CN217216925U - 网关及通讯系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种网关及通讯系统，其中，网关包括：接口控制模块，被配置为设置两个以上的LoRa节点芯片为发送模式或接收模式，以及设置两个以上的LoRa节点芯片的工作频率；多节点模块，被配置为接收第一信息和/或发送第二信息；全双工传输模块，被配置为传输第一信息和/或第二信息；主控模块，被配置为将第一信息发送至远程终端，和/或将远程终端产生的第二信息发送至全双工传输模块。本申请通过多节点模块实现在两个以上的工作频率同时进行数据的发送和接收，通过全双工传输模块实现同时接收信号和发送信号，同时本申请的多节点模块和接口控制模块的成本低于专用的LoRa网关成本，从而能够有效降低LoRa网关的成本。

Description

网关及通讯系统

技术领域

本申请属于网关技术领域，尤其涉及一种网关及通讯系统。

背景技术

LoRa(Long Range)是一种低功耗广域物联网技术，基于扩频技术实现超远距离的无线传输。改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能够实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。

传统LoRa通信用的网关，一般采用一个主控芯片和一个专用的LoRa网关芯片来实现，可同时在1-8个不同的无线频率进行数据的接收，方案集成度高，开发相对简单。但是，专用的LoRa网关芯片价格较高，天线通常无法支持全双工(即同时收发信号)、无法同时在两个以上的不同频率进行数据的发送。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种网关及通讯系统，旨在解决传统网关成本高、不支持全双工传输，且无法同时在两个以上不同频率进行数据发送的问题。

为了实现上述目的，第一方面，本申请实施例提供了一种网关，包括多节点模块、接口控制模块、全双工传输模块和主控模块，所述多节点模块包括两个以上的LoRa节点芯片；

所述接口控制模块与所述多节点模块和所述全双工传输模块电连接，所述全双工传输模块与所述主控模块电连接；

所述接口控制模块，被配置为设置所述两个以上的LoRa节点芯片为发送模式或接收模式，以及设置所述两个以上的LoRa节点芯片的工作频率；

所述多节点模块，被配置为接收第一信息和/或发送第二信息；

所述全双工传输模块，被配置为传输所述第一信息和/或所述第二信息；

所述主控模块，被配置为将所述第一信息发送至远程终端，和/或将所述远程终端产生的所述第二信息发送至所述全双工传输模块。

在第一方面的一种可能的实施方式中，所述两个以上的LoRa节点芯片的工作频率不相同。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述接口控制模块与所述多节点模块采用串行外设接口连接。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述接口控制模块包括HC32F460型芯片，所述主控模块包括ESP32型芯片，所述两个以上的LoRa节点芯片包括LCC68型芯片。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述全双工传输模块包括通用异步接收发射机或串行外设接口。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，还包括WIFI模块，所述WIFI模块与所述主控模块无线连接；

所述WIFI模块，被配置为根据外部信息配置所述主控模块。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述主控模块电连接；

所述人机交互模块，被配置为输入控制命令和显示反馈信息。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，还包括以太网电源模块，所述以太网电源模块与所述主控模块电连接；

所述以太网电源模块，被配置为向所述主控模块提供与远程终端通信的端口，以及向所述主控模块提供电能。

第二方面，本申请实施例提供了一种通讯系统，所述通讯系统包括所述的网关。

在第二方面的另一种可能的实施方式中，所述通讯系统还包括呼叫器，所述呼叫器与所述网关通讯连接。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的网关，通过多节点模块实现在两个以上的工作频率同时进行数据的发送和接收，通过全双工传输模块实现同时接收信号和发送信号，同时本申请的多节点模块和接口控制模块的成本低于专用的LoRa网关成本，从而能够有效降低LoRa网关的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的网关的第一种结构示意图；

图2为本申请实施例提供的网关的第二种结构示意图；

图3为本申请实施例提供的网关的第三种结构示意图；

图4为本申请实施例提供的通讯系统的结构示意图。

附图标记说明：

1-多节点模块，11-第一LoRa节点芯片，12-第二LoRa节点芯片，13-第三LoRa节点芯片，14-第四LoRa节点芯片，2-接口控制模块，3-全双工传输模块，4-主控模块，5-WIFI模块，6-人机交互模块，7-以太网电源模块，8-呼叫器。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

传统LoRa通信，一般采用一个主控芯片连接一个专用的LoRa网关芯片来实现，专用的LoRa网关芯片主要用于为广域范围的众多无线节点提供健壮的星型基站。专用的LoRa网关芯片一般由射频控制芯片、数据包控制芯片和专用集成电路(ApplicationSpecificIntegrated Circuit，ASIC)组成。其中射频控制芯片主要负责实时自动增益控制、射频校准和收发切换。数据包控制芯片主要负责分配8个LoRa调制解调器给多个通道，可同时在1-8个不同的无线频率进行数据的接收，并且方案集成度高，开发相对简单。但是，无法同时在两个和两个以上的不同频率进行数据的发送，同时，传统的LoRa网关芯片的成本一般较高，无法支持同时收发信号(即全双工)。

为此，本申请提供一种网关，首先，通过多节点模块实现在两个以上的工作频率同时进行数据的发送和接收，然后，通过全双工传输模块实现同时接收信号和发送信号，同时本申请的多节点模块和接口控制模块的成本低于专用的LoRa网关成本，从而能够有效降低LoRa网关的成本。

下面结合附图，对本申请提供的网关，进行实例性的说明。

图1为本申请实施例提供的网关的第一种结构示意图，如图1所示，示例性地，一种网关100，包括多节点模块1、接口控制模块2、全双工传输模块3和主控模块4，多节点模块包括两个以上的LoRa节点芯片；

接口控制模块2与多节点模块1和全双工传输模块3电连接，全双工传输模块3与主控模块4电连接；

接口控制模块2，被配置为设置两个以上的的LoRa节点芯片为发送模式或接收模式，以及设置两个以上的LoRa节点芯片的工作频率；

多节点模块1，被配置为接收第一信息和/或发送第二信息；

全双工传输模块3，被配置为传输第一信息和/或第二信息；

主控模块4，被配置为将第一信息发送至远程终端，和/或将远程终端产生的第二信息发送至全双工传输模块3。

在应用中，首先，通过接口控制模块设置两个以上的LoRa节点芯片为发送模式或接收模式。例如，当多节点模块内包括两个LoRa节点芯片时，可以设置一个LoRa节点芯片为发送模式，另一个LoRa节点芯片为接收模式，此时多节点模块就可能有三种传输情况：

第一种，通过多节点模块内处于接收模式的LoRa节点芯片接收第一信息，通过全双工传输模块传输第一信息，通过控制模块将接收到的第一信息发送至远程终端进行后续处理。

第二种，通过控制模块将远程终端产生的第二信息发送至全双工传输模块，通过全双工传输模块传输第二信息至多节点模块，通过多节点模块内处于发送模式的LoRa节点芯片发送第二信息。

第三种，通过多节点模块内处于接收模式的LoRa节点芯片接收第一信息，通过全双工传输模块传输第一信息，通过控制模块将接收到的第一信息发送至远程终端；通过控制模块将远程终端产生的第二信息发送至全双工传输模块，通过全双工传输模块传输第二信息至多节点模块，通过多节点模块内处于发送模式的LoRa节点芯片发送第二信息。

图2为本申请实施例提供的网关的第二种结构示意图，如图2所示，示例性地，两个以上的LoRa节点芯片的工作频率不相同。示例性地，多节点模块1可以包括第一LoRa节点芯片11、第二LoRa节点芯片12和第三LoRa节点芯片13和第四LoRa节点芯片14，第一LoRa节点芯片11、第二LoRa节点芯片12和第三LoRa节点芯片13和第四LoRa节点芯片14均与接口控制模块2电连接。

在应用中，因为至少要两个LoRa节点芯片，才能保障全双工功能，所以需要多节点模块包括两个或者两个以上的LoRa节点芯片。虽然两个LoRa节点芯片的通信能力较低，但是成本低，开发速度快。另外，多节点模块的芯片频段可以包括433MHz、868MHz和915MHz等。两个以上的LoRa节点芯片的工作频率也可以根据需要设置成不同的工作频率。从而既能够同时进行LoRa数据的接收和发送，实现全双工通信，又能够在多个不同频率进行数据的接收和发送，还能够同时处理两个以上的LoRa节点芯片的数据。

当多节点模块包括两个LoRa节点芯片时，需要设置一个LoRa节点芯片为发送模式，设置另一个LoRa节点芯片为接收模式。例如，当现场有两个呼叫器时，网关通过LoRa节点芯片与两个呼叫器通讯连接，网关在接收一个呼叫器数据的同时，可以给另一个呼叫器发送数据。

当多节点模块包括四个LoRa节点芯片时，可以根据需要设置四个LoRa节点芯片的工作模式为接收模式或者发送模式，但是需要保证至少有一个LoRa节点芯片的工作模式为接收模式，至少有一个LoRa节点芯片的工作模式为发送模式。例如，可以设置第一LoRa节点芯片、第二LoRa节点芯片和第三LoRa节点芯片为接收模式，第四LoRa节点芯片为发送模式，从而实现了在不同工作频率同时接收的功能，即专用LoRa网关的功能。

例如，还可以设置第一LoRa节点芯片为接收模式，第二LoRa节点芯片、第三LoRa节点芯片和第四LoRa节点芯片为发送模式，从而实现了在不同工作频率同时发送的功能，即相对于专用LoRa网关增加的功能。

示例性地，接口控制模块2与多节点模块1采用串行外设接口连接。

在应用中，可以采用串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)连接接口控制模块与多节点模块，例如，可以设置两路串行外设接口分别四个LoRa节点芯片连接，根据串行外设接口的复用功能，一个串行外设接口连接两个LoRa节点芯片。

示例性地，接口控制模块2包括HC32F460型芯片，主控模块4包括ESP32型芯片，两个以上的LoRa节点芯片包括LCC68型芯片。

在应用中，接口控制模块包括HC32F460型芯片，主要用于控制整个网关的无线通信过程，主控模块包括ESP32型芯片，主要负责实现业务功能，例如调动餐厅呼叫系统中的机器人以及进行地图配置等。两个以上的LoRa节点芯片包括LCC68型芯片，主要用于实现每个餐桌上数据的接收和发送。其中，主控模块可以包括业务层、协议层和接口层，业务层包括任务管理调度模块、地图设备管理模块以及网关配置和运营管理模块，协议层包括LoRa解析协议层、mqtt/https协议层和按键/LED(Light emitting diode，发光二极管)协议层，接口层包括异步接收发射机模块、以太网模块和IO控制模块，LoRa解析协议层与任务管理调度模块和异步接收发射机模块连接，mqtt/https协议层与网关配置和运营管理模块以及以太网模块连接，按键/LED协议层与网关配置和运营管理模块以及IO控制模块连接。

任务管理调度模块用于机器人进行调度，地图设备管理模块用于对服务地图和设备进行管理，网关配置和运营管理模块用于对网关进行配置，同时进行运营管理，LoRa解析协议层用于采用LoRa协议进行信息传输，mqtt/https协议层用于采用mqtt/https协议进行信息传输，按键/LED协议层用于接收按键信息以及将反馈显示在发光二极管上，异步接收发射机模块用于同步实现数据的的发送和接收，以太网模块用于与远程终端进行信息传输，IO控制模块用于实现输入端口和输出端口的信息传输。

示例性地，全双工传输模块3包括通用异步接收发射机或串行外设接口。

在应用中，全双工传输模块可以采用通用异步接收发射机(UniversalAsynchronous Receive Transmitter，UART)或串行外设接口(Serial PeripheralInterface，SPI)，来同时实现数据的发送和接收。其中，通用异步接收发射机主机和从机至少要接三根线，RX、TX和GND。TX用于发送数据，RX用于接受数据(因为接收和发送不是一根线，所以是全双工方式)。当A和B通信时，A-TX要接B-RX，A-RX要接B-TX，因为A用TX发送，需要B用RX来接收。如果A是PC机，B是单片机，A和B之间还要接一块电平转换芯片，用于将TTL/CMOS(单片机电平)转换为RS232(PC机电平)。其中，串行外设接口由一个主设备和一个或多个从设备组成，主设备启动一个与从设备的同步通讯，从而完成数据的交换。SPI接口由串行数据输入(SDI)、串行数据输出(SDO)、串行移位时钟(SCK)以及从使能信号(CS)四种信号构成，CS决定了唯一的与主设备通信的从设备，片选信号低电平有效。如没有从使能信号CS，则只能存在一个从设备，主设备通过产生移位时钟来发起通讯。通讯时，数据由串行数据输出SDO输出，串行数据输入SDI输入，数据在时钟的上升沿或下降沿由串行数据输出SDO输出，在紧接着的下降沿或上升沿由串行数据输入SDI读入，这样经过8/16次时钟的改变，完成8/16位数据的传输。

图3为本申请实施例提供的网关的第二种结构示意图，如图3所示，示例性地，还包括WIFI模块5，WIFI模块5与主控模块4无线连接；

WIFI模块5，被配置为根据外部信息配置主控模块4。

在应用中，在整个网关开始使用前，通过WIFI模块来对主控模块进行相应的配置，从而使主控模块可以实现对应的功能。

如图3所示，示例性地，还包括人机交互模块6，人机交互模块6与主控模块5电连接；

人机交互模块6，被配置为输入控制命令和显示反馈信息。

在应用中，人机交互模块内可以设置LED和按键，通过按键可以向网关输入呼叫信息，通过LED可以显示网关的反馈信息。

如图3所示，示例性地，还包括以太网电源模块7，以太网电源模块7与主控模块4电连接；

以太网电源模块7，被配置为向主控模块4提供与远程终端通信的端口，以及向主控模块4提供电能。

在应用中，通过以太网电源模块内的以太网接口实现与远程终端的通信过程，通过以太网模块内的电源单元实现为主控模块提供电能，例如RI45网口，既能实现通信功能，又能实现给主控模块供电的功能。其中，电源单元可以为双电源设置，采用外接5VDC供电或者外接带以太网供电(Power Over Ethernet，POE)的设备。

图4为本申请实施例提供的通讯系统的结构示意图，如图4所示，为了便于说明，仅示出与本实施例相关的部分，示例性地，本申请实施例提供一种通讯系统200，通讯系统200包括网关100。

在应用中，将网关安装在通讯系统内，首先通过接口控制模块设置两个以上的LoRa节点芯片为发送模式或接收模式，然后通过多节点模块内处于接收模式的LoRa节点芯片接收第一信息，通过多节点模块内处于发送模式的LoRa节点芯片发送第一信息，通过全双工传输模块分别传输第一信息和第二信息，通过控制模块将接收到的第一信息发送至远程终端，并将远程终端产生的第二信息发送至全双工传输模块，从而通过多节点模块实现在两个以上的工作频率同时进行数据的发送和接收，通过全双工传输模块实现同时接收信号和发送信号，同时本申请的多节点模块和接口控制模块的成本低于专用的LoRa网关成本，从而能够有效降低LoRa网关的成本。

示例性地，通讯系统200还包括呼叫器8，呼叫器8与网关100通讯连接。

在应用中，通讯系统还包括呼叫器，提前通过接口控制模块设置两个以上的LoRa节点芯片为发送模式或接收模式，在用户用餐时通过呼叫器点餐，通过多节点模块接收用户的点餐信息，通过全双工传输模块传输用户的点餐信息至主控模块，主控模块将点餐信息发送至远程终端(例如点餐机器人)，远程终端对点餐信息进行处理并将反馈信息发送至主控模块，主控模块将反馈信息通过全双工传输模块发送至多节点模块进行显示，以便用户及时了解点餐进度。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块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。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的网关，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的网关实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅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多接口系统，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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网络单元上。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，在本申请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。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种网关，其特征在于，包括多节点模块、接口控制模块、全双工传输模块和主控模块，所述多节点模块包括两个以上的LoRa节点芯片；

所述接口控制模块与所述多节点模块和所述全双工传输模块电连接，所述全双工传输模块与所述主控模块电连接；

所述接口控制模块，被配置为设置所述两个以上的LoRa节点芯片为发送模式或接收模式，以及设置所述两个以上的LoRa节点芯片的工作频率；

所述多节点模块，被配置为接收第一信息和/或发送第二信息；

所述全双工传输模块，被配置为传输所述第一信息和/或所述第二信息；

所述主控模块，被配置为将所述第一信息发送至远程终端，和/或将所述远程终端产生的所述第二信息发送至所述全双工传输模块。

2.如权利要求1所述的网关，其特征在于，所述两个以上的LoRa节点芯片的工作频率不相同。

3.如权利要求1所述的网关，其特征在于，所述接口控制模块与所述多节点模块采用串行外设接口连接。

4.如权利要求1所述的网关，其特征在于，所述接口控制模块包括HC32F460型芯片，所述主控模块包括ESP32型芯片，所述两个以上的LoRa节点芯片包括LCC68型芯片。

5.如权利要求1所述的网关，其特征在于，所述全双工传输模块包括通用异步接收发射机或串行外设接口。

6.如权利要求1至5任一项所述的网关，其特征在于，还包括WIFI模块，所述WIFI模块与所述主控模块无线连接；

所述WIFI模块，被配置为根据外部信息配置所述主控模块。

7.如权利要求1至5任一项所述的网关，其特征在于，还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述主控模块电连接；

所述人机交互模块，被配置为输入控制命令和显示反馈信息。

8.如权利要求1至5任一项所述的网关，其特征在于，还包括以太网电源模块，所述以太网电源模块与所述主控模块电连接；

所述以太网电源模块，被配置为向所述主控模块提供与远程终端通信的端口，以及向所述主控模块提供电能。

9.一种通讯系统，其特征在于，所述通讯系统包括如权利要求1-8任一项所述的网关。

10.如权利要求9所述的通讯系统，其特征在于，所述通讯系统还包括呼叫器，所述呼叫器与所述网关通讯连接。

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