CN217693369U - 网关电路及边缘计算网关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种网关电路及边缘计算网关，该网关电路设置有本安隔离电源输入端、缓启动电路、电源检测电路、电流管控电路、核心处理电路、扩展协议电路和扩展模块接口；缓启动电路和电源检测电路的输入端分别与本安隔离电源输入端连接，输出端分别与电流管控电路的输入端连接；电流管控电路的输出端分别与核心处理电路、扩展协议电路和扩展模块接口连接；扩展协议电路和扩展模块接口还分别与核心处理电路连接；核心处理电路用于根据电源检测电路输出的本安隔离电源的电源参数控制电流管控电路，以使缓启动电路通过电流管控电路输出供电电压。本实用新型可拓展多种无线接口、支持多种数据协议并满足本安防爆要求。

Description

网关电路及边缘计算网关

技术领域

本实用新型涉及通信技术处理领域，尤其涉及一种网关电路及边缘计算网关。

背景技术

煤矿智能化是煤矿高产、高效和安全生产的保证，也是现代煤炭工业高质量发展的保障。而煤矿井下网络平台是实现煤矿综合自动化的基础。目前，我国的许多煤矿都建立了工业以太网，用于井下采煤装备以及井下环境参数的监控。

由于煤炭开采现场环境的错综复杂性，井下有了越来越多的传感器使用、大量图像及视频数据采集传输等需要，普通交换设备无法满足要求，需要通过边缘计算网关在近端优化数据采集和分析，实现智能制造和工业无线的转型升级。然而，常见的边缘计算网关大都不能满足井下所使用的本安电源的本安设计要求。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种网关电路及边缘计算网关，旨在解决现有边缘计算网关无法满足井下本安电源防爆安全的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种网网关电路，包括：本安隔离电源输入端、缓启动电路、电源检测电路、电流管控电路、核心处理电路、扩展协议电路和扩展模块接口；所述缓启动电路的输入端与所述本安隔离电源输入端连接，所述缓启动电路的输出端与所述电流管控电路的第一输入端连接；所述电源检测电路的输入端也与所述本安隔离电源输入端连接，所述缓启动电路的输出端与所述电流管控电路的第二输入端连接；所述电流管控电路的输出端分别与所述核心处理电路、所述扩展协议电路和所述扩展模块接口连接；所述扩展协议电路和所述扩展模块接口还分别与所述核心处理电路连接；

所述核心处理电路，用于根据所述电源检测电路输出的所述本安隔离电源的电源参数控制所述电流管控电路，以使所述缓启动电路通过所述电流管控电路输出本安隔离电源进行供电；

所述核心处理电路，还用于对所述扩展协议电路接收到的外部输入的检测信号进行处理，并控制所述扩展模块接口对处理后的所述检测信号进行传输。

可选地，所述核心处理电路包括处理器、存储器和加密电路，所述存储器和所述加密电路分别与所述处理器连接，所述处理器还与所述电流管控电路、扩展协议电路和扩展模块接口连接。

可选地，所述处理器包括SemiDrive系列处理芯片。

可选地，所述核心处理电路还包括温度检测电路和湿度检测电路，所述温度检测电路和所述湿度检测电路分别与所述处理器连接；

所述温度检测电路，用于对环境温度进行检测，并输出对应的温度信号；

所述湿度检测电路，用于对环境湿度进行检测，并输出对应的湿度信号；

所述处理器，用于控制所述扩展模块接口对所述温度信号和所述湿度信号进行传输。

可选地，所述核心处理电路还包括警报电路，所述警报电路与所述处理器连接；

所述处理器，用于在所述温度信号达到温度报警阈值时和/或所述湿度信号达到湿度报警阈值时，触发所述警报电路报警。

可选地，所述扩展模块接口包括5G无线模块接口、4G无线模块接口、 WiFi6模块接口、Zigbee模块及UWB定位模块接口中的至少一种。

可选地，所述扩展协议电路包括CAN总线电路、RS232电路、RS485隔离电路、以太网光电电路及干湿节点电路中的至少一种。

可选地，所述以太网光电电路包括以太网电接口、以太网光接口和千兆交换芯片；所述千兆交换芯片分别与所述核心处理电路和所述电流管控电路的输出端连接，所述以太网电接口和所述以太网光接口分别与所述千兆交换芯片连接。

此外，为实现上述目的，本实用新型还提供一种边缘计算网关，包括外壳和设置于所述外壳内的网关电路，所述网关电路被配置为如上所述的网关电路。

可选地，所述外壳为防爆外壳。

本实用新型提供一种网关电路及边缘计算网关，所述网关电路设置有本安隔离电源输入端、缓启动电路、电源检测电路、电流管控电路、核心处理电路、扩展协议电路和扩展模块接口；缓启动电路和电源检测电路的输入端与本安隔离电源输入端连接，缓启动电路的输出端与电流管控电路的第一输入端连接；电源检测电路的输出端与电流管控电路的第二输入端连接；电流管控电路的输出端分别与核心处理电路、扩展协议电路和扩展模块接口连接；扩展协议电路和扩展模块接口还分别与核心处理电路连接；核心处理电路，用于根据电源检测电路输出的本安隔离电源的电源参数控制电流管控电路，以使缓启动电路通过电流管控电路输出供电电压；核心处理电路，还用于对扩展协议电路接收到的外部输入的检测信号进行处理，并控制扩展模块接口对处理后的检测信号进行传输。通过本安隔离电源为整个电路供电，并通过电源检测电路对供电电源进行检测后，再通过电流管控电路切换缓启动电路进行上电，从而满足本安设计要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型网关电路一实施例的功能模块示意图；

图2为本实用新型网关电路一实施例的部分功能模块示意图；

图3为本实用新型网关电路另一实施例的部分功能模块示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	缓启动电路	34	温度检测电路
20	电源检测电路	35	湿度检测电路
				30	电流管控电路	36	警报电路
40	核心处理电路	51	CAN总线电路
				50	扩展协议电路	52	干湿节点电路
60	扩展模块接口	53	RS232电路
				31	处理器	54	RS485隔离电路
32	存储器	55	以太网光电电路
				33	加密电路

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提供一种网关电路，参照图1，在一实施例中，该网关电路包括：本安隔离电源输入端、缓启动电路10、电源检测电路20、电流管控电路 30、核心处理电路40、扩展协议电路50和扩展模块接口60；所述缓启动电路10的输入端与所述本安隔离电源的输出端连接，所述缓启动电路10的输出端与所述电流管控电路30的第一输入端连接；所述电源检测电路20的输入端也与所述本安隔离电源的输出端连接，所述缓启动电路10的输出端与所述电流管控电路30的第二输入端连接；所述电流管控电路30的输出端分别与所述核心处理电路40、所述扩展协议电路50和所述扩展模块接口60连接；所述扩展协议电路50和所述扩展模块接口60还分别与所述核心处理电路40 连接；

所述核心处理电路40，用于根据所述电源检测电路20输出的所述本安隔离电源的电源参数控制所述电流管控电路30；以使所述缓启动电路10通过所述电流管控电路30输出供电电压；所述核心处理电路40，还用于对所述扩展协议电路接收到的外部输入的检测信号进行处理，并控制所述扩展模块接口 60对处理后的所述检测信号进行传输。

上述网关电路可以设置在各种网关产品中，例如用于安全性能要求较高的矿井中的边缘计算网关，网关的外壳可以为防爆外壳，以满足本安防爆要求。出于防爆本安的要求，井下所使用的本安电源，对整机功耗和启动冲击电流有明确要求。随着通信技术的发展，网关电路集成功能越来越多，功耗也越来越大，目前市面上主流网关电路功耗普遍较大，加上外围电路和其它模块功耗等，系统启动功耗普遍超过本安国标要求，直接导致外部供电的本安电源触发本安保护，此问题严重制约了大部分边缘计算网关在井下的使用。

所述电源检测电路20用于检测本安隔离电源的电压、电流等电源参数，并输入至所述核心处理电路40，所述核心处理电路40根据该电源参数判断该本安隔离电源是否可以满足电路要求，如果可以满足，则控制电流管控电路 30导通缓启动电路10，以输出本安隔离电源为核心处理电路40、扩展模块接口60和核心处理电路40供电。

所述网关电路还可以包括本安电源输入端和隔离电源，所述隔离电源的输入端与所述本安电源输入端连接，所述隔离电源输出端为所述本安隔离电源输入端。所述隔离电源可以用于安全隔离，其中，本安电源输入端用于输入本安电源，本安电源输出端用于输出本安隔离电源，以为所述网关电路供电。通过设置隔离电源得到本安隔离电源，再结合缓启动电路10和电流管控电路30，可以有效解决本安负载过大、本安电源不能驱动本安负载的问题，从而满足本安要求。

随着煤矿智能化的发展，井下需要使用越来越多的传感器设备、以及大量图像及视频数据采集设备传输需求，所述扩展协议电路可以包括例如 RS232、RS485等协议电路，这些协议电路用于与井下采集设备连接，接收采集设备采集的各种数据和信号。所述扩展模块接口60可以包括5G无线模块接口、WiFi6模块接口等无线通信模块接口，用于接入5G无线模块和WiFi6 模块等模块。所述核心处理电路40包括处理器31，所述处理器31支持多种协议和扩展模块接口60，例如为芯驰科技提供的SemiDrive系列芯片，D9、 V9或X9均可。所述扩展协议电路接收到外部采集设备输入的包括采集数据和信号的检测信号后，对检测信号进行处理，并通过所述扩展模块接口60输出至外部管理系统，以使外部管理系统可以远程了解到矿井下的现场情况。

本方案由于设置了本安隔离电源输入端、缓启动电路10、电源检测电路 20、电流管控电路30、核心处理电路40、扩展协议电路50和扩展模块接口 60；缓启动电路10和电源检测电路20的输入端与本安隔离电源输入端连接，缓启动电路10的输出端与电流管控电路30的第一输入端连接；电源检测电路20的输出端与电流管控电路30的第二输入端连接；电流管控电路30的输出端分别与核心处理电路40、扩展协议电路50和扩展模块接口60连接；扩展协议电路50和扩展模块接口60还分别与核心处理电路40连接；核心处理电路40，用于根据电源检测电路20输出的本安隔离电源的电源参数控制电流管控电路30，以使缓启动电路10通过电流管控电路30输出供电电压；核心处理电路40，还用于对扩展协议电路接收到的外部输入的检测信号进行处理，并控制扩展模块接口60对处理后的检测信号进行传输。通过本安隔离电源为整个电路供电，并通过电源检测电路20对供电电源进行检测后，再通过电流管控电路30进行上电，从而使其满足本安设计要求。

进一步地，参见图2，核心处理电路40包括处理器31、存储器32和加密电路33，所述存储器32和所述加密电路33分别与所述处理器31连接，所述处理器31还与所述电流管控电路30、扩展协议电路50和扩展模块接口60 连接。

所处存储器32用于对所述处理器31接收到的各种检测信号进行存储，并对处理后的信号和数据进行存储。所述加密电路33用于对所述存储器32 的各种数据进行加密，所述加密电路33可以为加密芯片，例如深圳艾矽科技提供的IL005芯片，可以支持芯片数据加密，防用户破解，以满足工业现场控制的环境安全性和数据保密性。所述电流管控电路30的输出端还可以与存储器32、加密电路33的电源端连接，以使其输出的本安隔离电源可以为存储器32和加密电路33供电，具体可以结合实际需要进行设置。

进一步地，参见图2，所述核心处理电路40还包括温度检测电路34和湿度检测电路35，所述温度检测电路34和所述湿度检测电路35分别与所述处理器31连接；所述温度检测电路34，用于对环境温度进行检测，并输出对应的温度信号；所述湿度检测电路35，用于对环境湿度进行检测，并输出对应的湿度信号；所述处理器31用于控制所述扩展模块接口60对所述温度信号和所述湿度信号进行传输。

所述温度检测电路34和湿度检测电路35分别用于采集外部环境温度和湿度，所述处理器31可以对该温度信号和湿度信号进行存储、处理以及输出至外部控制系统，以使井外人员了解到井内环境。其中，所述温度检测电路 34和湿度检测电路35可以共同采用Philips公司提供的LM75A芯片，由一个芯片同时满足温、湿度检测需求。

进一步地，所述核心处理电路40还包括警报电路36，所述警报电路36 与所述处理器31连接；所述处理器31，用于在所述温度信号达到温度报警阈值时和/或所述湿度信号达到湿度报警阈值时，触发所述警报电路36报警。从而即便在一些无人值守的场合，也可以自动采集到当前环境下的温度和湿度数据，并且在温湿度环境异常时发出警报，提醒作业人员进行排查，进而提高对环境远程监控的安全性。还需要说明的是，所述电流管控电路30的输出端还可以与温度检测电路34、所述湿度检测电路35和警报电路36连接，以使其输出的本安隔离电源可以为温度检测电路34、所述湿度检测电路35和警报电路36供电。

进一步地，所述扩展模块接口60包括5G无线模块接口、4G无线模块接口、WiFi6模块接口、Zigbee模块及UWB定位模块接口中的至少一种。

参见图3，所述扩展模块接口60可以根据实际需要进行设置，例如包括 5G无线模块接口；所述5G无线模块接口用于接入5G无线模块，从而使得该网关电路可以支持5G通信，弥补一些设备陈旧不能支持5G的不足，提高该网关电路的通用性。

所述扩展模块接口60还可以包括4G无线模块接口、WiFi6模块接口、 Zigbee模块接口和UWB(UWB-Ultra Wideband，超宽带)定位模块接口；所述4G无线模块接口用于接入4G无线模块；所述WiFi6模块接口用于接入 WiFi6模块，可根据实际需要进行拓展，支持2.4G和5.8G频段WiFi；所述 Zigbee模块接口用于接入Zigbee模块，进而增强通信能力；所述UWB定位模块接口用于接入UWB定位模块，支持3.6GHz-4.2GHzUWB定位模块，可满足井下远端采集以及人员定位等需求。从而使得该网关电路可以同时支持多种模块接口，增强通用性。

进一步地，所述扩展协议电路包括CAN总线电路51、RS232电路53、 RS485隔离电路54、以太网光电电路55及干湿节点电路52中的至少一种。

所述扩展协议电路可以根据实际需要进行设置，所述CAN总线电路51、 RS232电路53、RS485隔离电路54、以太网光电电路55及干湿节点电路52 分别用于连接对应协议的采集设备，以满足井下多传感器使用、大量图像及视频数据采集传输等需求。具体可以根据实际需要进行设置，最多可支持8 路以太网千兆光/电接口、12路RS485、4路CAN、2路RS232及4路干湿节点。所述扩展协议电路50还可以包括MOdbus接口，以支持MOdbus串行通信协议的设备接入。

进一步地，所述以太网光电电路55包括以太网电接口、以太网光接口和千兆交换芯片所述千兆交换芯片分别与所述核心处理电路40和所述电流管控电路30的输出端连接，所述以太网电接口和所述以太网光接口分别与所述千兆交换芯片连接。其中，所述千兆交换芯片可以选取marvel公司的88E6390 芯片。

综上所述，基于上述硬件结构，本方案通过设置缓启动电路10和电流管控电路30，解决边缘计算网关的本安性能要求；支持5G高速接入，并同步兼容WIFI6、Zigbee、4G等无线接口以及UWB无线定位，可满足井下各种无线传感器与远端采集以及人员定位等需求；支持多路多种形态的数据协议接口，满足井下复杂现场的总线多种数据采集和通信接口需求。

本实用新型还提供一种边缘计算网关，该边缘计算网关包括外壳和设置于所述外壳内的网关电路，该网关电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的边缘计算网关采用了上述网关电路的技术方案，因此该边缘计算网关具有上述网关电路所有的有益效果。

进一步地，所述外壳为防爆外壳。从而提供了一种可支持多种无线接口和现场总线的防爆型边缘计算网关，可拓展多种无线接口，支持多种形态接口的数据协议，可广泛用于井下防爆型边缘计算网关的兼容使用和更新换代。

以上仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种网关电路，其特征在于，包括：本安隔离电源输入端、缓启动电路、电源检测电路、电流管控电路、核心处理电路、扩展协议电路和扩展模块接口；所述缓启动电路的输入端与所述本安隔离电源输入端连接，所述缓启动电路的输出端与所述电流管控电路的第一输入端连接；所述电源检测电路的输入端也与所述本安隔离电源输入端连接，所述缓启动电路的输出端与所述电流管控电路的第二输入端连接；所述电流管控电路的输出端分别与所述核心处理电路、所述扩展协议电路和所述扩展模块接口连接；所述扩展协议电路和所述扩展模块接口还分别与所述核心处理电路连接；

所述核心处理电路，用于根据所述电源检测电路输出的所述本安隔离电源的电源参数控制所述电流管控电路，以使所述缓启动电路通过所述电流管控电路输出本安隔离电源进行供电；

所述核心处理电路，还用于对所述扩展协议电路接收到的外部输入的检测信号进行处理，并控制所述扩展模块接口对处理后的所述检测信号进行传输。

2.如权利要求1所述的网关电路，其特征在于，所述核心处理电路包括处理器、存储器和加密电路，所述存储器和所述加密电路分别与所述处理器连接，所述处理器还与所述电流管控电路、扩展协议电路和扩展模块接口连接。

3.如权利要求2所述的网关电路，其特征在于，所述处理器包括SemiDrive系列处理芯片。

4.如权利要求2所述的网关电路，其特征在于，所述核心处理电路还包括温度检测电路和湿度检测电路，所述温度检测电路和所述湿度检测电路分别与所述处理器连接；

所述温度检测电路，用于对环境温度进行检测，并输出对应的温度信号；

所述湿度检测电路，用于对环境湿度进行检测，并输出对应的湿度信号；

所述处理器，用于控制所述扩展模块接口对所述温度信号和所述湿度信号进行传输。

5.如权利要求4所述的网关电路，其特征在于，所述核心处理电路还包括警报电路，所述警报电路与所述处理器连接；

所述处理器，用于在所述温度信号达到温度报警阈值时和/或所述湿度信号达到湿度报警阈值时，触发所述警报电路报警。

6.如权利要求1-5中任一项所述的网关电路，其特征在于，所述扩展模块接口包括5G无线模块接口、4G无线模块接口、WiFi6模块接口、Zigbee模块及UWB定位模块接口中的至少一种。

7.如权利要求1-5中任一项所述的网关电路，其特征在于，所述扩展协议电路包括CAN总线电路、RS232电路、RS485隔离电路、以太网光电电路及干湿节点电路中的至少一种。

8.如权利要求7所述的网关电路，其特征在于，所述以太网光电电路包括以太网电接口、以太网光接口和千兆交换芯片；所述千兆交换芯片分别与所述核心处理电路和所述电流管控电路的输出端连接，所述以太网电接口和所述以太网光接口分别与所述千兆交换芯片连接。

9.一种边缘计算网关，其特征在于，包括外壳和设置于所述外壳内的网关电路，所述网关电路被配置为如权利要求1-8中任一项所述的网关电路。

10.如权利要求9所述的边缘计算网关，其特征在于，所述外壳为防爆外壳。

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