CN217935641U - 微云分布式边缘计算智能处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及工业网关技术领域，具体地说，涉及微云分布式边缘计算智能处理设备，包括铝合金外壳，铝合金外壳内设有核心计算板、IO控制板、端口保护及切换板和电源板，核心计算板与IO控制板双向连接，核心计算板连接端口保护及切换板，IO控制板连接端口保护及切换板，IO控制板连接电源板。本实用新型通过设有多个工业用低速端口和RJ45高速端口，适合于大量传统有线工业设备的同时接入和数据高速传输，还能对接入设备进行供电控制，通过多种无线通讯手段，能很好的对接不同的低功耗无线物联网设备。

Description

微云分布式边缘计算智能处理设备

技术领域

本实用新型涉及工业网关技术领域，具体地说，涉及微云分布式边缘计算智能处理设备。

背景技术

工业网关是指一种充当转换重任的计算机系统或设备，在使用不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间移动数据，是复杂的网络互连设备，然而现有的工业网关无法同时兼顾性能与功耗，并且网关的外部端口防护性能较差，无法对接入设备进行供电控制，实际使用效果不理想，因此提出一种物联网边缘计算网关。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供微云分布式边缘计算智能处理设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供微云分布式边缘计算智能处理设备，包括铝合金外壳，所述铝合金外壳内设有核心计算板、IO控制板、端口保护及切换板和电源板，所述核心计算板与所述IO控制板双向连接，所述核心计算板连接所述端口保护及切换板，所述IO控制板连接所述端口保护及切换板，所述IO控制板连接所述电源板，其中所述核心计算板用于提供计算能力并提供扩展插槽，所述IO控制板用于接收核心计算板的指令并进行数据传输交换，所述端口保护及切换板用于对外部端口的切换和保护，所述电源板用于实时监控外部供电的电压及电流情况。

作为本技术方案的进一步改进，所述核心计算板采用四核心CPU，并搭载Linux操作系统，内部通过原生USB2.0端口加上FE2.1高速七端口USB2.0集线器控制芯片扩展7路USB2.0端口，分别产生3路MINIPCIE插槽，三路USB2.0及一路芯片转换的10/100M自适应网卡，其中两路MINIPCIE插槽带有SIM卡槽接入4G/5G网卡，内置双频WIFI和蓝牙5.0 功能，核心计算板反向安装于PCB底部，CPU散热外壳与铝合金外壳紧密结合。

作为本技术方案的进一步改进，所述IO控制板采用两块设备芯片分别通过两路USB2.0 转换出8路串口作为外部低速工业总线，IO控制板内置了STM32单片机，由STM32单片机对IIC总线的2块4通道高精度ADC芯片ADS1115和IO口进行实际控制，上下位机之间采用内部串口通过自定义协议进行通讯，内置温度传感器。

作为本技术方案的进一步改进，所述端口保护及切换板与所述IO控制板通过板载连接器直接相连，设有由磁隔离芯片，外部TVS与气体放电管的组合保护电路。

作为本技术方案的进一步改进，所述组合保护电路包括端口J8，气体放电管QT21，PPTC F14、F16，TVS管TVS14、TVS16，电阻R18，其中，

所述端口J8的1号脚接A_GND，所述端口J8的2号脚接所述PPTC F16，所述PPTC F16接所述TVS管TVS16并接A+_7端，所述TVS管TVS16接A_GND；

所述端口J8的3号脚接所述PPTC F14，所述PPTC F14接所述TVS管TVS14并接B-_7端口，所述TVS管TVS14接A_GND；

所述气体放电管QT21一端接地，另一端接A_GND。

作为本技术方案的进一步改进，还包括电平切换电路，所述电平切换电路中包括芯片 M1、U1、U2、U3、U4，信号切换继电器，其中，

所述芯片M1的2号脚接4号脚并接GND，9号脚接A_5V，10号脚接14号脚并接A_GND，13号脚接A_GND；

所述芯片U1的1号脚接电容C1并接3.3V_MCU，2号脚接所述电容C1另一端并接GND，8号脚接GND，9号脚接A_GND，15号脚接电容C2并接A_GND，16号脚接所述电容C2另一端并接A_5V；

所述芯片U2的1号脚接A_5V，6号脚接A_GND；

所述芯片U3的2号脚接3号脚，5号脚接A_GND，8号脚接A_5V；

所述芯片U4的1号脚接电容C11，所述电容C11另一端接3号脚，2号脚接电容C13， 4号脚接电容C12，所述电容C12另一端接5号脚，6号角接电容C14，所述电容C14另一端接所述电容C13另一端后接15号脚并接A_GND，13号脚接TVS管TVS2，所述TVS管TVS2 接A_GND，14号脚接TVS管TVS1，所述TVS管TVS1接A_GND；

所述信号切换继电器一端接二极管D1并接发光二极管D2，所述信号切换继电器另一端接三极管Q1的3脚并接电阻R2、所述二极管D1另一端，所述电阻R2接所述发光二极管D2另一端，所述三极管Q1的1脚接电阻R1，所述电阻R1接电阻R3，所述三极管Q1 的2脚接所述电阻R3另一端并接GND。

作为本技术方案的进一步改进，所述电源板中设有法拉电容，并且设置有断电控制电路，其中，所述断电控制电路包括端口J1，集成电路U1、U2、U3、U4、DC1，

所述端口J1的1号脚接电阻F1，所述电阻F1接气体放电管QT2，并接BL2、BL3、TVS管TVS1以及二极管D3，所述气体放电管QT2接气体放电管QT1并接地，所述气体放电管 QT1接BL1、电容C19、C20并接所述BL2另一端、所述TVS管TVS1另一端后接GND，所述 BL1接地，所述二极管D3接所述电容C19另一端、所述电容C20另一端；

所述集成电路DC1的1号脚接GND，2号脚接+24V，3号脚接电容C8、C9并接A_5V， 5号脚接所述电容C8、C9另一端并接A_GND；

所述集成电路U1的1号脚接电容C1，所述电容C1接8号脚，2号角接电容C5、C6， 3号脚接电阻R3，4号脚接电阻R5，所述电阻R5接所述电阻R3另一端、所述电容C5、C6 另一端并接地，5号脚接电阻R1、R6，所述电阻R6接电阻R8，所述电阻R1接电容C2、C3、C4、C40、C41并接电感L1，所述电感L1接8号脚，6号脚接电阻R2并接电容C7，所述电阻R2接电容C10，所述电容C7、C10接所述电阻R8另一端并接地，7号脚接稳压管D1并接所述电容C2、C3、C4、C40、C41另一端，所述稳压管D1接所述电感L1另一端；

所述集成电路U2的1号脚接电容C12，所述电容C12接稳压管D2并接6号脚，稳压管D2接电容C42、C43，2号脚接GND，3号脚接电阻R9，4号脚接电阻R10，所述电阻R10 接电容C13、C14、C16、C17、C18并接电阻R11，电阻R11接电容C15，5号脚接所述电容 C13、C14另一端，6号角接电感L2，所述电感L2接所述电容C15、C16、C17、C18、C42、 C43另一端并接所述电阻R9另一端；

所述集成电路U3的1号脚接电容C21，所述电容C21接稳压管D4并接6号脚，稳压管D4接电容C44、C45并接GND，2号脚接GND，3号脚接电阻R18，4号脚接5号脚并接电容C26、C27，所述电容C26、C27接电阻R19并接电容C25、C29、C30、C31，所述电阻 R19接电容C28，6号脚接电感L3，所述电感L3接稳压管D5并接所述电容C28、C29、C30、 C31、C44、C45另一端，所述稳压管D5接电阻R15并接3.3V_MCU，所述电阻R15接所述电容C25另一端；

所述集成电路U4的1号脚接电容C32，所述电容C32接8号脚，2号脚接电容C36、C37，3号脚接电阻R24，4号脚接电阻R25，所述电阻R25接所述电容C36、C37以及所述电阻R24另一端并接GND，5号脚接电阻R22、R26，6号脚接电阻R23、电容C38，所述电阻R23接电容C39，所述电阻R27接所述电容C38、C39另一端，7号脚接稳压管D7并接电容C33、C34、C35，8号脚接电感L4并接稳压管D7另一端，电感L4接所述电容C33、 C34、C35另一端以及所述电阻R22另一端并接稳压管D6，所述稳压管D6接电阻R12、R16、 R21、三极管Q1的3脚，所述电阻R21接电阻R20，所述电阻R16并联有稳压管D8，所述电阻R16接电容C22，所述电容C22接GND，所述电阻R12接三极管Q2的3脚，三极管Q2 的1脚接点电阻R13，所述电阻R13接电阻R14，所述三极管Q2的2脚接所述电阻R14另一端并接GND。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

该微云分布式边缘计算智能处理设备中，通过设有多个工业用低速端口(RS485/RS232) 和RJ45高速端口，适合于大量传统有线工业设备的同时接入和数据高速传输，还能对接入设备进行供电控制，通过多种无线通讯手段，能很好的对接不同的低功耗无线物联网设备，丰富的内部接口可以扩展出各种专业功能，并且整机采用全铝合金外壳，外部物理端口采用全防水设计，使得整机防护等级可达IP67级别，特别适合应用于野外，恶劣工况及复杂的电磁波环境中长期稳定运行。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的核心计算板结构图；

图3为本实用新型的IO控制板、端口保护及切换板结构图；

图4为本实用新型的电源板结构图；

图5为本实用新型的组合保护电路图；

图6为本实用新型的电平切换电路之一示意图；

图7为本实用新型的电平切换电路之二示意图；

图8为本实用新型的电平切换电路之三示意图；

图9为本实用新型的电平切换电路之四示意图；

图10为本实用新型的电平切换电路之五示意图；

图11为本实用新型的电平切换电路之六示意图；

图12为本实用新型的断电控制电路之一示意图；

图13为本实用新型的断电控制电路之二示意图；

图14为本实用新型的断电控制电路之三示意图；

图15为本实用新型的断电控制电路之四示意图；

图16为本实用新型的断电控制电路之五示意图；

图17为本实用新型的断电控制电路之六示意图；

图18为本实用新型的切换控制流程图。

具体实施方式

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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

请参阅图1-图10所示，本实施例提供微云分布式边缘计算智能处理设备，包括铝合金外壳，铝合金外壳内设有核心计算板、IO控制板、端口保护及切换板和电源板，核心计算板与IO控制板双向连接，核心计算板连接端口保护及切换板，IO控制板连接端口保护及切换板，IO控制板连接电源板，其中核心计算板用于提供计算能力并提供扩展插槽，IO 控制板用于接收核心计算板的指令并进行数据传输交换，端口保护及切换板用于对外部端口的切换和保护，电源板用于实时监控外部供电的电压及电流情况。

本计算核心硬件配置中CPU为四核Cortex-A72处理器@1.5GHz，内存为4G/8G的DDR3，存储容量为16/32G；有线通讯接口中具有八路防雷防静电全隔离全独立RS485/RS232软件可切换端口，八路可控输出电源，单路最大支持1A，合计不超过5A，有线网络采用两路RJ45端口，一路支持10/100/1000M自适应，一路支持10/100M自适应；无线通讯方式采用防水SMA天线接口，一路WIFI/BT，一路4G-LTE，一路GNSS，一路LORA，支持双频WIFI， 4G-LTE全网通，蓝牙5.0以及GNSS卫星定位、LORA网关；内部扩展功能有三路MiniPcie、一路USB2.0接口，八路馈电端口输出电流实时监测，可设置保护电流阈值，配合八路可控电源可实现输出短路及过流保护，一路高精度RTC实时时钟；防护等级及物理参数为全铝合金外壳，全端口防尘防水IP67设计，整机尺寸为200*150*80mm，整机重量＜2.5KG，电源为DC12V-24V±20％，整机功耗≤10W(无外接馈电设备)，工作环境温度范围-30℃—75℃。

核心计算板采用基于树莓派CM4核心板为基础的高性能四核心CPU，大容量RAM并搭载Linux操作系统，内部通过原生USB2.0端口加上FE2.1高速七端口USB2.0集线器控制芯片扩展7路USB2.0端口，分别产生3路MINIPCIE插槽，三路USB2.0及一路LAN9500Ai 芯片转换的10/100M自适应网卡，其中两路MINIPCIE插槽带有SIM卡槽接入EC20等4G/5G 网卡，同时CM4核心板内置双频WIFI和蓝牙5.0功能，LORA网关功能和GNSS高精度定位功能可通过剩余的MINIPCIE进行扩展。IIC总线的PCF8563可提供高精度实时时钟，各硬件均有独立的电流保护芯片进行防护，CM4核心计算板反向安装于PCB底部，CPU散热外壳与铝合金外壳紧密结合，能够完美解决散热问题。

IO控制板采用两块FT4232USB设备芯片分别通过两路USB2.0转换出8路串口作为外部低速工业总线，IO控制板内置了STM32单片机，由STM32单片机对IIC总线的2块4通道高精度ADC芯片ADS1115和IO口进行实际控制，上下位机之间采用内部串口通过自定义协议进行通讯，上位机通过命令可获取8路外部端口的馈电电流，控制8路外部端口的馈电使能及对8路外部端口的总线模式进行控制，多种功能配合使用可实现端口馈电的过流及短路保护，内置18B20温度传感器，在极寒环境下可自动开启加热模式，在高温环境下可自动开启内部均热风扇。

端口保护及切换板与IO控制板通过板载连接器直接相连，用于对外部端口的切换和保护，设有由磁隔离芯片，外部TVS与气体放电管的组合保护电路，使外部8路端口可抵抗±30KV静电及雷击干扰，在极端通讯环境下提供稳定的工作条件，同时通过切换芯片和RS232/RS485总线驱动芯片可以在RS232和RS485两种串行总线模式之间自由切换。

由于外部RS485或RS232总线的通讯距离较远，超长的通讯电缆裸露在外会成为雷击电流的耦合通道，而总线的输入端容易串入±30KV的静电，从而导致总线驱动电路的损坏，严重时还能波及整个电路，为了保护电路，组合保护电路包括端口J8，气体放电管QT21，PPTC F14、F16，TVS管TVS14、TVS16，电阻R18，其中，

端口J8的1号脚接A_GND，端口J8的2号脚接PPTC F16，PPTC F16接TVS管TVS16 并接A+_7端，TVS管TVS16接A_GND；

端口J8的3号脚接PPTC F14，PPTC F14接TVS管TVS14并接B-_7端口，TVS管TVS14接A_GND；

气体放电管QT21一端接地，另一端接A_GND。

本电路通过TVS管，气体放电管及PPTC等元件组成了一个与大地之间的三级限流及泄放系统，从而解决了雷击和静电的防护问题，TVS保护电压可选择15V，气体放电管保护电压可选择75V，PPTC限制电流可选择0.1A，当雷击或静电进入电路后会进入PPTC，PPTC本身具有一定的内阻，可对电流进行限制，当电流变大时，PPTC会急剧发热，内阻陡然升高，从而限制了电流的增加，而后的TVS在电压高于15V后开启，对A_GND之间进行放电，当A_GND与设备外壳接地点的电压高于75V后，气体放电管开启，完成整个雷击电流或±30KV静电电压的限制和泄放。

本电路为八路组合保护电路之一，另外七路组合保护电路结构组成与本电路一致。

为了实现通过单个I/O口控制UART-TTL电平与RS232和RS485总线电平的切换，还包括电平切换电路，电平切换电路中包括芯片M1、U1、U2、U3、U4，信号切换继电器，其中，

芯片M1的2号脚接4号脚并接GND，9号脚接A_5V，10号脚接14号脚并接A_GND， 13号脚接A_GND；

芯片U1的1号脚接电容C1并接3.3V_MCU，2号脚接电容C1另一端并接GND，8号脚接GND，9号脚接A_GND，15号脚接电容C2并接A_GND，16号脚接电容C2另一端并接A_5V；

芯片U2的1号脚接A_5V，6号脚接A_GND；

芯片U3的2号脚接3号脚，5号脚接A_GND，8号脚接A_5V；

芯片U4的1号脚接电容C11，电容C11另一端接3号脚，2号脚接电容C13，4号脚接电容C12，电容C12另一端接5号脚，6号角接电容C14，电容C14另一端接电容C13另一端后接15号脚并接A_GND，13号脚接TVS管TVS2，TVS管TVS2接A_GND，14号脚接TVS 管TVS1，TVS管TVS1接A_GND；

信号切换继电器一端接二极管D1并接发光二极管D2，信号切换继电器另一端接三极管Q1的3脚并接电阻R2、二极管D1另一端，电阻R2接发光二极管D2另一端，三极管 Q1的1脚接电阻R1，电阻R1接电阻R3，三极管Q1的2脚接电阻R3另一端并接GND。

来自MCU或核心板的UART总线的TTL电平和切换控制的TTL电平信号通过插座M1进入磁隔离芯片π141M31，通过π141M31的磁电隔离后在进入双刀双掷切换芯片RS2105XN，由切换控制电平可控制RS2105XN输出到RS232总线驱动芯片MAX232还是RS485总线驱动芯片MAX13488，而后两个总线驱动芯片输出的RS232或RS485总线电平再接入信号切换继电器G6K-2G-Y，还是通过切换控制的TTL电平来控制当前输出的总线电平是RS232或RS485，从而实现了单I/O口控制的总线类型切换和磁隔离保护。

为了解决在恶劣工况条件下外部供电的不稳定性，电源板中设有法拉电容，并且设置有断电控制电路，其中，断电控制电路包括端口J1，集成电路U1、U2、U3、U4、DC1，

端口J1的1号脚接电阻F1，电阻F1接气体放电管QT2，并接BL2、BL3、TVS管TVS1 以及二极管D3，气体放电管QT2接气体放电管QT1并接地，气体放电管QT1接BL1、电容 C19、C20并接BL2另一端、TVS管TVS1另一端后接GND，BL1接地，二极管D3接电容C19 另一端、电容C20另一端；

集成电路DC1的1号脚接GND，2号脚接+24V，3号脚接电容C8、C9并接A_5V，5号脚接电容C8、C9另一端并接A_GND；

集成电路U1的1号脚接电容C1，电容C1接8号脚，2号角接电容C5、C6，3号脚接电阻R3，4号脚接电阻R5，电阻R5接电阻R3另一端、电容C5、C6另一端并接地，5号脚接电阻R1、R6，电阻R6接电阻R8，电阻R1接电容C2、C3、C4、C40、C41并接电感L1，电感L1接8号脚，6号脚接电阻R2并接电容C7，电阻R2接电容C10，电容C7、C10接电阻R8另一端并接地，7号脚接稳压管D1并接电容C2、C3、C4、C40、C41另一端，稳压管 D1接电感L1另一端；

集成电路U2的1号脚接电容C12，电容C12接稳压管D2并接6号脚，稳压管D2接电容C42、C43，2号脚接GND，3号脚接电阻R9，4号脚接电阻R10，电阻R10接电容C13、 C14、C16、C17、C18并接电阻R11，电阻R11接电容C15，5号脚接电容C13、C14另一端， 6号角接电感L2，电感L2接电容C15、C16、C17、C18、C42、C43另一端并接电阻R9另一端；

集成电路U3的1号脚接电容C21，电容C21接稳压管D4并接6号脚，稳压管D4接电容C44、C45并接GND，2号脚接GND，3号脚接电阻R18，4号脚接5号脚并接电容C26、 C27，电容C26、C27接电阻R19并接电容C25、C29、C30、C31，电阻R19接电容C28，6 号脚接电感L3，电感L3接稳压管D5并接电容C28、C29、C30、C31、C44、C45另一端，稳压管D5接电阻R15并接3.3V_MCU，电阻R15接电容C25另一端；

集成电路U4的1号脚接电容C32，电容C32接8号脚，2号脚接电容C36、C37，3号脚接电阻R24，4号脚接电阻R25，电阻R25接电容C36、C37以及电阻R24另一端并接GND， 5号脚接电阻R22、R26，6号脚接电阻R23、电容C38，电阻R23接电容C39，电阻R27接电容C38、C39另一端，7号脚接稳压管D7并接电容C33、C34、C35，8号脚接电感L4并接稳压管D7另一端，电感L4接电容C33、C34、C35另一端以及电阻R22另一端并接稳压管D6，稳压管D6接电阻R12、R16、R21、三极管Q1的3脚，电阻R21接电阻R20，电阻 R16并联有稳压管D8，电阻R16接电容C22，电容C22接GND，电阻R12接三极管Q2的3 脚，三极管Q2的1脚接点电阻R13，电阻R13接电阻R14，三极管Q2的2脚接电阻R14 另一端并接GND。

当外部供电异常时可起到缓冲作用，同时实时监控外部供电的电压及电流情况，通过软件算法可实现在突然断电后系统的自动关闭，核心计算板和IO控制板电源的上电和掉电时序由STM32单片机进行严格控制，保证了系统的长期稳定运行，软件算法包括综合供电控制、核心板供电流程和核心板断电自动关机流程，其中

综合供电控制：外部直流24V供电经过“电源进线滤波及防雷电路”后输入“DC/DC转换电路”和“MCU专用DC/DC”，同时经过“输入电压采样电路”输入“MCU控制器”并通过内部ADC将输入电压转换成数字量，在“DC/DC使能控制”开启后“DC/DC转换电路”将直流24V转换为直流5V后输入“法拉电容组”，而后经过“MOS管负载开关”的控制，输入到“核心板”，同时“法拉电容组”的电压信号进过“法拉电容充电电压采样电路”输入“MCU控制器”，并通过内部ADC将输入电压转换成数字量。

核心板供电流程：当外部电源输入后，MCU开始工作，首先通过“输入电压采样”连续检测输入电压是否在正常范围内，当连续检测数秒后，如果输入电压一直是稳定在24V的±25％范围内，则认为输入电压正常，并通过“DC/DC使能控制”引脚开启“DC/DC转换电路”，而后再通过“法拉电容充电电压采样”连续检测输入电压是否达到直流5V，法拉电容的充电有一个时间过程，当法拉电容充电到5V以后，则MCU通过“开关控制”引脚开启“MOS管负载开关”，从而开启“核心板”的供电。

核心板断电自动关机流程：MCU通过连续检测“输入电压”和“法拉电容充电电压”，并连续比较两个电压值，当“输入电压”超出24V的+25％至-50％范围后，认为设备已经处于断电或输入电压不正常的状态，则MCU通过“UART通讯”总线，向“核心板”发送“关机命令”，并同时检测“核心板开关机指示”的逻辑电平，当“核心板开关机指示”为低电平时，则证明“核心板”已经正确执行了“关机指令”，然后通过“开关控制”引脚关闭“MOS管负载开关”，则核心板断电，最后通过“DC/DC使能控制”引脚关闭“DC/DC 转换电路”，完成整个关机逻辑控制。

本实施例的微云分布式边缘计算智能处理设备，在具体使用时，通过以大容量法拉电容为后备电源，使用多路ADC对输入电压和电流采样后通过算法进行二向化状态判定，当短暂性掉电时，可通过法拉电容进行持续供电；当突然性断电时，可通过硬件IO和内部通讯总线控制核心板操作系统进行自动关机操作，保护切换板采用隔离电源，磁隔离芯片，单I/O口切换控制，信号继电器及RS232/RS485总线驱动芯片将UART串口任意转换为RS232 或者RS485总线电平，并在同一五芯接口上实现不同总线电平，即RS232方式：RX，TX， RS232接地，馈电正端，馈电负端；RS485方式：A+，B-，RS485接地，馈电正端，馈电负端，另外能通过软件进行独立使能控制，且能对端口馈电的负载情况进行实时监测的多路馈电控制系统，每一路馈电都可通过算法对外部负载的过流及短路故障进行保护；

应用于中小型场景如小型桥梁等区域性监测对象中，通过单台智能处理设备可接入全部传感器，在未配置后端数据及WEB发布服务器的情况下，可以直接作为数据处理和WEB 发布服务器使用，用户可通过内置的VPN等软件直接通过WEB网页的方式查看和配置智能处理设备。可节约大笔网络通讯和云服务器的开销；

应用于于大型和超大型场景中，监测环境复杂，传感器较多，例如在大型桥梁及隧道中的各种监测，可划分多个监测区域，实施分布式管理，采用多台智能处理设备对每个区域中的传感器进行管理和数据采集，在前端进行数据分析并得出结果后，再向服务器端发送成果数据，可减轻90％以上的数据通讯和服务器的计算负载。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.微云分布式边缘计算智能处理设备，包括铝合金外壳，其特征在于：所述铝合金外壳内设有核心计算板、IO控制板、端口保护及切换板和电源板，所述核心计算板与所述IO控制板双向连接，所述核心计算板连接所述端口保护及切换板，所述IO控制板连接所述端口保护及切换板，所述IO控制板连接所述电源板，其中所述核心计算板用于提供计算能力并提供扩展插槽，所述IO控制板用于接收核心计算板的指令并进行数据传输交换，所述端口保护及切换板用于对外部端口的切换和保护，所述电源板用于实时监控外部供电的电压及电流情况。

2.根据权利要求1所述的微云分布式边缘计算智能处理设备，其特征在于：所述核心计算板采用四核心CPU，并搭载Linux操作系统，内部通过原生USB2.0端口加上FE2.1高速七端口USB2.0集线器控制芯片扩展7路USB2.0端口，分别产生3路MINIPCIE插槽，三路USB2.0及一路芯片转换的自适应网卡，其中两路MINIPCIE插槽带有SIM卡槽接入网卡，内置双频WIFI和蓝牙5.0功能，核心计算板反向安装于PCB底部，CPU散热外壳与铝合金外壳紧密结合。

3.根据权利要求1所述的微云分布式边缘计算智能处理设备，其特征在于：所述IO控制板采用两块设备芯片分别通过两路USB2.0转换出8路串口作为外部低速工业总线，IO控制板内置了STM32单片机，由STM32单片机对IIC总线的2块4通道高精度ADC芯片ADS1115和IO口进行实际控制，上下位机之间采用内部串口通过自定义协议进行通讯，内置温度传感器。

4.根据权利要求1所述的微云分布式边缘计算智能处理设备，其特征在于：所述端口保护及切换板与所述IO控制板通过板载连接器直接相连，设有由磁隔离芯片，外部TVS与气体放电管的组合保护电路。

5.根据权利要求4所述的微云分布式边缘计算智能处理设备，其特征在于：所述组合保护电路包括端口J8，气体放电管QT21，PPTC F14、F16，TVS管TVS14、TVS16，电阻R18，其中，

所述端口J8的1号脚接A_GND，所述端口J8的2号脚接所述PPTC F16，所述PPTC F16接所述TVS管TVS16并接A+_7端，所述TVS管TVS16接A_GND；

所述端口J8的3号脚接所述PPTC F14，所述PPTC F14接所述TVS管TVS14并接B-_7端口，所述TVS管TVS14接A_GND；

所述气体放电管QT21一端接地，另一端接A_GND。

6.根据权利要求1所述的微云分布式边缘计算智能处理设备，其特征在于：还包括电平切换电路，所述电平切换电路中包括芯片M1、U1、U2、U3、U4，信号切换继电器，其中，

所述芯片M1的2号脚接4号脚并接GND，9号脚接A_5V，10号脚接14号脚并接A_GND，13号脚接A_GND；

所述芯片U1的1号脚接电容C1并接3.3V_MCU，2号脚接所述电容C1另一端并接GND，8号脚接GND，9号脚接A_GND，15号脚接电容C2并接A_GND，16号脚接所述电容C2另一端并接A_5V；

所述芯片U2的1号脚接A_5V，6号脚接A_GND；

所述芯片U3的2号脚接3号脚，5号脚接A_GND，8号脚接A_5V；

所述芯片U4的1号脚接电容C11，所述电容C11另一端接3号脚，2号脚接电容C13，4号脚接电容C12，所述电容C12另一端接5号脚，6号角接电容C14，所述电容C14另一端接所述电容C13另一端后接15号脚并接A_GND，13号脚接TVS管TVS2，所述TVS管TVS2接A_GND，14号脚接TVS管TVS1，所述TVS管TVS1接A_GND；

所述信号切换继电器一端接二极管D1并接发光二极管D2，所述信号切换继电器另一端接三极管Q1的3脚并接电阻R2、所述二极管D1另一端，所述电阻R2接所述发光二极管D2另一端，所述三极管Q1的1脚接电阻R1，所述电阻R1接电阻R3，所述三极管Q1的2脚接所述电阻R3另一端并接GND。

7.根据权利要求1所述的微云分布式边缘计算智能处理设备，其特征在于：所述电源板中设有法拉电容，并且设置有断电控制电路，其中，所述断电控制电路包括端口J1，集成电路U1、U2、U3、U4、DC1，

所述端口J1的1号脚接电阻F1，所述电阻F1接气体放电管QT2，并接BL2、BL3、TVS管TVS1以及二极管D3，所述气体放电管QT2接气体放电管QT1并接地，所述气体放电管QT1接BL1、电容C19、C20并接所述BL2另一端、所述TVS管TVS1另一端后接GND，所述BL1接地，所述二极管D3接所述电容C19另一端、所述电容C20另一端；

所述集成电路DC1的1号脚接GND，2号脚接+24V，3号脚接电容C8、C9并接A_5V，5号脚接所述电容C8、C9另一端并接A_GND；

所述集成电路U1的1号脚接电容C1，所述电容C1接8号脚，2号角接电容C5、C6，3号脚接电阻R3，4号脚接电阻R5，所述电阻R5接所述电阻R3另一端、所述电容C5、C6另一端并接地，5号脚接电阻R1、R6，所述电阻R6接电阻R8，所述电阻R1接电容C2、C3、C4、C40、C41并接电感L1，所述电感L1接8号脚，6号脚接电阻R2并接电容C7，所述电阻R2接电容C10，所述电容C7、C10接所述电阻R8另一端并接地，7号脚接稳压管D1并接所述电容C2、C3、C4、C40、C41另一端，所述稳压管D1接所述电感L1另一端；

所述集成电路U2的1号脚接电容C12，所述电容C12接稳压管D2并接6号脚，稳压管D2接电容C42、C43，2号脚接GND，3号脚接电阻R9，4号脚接电阻R10，所述电阻R10接电容C13、C14、C16、C17、C18并接电阻R11，电阻R11接电容C15，5号脚接所述电容C13、C14另一端，6号角接电感L2，所述电感L2接所述电容C15、C16、C17、C18、C42、C43另一端并接所述电阻R9另一端；

所述集成电路U3的1号脚接电容C21，所述电容C21接稳压管D4并接6号脚，稳压管D4接电容C44、C45并接GND，2号脚接GND，3号脚接电阻R18，4号脚接5号脚并接电容C26、C27，所述电容C26、C27接电阻R19并接电容C25、C29、C30、C31，所述电阻R19接电容C28，6号脚接电感L3，所述电感L3接稳压管D5并接所述电容C28、C29、C30、C31、C44、C45另一端，所述稳压管D5接电阻R15并接3.3V_MCU，所述电阻R15接所述电容C25另一端；

所述集成电路U4的1号脚接电容C32，所述电容C32接8号脚，2号脚接电容C36、C37，3号脚接电阻R24，4号脚接电阻R25，所述电阻R25接所述电容C36、C37以及所述电阻R24另一端并接GND，5号脚接电阻R22、R26，6号脚接电阻R23、电容C38，所述电阻R23接电容C39，所述电阻R27接所述电容C38、C39另一端，7号脚接稳压管D7并接电容C33、C34、C35，8号脚接电感L4并接稳压管D7另一端，电感L4接所述电容C33、C34、C35另一端以及所述电阻R22另一端并接稳压管D6，所述稳压管D6接电阻R12、R16、R21、三极管Q1的3脚，所述电阻R21接电阻R20，所述电阻R16并联有稳压管D8，所述电阻R16接电容C22，所述电容C22接GND，所述电阻R12接三极管Q2的3脚，三极管Q2的1脚接点电阻R13，所述电阻R13接电阻R14，所述三极管Q2的2脚接所述电阻R14另一端并接GND。

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