CN217789908U - 一种充电设备以及割草机通信系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种充电设备以及割草机通信系统。充电设备用于为割草机提供电能和通信传输，包括：远距离通信模块，所述远距离通信模块集成在所述充电设备内并且配置用于向所述割草机提供远距离通信传输；近距离通信模块，所述近距离通信模块集成在所述充电设备内并且配置用于将所述充电设备接入到预定的局域网中；处理器模块，所述处理器模块集成在所述充电设备内并且分别与所述远距离通信模块和所述近距离通信模块连接；外部通信模块，所述外部通信模块集成在所述充电设备内，所述外部通信模块分别与所述处理器模块和所述充电设备外设的充电接口连接。本实用新型的充电设备以及割草机通信系统能够实现用户与割草机进行长距离通信。
Description
技术领域
本发明涉及物联网通信领域，尤其涉及一种充电设备以及割草机通信系统。
背景技术
可靠的无线连接技术是物联网设备得以实现的基础之一，自动割草机也不例外。常用的无线连接协议，比如蓝牙、Wi-Fi等，这些无线连接协议被消费级移动设备广泛采纳，但是单个设备的有效通信距离非常有限，在有建筑物阻隔的情况下，有效通信距离会进一步缩减；再比如蜂窝数据网络等，具有基站多、覆盖范围广等优势，但此类服务通常需要运营商提供，会给使用者产生持续开销，此外，蜂窝数据网络也有空缺区域，尤其在室外和较偏远地区等更加需要割草机的地点。另一方面，物联网通信方面，在通信过程中，对于设备以及通信过程中的安全性均有一定的需求。
目前自动工具有智能化的趋势，如果想对割草机进行实时管理，需要一种可以连接用户终端设备和割草机的设备。现有的技术中，蓝牙和Wi-Fi通信距离不足，蜂窝数据网络长期运营不经济，多数消费级移动设备中没有集成Lo-Ra和ZigBee等长距离无线通信功能，因此需要一种能够同时满足用户终端对割草机进行远距离通信、近距离通信的设备，同时又可以满足物联网设备在通信过程中安全性的需求的设备。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出了一种充电设备以及割草机通信系统。其中，本实用新型提出的一种充电设备通过在为割草机提供电能的充电设备中集成可以进行远距离通信和近距离通信的模块，以此充电设备作为网关。进一步，在割草机通信系统中，包括此充电设备、割草机以及用户终端，其中充电设备作为割草机与用户终端之间的网关，可以将用户终端的数据通过所述充电设备中的远距离通信模块传输给割草机，同时割草机也可以将处理后的结果经过充电设备传输给用户终端，有利于实现用户终端和割草机之间进行长距离通信。
基于以上目的，本实用新型的实施例的一个方面提供了一种充电设备，配置用于为割草机提供电能和通信传输，其特征在于，所述充电设备包括：远距离通信模块，所述远距离通信模块集成在所述充电设备内并且配置用于向所述割草机提供远距离通信传输；近距离通信模块，所述近距离通信模块集成在所述充电设备内并且配置用于将所述充电设备接入到预定的局域网中；处理器模块，所述处理器模块集成在所述充电设备内并且分别与所述远距离通信模块和所述近距离通信模块连接；外部通信模块，所述外部通信模块集成在所述充电设备内，所述外部通信模块分别与所述处理器模块和所述充电设备外设的充电接口连接。
在一些实施例中，所述远距离通信模块包括ZigBee模块，所述ZigBee模块配置用于支持ZigBee协议的通信传输。
在一些实施例中，所述近距离通信模块包括Wi-Fi模块，所述Wi-Fi模块配置用于将所述充电设备接入到Wi-Fi网络中。
在一些实施例中，所述处理器模块通过不同的SPI接口分别与所述远距离通信模块和所述近距离通信模块进行连接。
在一些实施例中，所述外部通信模块配置用于为所述处理器模块和所述割草机之间提供通信传输。
在一些实施例中，所述外部通信模块包括RS485接收器，所述RS485接收器配置用于支持所述处理器模块和所述割草机之间通过RS485协议进行通信传输，所述RS485接收器配置用于通过UART与所述处理器模块进行通信传输。
在一些实施例中，所述充电设备还包括集成在所述充电设备内的内部电压转换模块，所述内部电压转换模块分别与所述远距离通信模块、所述近距离通信模块、所述处理器模块以及所述外部通信模块连接，所述内部电压转换模块配置用于为所述近距离通信模块、所述处理器模块以及所述外部通信模块提供预定的电压。
在一些实施例中，所述充电设备还包括外部电压转换模块，所述外部电压转换模块分别与所述内部电压转换模块和所述充电设备外设的充电接口连接，所述外部电压转换模块配置用于为所述割草机和所述内部电压转换模块提供预定的电压。
在一些实施例中，所述内部电压转换模块包括第一电压转换器和第二电压稳压器，所述第一电压转换器配置用于将所述外部电压转换模块提供的预定的电压进行转换并且输送给所述第二电压稳压器和所述外部通信模块，所述第二电压稳压器配置用于将输出的电压输送给所述远距离通信模块、所述近距离通信模块以及所述处理器模块。
本实用新型的另一个方面，还提供了一种割草机通信系统，所述割草机通信系统包括充电设备，所述充电设备配置用于为割草机提供电能和通信传输；通过所述充电设备外设的充电接口与所述充电设备连接的割草机；以及与所述割草机进行通信的移动终端设备。
本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型提供的一种充电设备中集成了远距离通信模块和近距离通信模块，通过充电设备实现割草机与用户终端之间的远距离通信、近距离通信，并且充电设备的位置较割草机相对固定。一方面，有利于实现用户终端通过充电设备与割草机之间进行长距离通信，实现在割草机外出工作时，用户与割草机进行实时通信，避免了因为割草机位置不固定而产生的用户终端无法与割草机进行远距离通信的问题，有利于降低生产成本；另一方面，同时满足了物联网设备通信过程中的安全需求，保证了通信过程中的安全性。
在研究以下说明书、权利要求书和附图后，本领域技术人员将理解和意识到本公开的这些和其它方面、目的和特征。
附图说明
为了更加完整地理解本申请的实施例，应参考在附图中更为详细地说明以及下文中通过示例描述的实施例，其中：
图1示出的是本实用新型的一种充电设备的的实施例的示意图；
图2示出的是本实用新型的一种割草机通信系统的实施例的示意图。
具体实施方式
以下描述了本公开的实施例。然而，应该理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采取各种替代形式。附图不一定按比例绘制；某些功能可能被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本申请的代表性基础。如本领域技术人员将理解的，参考任何一个附图所示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征组合以产生没有明确示出或描述的实施例。所示特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，与本公开的教导相一致的特征的各种组合和修改对于某些特定应用或实施方式可能是期望的。
此外，在本文中，如第一和第二等的关系术语仅用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不一定要求或意味着处于这些实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包括”、“包含”或其任何其它变形旨在涵盖非排他性的包括，以使包含一系列要素的过程、方法、物品或装置不仅包括那些要素，也可以包括未明确列出的或这些过程、方法、物品或装置所固有的要素。
下面将结合附图说明本申请的一个或多个实施例。
图1示出了本实用新型的一种充电装置的实施例的示意图，如图1所示的一种充电设备包括：用于远距离通信传输的远距离通信模块和用于近距离通信传输的近距离通信模块，在本实施例中，其中近距离通信模块为支持Wi-Fi网络的Wi-Fi模块，远距离通讯模块为支持ZigBee协议的ZigBee模块，可以理解的是，针对支持远距离通信传输和近距离通信传输的不同协议，可以在所述远距离通信模块或者近距离通信模块中集成支持对应协议的通信模块，而不限制于将远距离通信模块设置为ZigBee模块，将近距离通信模块设置为Wi-Fi模块。
在本实施例中，充电设备内部还包括处理器模块，处理器模块集成在充电设备中，处理器模块使用不同的硬件通信接口分别与Wi-Fi模块和ZigBee模块进行连接通信，其中，在使用ZigBee模块进行正常通信时，会使用ZigBee协议自带的安全功能，包括密钥的建立和传输，还有对称加密，由此使通信过程更安全。优选地，可以使用SPI接口分别与所述Wi-Fi模块和ZigBee模块进行连接通信，比如，STM32F103RC微处理器可以使用两个独立的SPI接口与WiFi模块和ZigBee模块分别通信。充电设备还包括集成在充电设备内部的外部通信模块，优选地，外部通信模块可以选用RS485收发器，RS485收发器一方面通过UART与处理器模块进行通信，另一方面通过充电设备外设的充电接口与割草机进行通信，在使用RS485收发器进行通信时，要在ZigBee网络建立之前完成设备相互识别和握手，RS485收发器可以将接收到的RS485信号转换为UART信号，即处理器模块和割草机之间通过RS485协议进行通信。
在本实施例中，充电设备还包括外部电压转换模块和内部电压转换模块，充电设备从220V或110V的市电取电，市电电压被外部电压转换模块转换为预定的电压，比如24V电压，供给在此充电设备充电的割草机和充电设备的内部电压转换模块。内部电压转换模块包括第一电压转换器和第二电压稳压器，比如5V电压转换器和3.3V电压稳压器，所述5V电压转换器将由外部电压转换模块得到的24V电压转换为5V电压，供给RS485收发器和3.3V电压稳压器使用，3.3V电压稳压器将输出的3.3V电压供给处理器模块、Wi-Fi模块以及ZigBee模块使用。RS485信号使用交流耦合的方式与充电接口内的触点相连，24V直流电压使用直流耦合的方式与充电接口相连，电力输送和通信可以仅使用两个接触点完成。在割草机端使用同样的耦合方式即可将信号提取。
图2示出了本实用新型的一种割草机通信系统的实施例的示意图。如图2所示，一种割草机的通信系统包括：割草机(Mower)，为割草机提供电能和通信传输的充电设备(Charging Station)，充电设备和割草机之间通过ZigBee协议进行通信，以及与充电设备通过Wi-Fi网络进行通信的用户终端，比如Table、PC、Mobile。
一种割草机与用户终端通过充电设备进行长距离通信的方法包括：在充电设备(Charging Station)中集成支持远距离通信协议的模块和支持近距离通信协议的模块，在本实施例中，支持远距离通信协议的模块是支持ZigBee协议的ZigBee模块，支持近距离通信协议的模块是支持WI-FI的WI-FI模块，可以理解的是，在实际应用中，远距离通信协议或者近距离通信协议不限制于此。同时，在充电设备中还会集成支持数字通信的RS485协议，可以理解的是，也可以是其它支持数字通信的协议，而不仅仅限制于为RS485协议。割草机从充电设备上进行充电，割草机与充电设备之间通过充电触点进行连接，通过复用充电触点传输RS485协议的数字信号。
为了保证数据传输过程的安全，在割草机与充电设备的存储器中写入一对密钥，用于保证割草机与充电设备之间的数据传输的安全，在本实施例中，将一对RSA密钥写入割草机和充电设备的ROM(Read-Only Memory，只读存储器)中，即将割草机的公钥写入充电设备中，将充电设备的公钥写入割草机中，以用于割草机和充电设备进行配对时使用。
在割草机和充电设备进行配对时，将割草机和充电设备放置在同一网络中，并且通过充电触点进行相互连接。开机之后，充电设备将ZigBee模块调整为协调器模式，可以自动扫描附近网络，自动选择不拥挤的信道发起新的ZigBee网络，并且随机生成网络ID。与此同时，割草机生成一段随机数，通过充电设备的公钥进行加密，并且通过割草机自身的私钥进行签名，生成密文和签名，之后将密文和签名通过RS485发送至充电设备。
充电设备通过其自身的私钥进行解密，并且用割草机的公钥验证签名，之后使用私钥对随机数明文进行签名，通过RS485将签名发回割草机。割草机用公钥验证签名。若验证成功，则可认为割草机和充电设备均是可信任的设备。充电设备将网络ID通过RS485协议发送到割草机，割草机将ZigBee模块设置为终端模式，并且加入相应的网络。此时割草机和充电设备之间配对成功。
在充电设备和用户终端进行配对时，首先将家庭Wi-Fi的身份验证信息输入用户终端(例如Table、PC、Mobile)的应用程序，在本实施例中，身份验证信息包括家庭Wi-Fi的SSID和密码。同时为了保证数据安全，用户终端的应用程序用割草机的公钥将家庭Wi-Fi的SSID和密码进行加密，然后将加密后的内容发送给割草机。在本实施中，用户终端的应用程序将加密后的内容编码成二维码，将二维码显示在用户终端的显示器上，进一步，将显示器上显示的二维码放置在割草机摄像头的视野内。割草机通过扫描二维码对其进行解码、解密，并且通过ZigBee模块对应的网络将解密后的内容发送给充电设备。如果充电设备成功接入移动终端对应的网络中，即Wi-Fi网络中，则实现充电设备和移动重点的配对，进一步，实现整个网络的配对，即实现割草机、充电设备以及用户终端之间的配对。
在正常工作时，如果用户管理割草机状态，用户通过使用用户终端的应用程序发送指令，移动终端的应用程序将指令将通过局域网发送至充电设备，然后经过ZigBee模块对应的网络转发至割草机。割草机将指令进行处理，将处理后的结果先发送至充电设备，再通过局域网发送至用户终端。同理，如果割草机工作时需要广域网访问，也可以使用同样的方法实现。
Claims (10)
1.一种充电设备，配置用于为割草机提供电能和通信传输，其特征在于，所述充电设备包括：
远距离通信模块，所述远距离通信模块集成在所述充电设备内并且配置用于向所述割草机提供远距离通信传输；
近距离通信模块，所述近距离通信模块集成在所述充电设备内并且配置用于将所述充电设备接入到预定的局域网中；
处理器模块，所述处理器模块集成在所述充电设备内并且分别与所述远距离通信模块和所述近距离通信模块连接；
外部通信模块，所述外部通信模块集成在所述充电设备内，所述外部通信模块分别与所述处理器模块和所述充电设备外设的充电接口连接。
2.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述远距离通信模块包括ZigBee模块，所述ZigBee模块配置用于支持ZigBee协议的通信传输。
3.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述近距离通信模块包括Wi-Fi模块，所述Wi-Fi模块配置用于将所述充电设备接入到Wi-Fi网络中。
4.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述处理器模块通过不同的SPI接口分别与所述远距离通信模块和所述近距离通信模块进行连接。
5.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述外部通信模块配置用于为所述处理器模块和所述割草机之间提供通信传输。
6.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述外部通信模块包括RS485接收器，所述RS485接收器配置用于支持所述处理器模块和所述割草机之间通过RS485协议进行通信传输，所述RS485接收器配置用于通过UART与所述处理器模块进行通信传输。
7.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述充电设备还包括集成在所述充电设备内的内部电压转换模块，所述内部电压转换模块分别与所述远距离通信模块、所述近距离通信模块、所述处理器模块以及所述外部通信模块连接，所述内部电压转换模块配置用于为所述近距离通信模块、所述处理器模块以及所述外部通信模块提供预定的电压。
8.根据权利要求7所述的充电设备，其特征在于，所述充电设备还包括外部电压转换模块，所述外部电压转换模块分别与所述内部电压转换模块和所述充电设备外设的充电接口连接，所述外部电压转换模块配置用于为所述割草机和所述内部电压转换模块提供预定的电压。
9.根据权利要求8所述的充电设备，其特征在于，所述内部电压转换模块包括第一电压转换器和第二电压稳压器，所述第一电压转换器配置用于将所述外部电压转换模块提供的预定的电压进行转换并且输送给所述第二电压稳压器和所述外部通信模块，所述第二电压稳压器配置用于将输出的电压输送给所述远距离通信模块、所述近距离通信模块以及所述处理器模块。
10.一种割草机通信系统，其特征在于，包括：
充电设备，所述充电设备配置用于为割草机提供电能和通信传输；
通过所述充电设备外设的充电接口与所述充电设备连接的割草机；以及
与所述割草机进行通信的移动终端设备。
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