口形式，通过PCIE3.0或者USB3.0的总线与CPU进行信息交互，设备上留有M.2的硬件接口，可以接入主流厂商的5G模组。

Claims (6)

1.一种5G智能边缘网关，包括ARM核心控制器单元（1），以及与所述的ARM核心控制器单元连接的模拟量采集单元（2）、开关量采集单元（3）、开关量输出单元（4）、通信单元（5）、存储单元（6）、外置看门狗单元（7）、电源单元（8）；其特征在于，

所述电源单元（8）为5G智能边缘网关提供稳定的供电电源；

所述ARM核心控制器单元（1），采用瑞芯微RK系列的四核Crotex A55处理器RK3568作为主控芯片；

所述开关量采集单元（3），用于8路12V的干节点输入通道；

所述开关量输出单元（4），用于16路输出，输出方式为光耦隔离输出；

所述模拟量采集单元（2），用于输入12路4~20mA的电流信号；

所述通信单元（5）包括RS232\RS485复用通信接口、CAN接口、GE接口一、GE接口二、5G接口，用于网关南向和北向的通信；

所述外置看门狗单元（7），用于监控系统并自动复位。

2.根据权利要求1所述的5G智能边缘网关，其特征在于，所述ARM核心控制器单元（1）搭载2GB的LPDDR4存储器作为程序运行空间，搭载16GB EMMC Flash存储器作为文件系统和Linux系统内核存储介质。

3.根据权利要求1所述的5G智能边缘网关，其特征在于，所述干节点输入通道采用光电隔离器TLP281-1数字隔离。

4.根据权利要求1所述的5G智能边缘网关，其特征在于，所述的模拟量采集单元（2），通过精密电阻将输入到的模拟电流信号转换为模拟电压信号，再通过放大器放大之后送到ARM CPU的ADC引脚进行采样。

5.根据权利要求1所述5G智能边缘网关，其特征在于，所述存储单元（6）插入不同容量大小的SD卡，用于本地数据的缓存。

6.根据权利要求1所述5G智能边缘网关，其特征在于，所述RS232\RS485复用通信接口通过继电器模块控制和接线端子选择接通。

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