CN218514524U - 一种多功能无线网关装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多功能无线网关装置，包括金属外壳和PCB板，在PCB板上设有控制模块，PCB板上还分别设有时钟模块、数据存储模块、无线接收发射模块、对外通讯模块、无线天线阵列模块、显示模块、电源模块以及备用电源模块，它们通过PCB板上预设的布线分别与控制模块相连；PCB板上还设有CAN总线接口、RS232接口、RS485接口、LORA、ZigBee、WIFI，通过PCB板上预设的布线分别与对应模块相连。本实用新型兼容多种无线终端节点设备的接入通信；增加备用电源减小意外断电的风险；内部存储可存储一定时间内接收到数据，降低数据丢失的风险；提供多种对外通信端口兼容接入更多系统。

Description

一种多功能无线网关装置

技术领域

本实用新型涉及一种多功能无线网关装置，可以接收多个不同终端节点的无线数据，将通过有线的通信端口提供获取接收到的无线数据，同时可以发送数据给终端节点对终端节点设备进行管理控制。在中短距离范围内实现一个网关与多个终端节点的双向接收和发送数据，特别适合于室内实验室环境下的无线终端设备的控制和管理。

背景技术

无线数据接收和发送的网关，是控制和管理无线终端节点的核心装置，配合多个终端节点组成小型局域网，适合在一些需要安全保密，或者没有移动基站网络的场景应用。特别是一些实验室环境下，需要对仪器和设备的工作状态和数据进行收集，以提高实验室的整体信息数字化水平，提高管理效率和可靠性。由于各种仪器设备较多，不方便进行有线通信布线，使用无线数据通信有免于布线，方便安装的优点，在对需要监控和采集的装置布设无线终端节点以后，需要对所有终端节点进行管理。所以无线数据接收和发送的网关在小型无线局域网系统里面有重要作用和用途。

现有的无线网关装置通常只使用一种无线技术进行通信，但在一些实验室场景下，各种电气仪器设备较多，电磁环境较复杂，也有一些大型金属外壳的设备装置影响无线信号的传播，造成无线数据收发有数据丢失的情况，可靠性不是特别高。而且只使用一种无线技术进行通信，无法兼容使用不同无线技术传输数据的终端节点。

现有的无线网关装置通常只使用外部电源供电，在一些场景下外部电源可能会出现故障或者以外掉电，此时整个设备断电无法运行，无法接收终端节点发送的数据，造成数据丢失。

现有的无线网关装置通常只提供数据双向传输功能，不对接收到的终端节点数据做存储操作，这样也可能造成数据丢失。典型的例子，例如PC机通过以太网线与无线网关装置进行通信，获取终端节点的数据，但是当通信线缆意外断开或者PC机意外故障死机后，就无法将数据进行存储记录，这样可能造成数据的意外丢失。

现有的无线网关装置只提供数据接收发送的双向传输功能，缺乏对终端节点设备的管理和检测，无法及时对终端节点设备的接入和退出，或者以外离线断开做出准确判断和检测。

现有的无线网关装置对外通信交互的端口通常数量和种类比较单一，在使用网关装置时受限于通信交互端口，接入的系统有限，通用性不够好。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的不足，提供的一种多功能无线数据接收和发送的网关装置，支持多种无线收发技术，兼容多种无线终端节点设备的接入，增加内部电源降低意外断电的风险，使用内部存储，存储一定时间内接收到数据，降低数据丢失的风险，提供多种对外通信端口，方便装置接入更多系统。特别适合在各种实验室环境下，对无线终端节点设备的数据双向通信，实现对终端节点的控制和管理。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多功能无线网关装置，包括金属外壳，金属外壳内安装有PCB板，其特征在于：

在PCB板上设有控制模块，PCB板上还分别设有时钟模块、数据存储模块、无线接收发射模块、对外通讯模块、无线天线阵列模块、显示模块、电源控制模块，上述模块通过PCB板上预设的布线分别与控制模块相连；

PCB板上还设有CAN总线接口、RS232接口、RS485接口、 LORA 、ZigBee 、WIFI，它们也通过PCB板上预设的布线分别与对应模块相连。

进一步的技术方案是，PCB板上还分别设有与电源控制模块连接的备用电源模块。

上述技术方案中：

所述无线接收发射模块内含至少两种以上不同技术，提高数据传输的可靠性，并且可以兼容更多种类的无线终端节点设备的接入。无线接收发射模块作为装置与终端节点之间的数据沟通桥梁，无线接收发射模块除了可以接收不同终端节点发送的数据，还可以对任意的无线终端节点设备进行设置和管理，比如收到数据后可发送确认指令，可暂停终端节点的数据发送和修改数据发射的间隔时间等。

所述无线天线阵列模块，内含多种天线种类和数量与使用的无线接收发射模块数量相同。

所述时钟模块，为装置内的其它需要时间触发工作的模块提供时间参考。

所述接收数据存储模块，可以存储最近一定时间内接收到的无线数据。

所述电源控制模块，可以主动控制装置内所有模块的上电和断电，实现装置的开机和关机，可以在外部正常工作时对装置内各模块进行供电。

所述备用电源模块，可以在正常电源模块意外断电的情况下，对装置内的各模块进行供电。

所述对外通信端口模块，为装置与外接上位机之间提供通信渠道，将装置接收到的无线终端节点数据发送给外接的上位机，接收上位机对无线终端节点的控制参数。

所述状态指示模块，可以用于指示电源是否正常供电，对外通信端口模块和无线收发模块的工作状态。

所述控制模块，实现上述功能的智能化和自动化处理。控制模块可以将接收到的无线终端节点数据存储到存储模块，同时将数据送至对外通信端口模块，上位机与通信端口模块之间通过数据协议进行交互，实现数据的相互传递。控制模块可以在正常电源模块断电时将装置的供电电源切换至备用电源模块。控制模块可以将电源模块，对外通信接口模块，无线接收发射模块的工作状态进行显示。

本实用新型设计一种新型多功能无线数据接收和发送的网关装置，提供多种无线收发技术，兼容多种无线终端节点设备的接入通信；额外增加内部备用电源减小装置意外断电的风险，提高可靠性；使用内部存储，可以存储一定时间内接收到数据，降低数据丢失的风险；提供多种对外通信端口，兼容接入更多系统。

附图说明

图1是本实用新型的一种多功能无线网关装置的应用系统框图；

图2是本实用新型一种多功能无线网关装置的结构框图；

图3是本实用新型的一种多功能无线网关装置的示意图；

图3中，1 控制模块，2 时钟模块，3 数据存储模块，4 无线接收发射模块，5 对外通讯模块，6 无线天线阵列模块，7 显示模块， 8 电源模块，9 指示灯，10 CAN总线接口，11RS232接口，12 RS485接口，13 LORA， 14 ZigBee， 15 WIFI 。

具体实施方式

通过下面的实施例可以对本实用新型进行进一步的描述，然而，本实用新型的范围并不限于下述实施例。本领域的专业人员能够理解，在不背离本实用新型的主旨和范围的前提下，可以对本实用新型装置进行各种变化和修饰。

如图1所示，本实用新型提供的一种多功能无线网关装置，其应用系统包括：上位机，上位机通过有线端口与多功能无线网关装置相连，无线数据收发网关装置相连通过无线收发与无线终端节点设备相连。上位机可以是PC机或者其他带有通信接口的控制系统或装置，通过通信协议与网关装置进行数据交换。无线终端节点设备是可以发射无线数据的装置，可以有多个节点设备同时存在，无线终端节点提供的无线技术至少有一种在网关装置支持的无线收发技术范围之内。

如图2所示，本实用新型提供的一种多功能无线网关装置，包括：设置在PCB板上的控制模块，PCB板设置铝合金外壳内。PCB板上分别设有时钟模块、数据存储模块、无线接收发射模块、对外通讯模块、显示模块、电源模块9 指示灯，上述模块通过PCB板上预设的布线分别与控制模块相连；PCB板上还设有CAN总线接口、RS232接口、 RS485接口、 LORA 、ZigBee 、WIFI接口，它们也通过PCB板上预设的布线分别与对应模块相连。无线天线阵列模块设置在铝合金外壳上，通过馈线与无线接收发射模块相连。

如图3所示，PCB板的上中部设有控制模块1；PCB板中部靠右的位置设有无线接收发射模块4；PCB板右边的位置从上至下分别设有显示模块7、指示灯9、CAN总线接口10、RS232接口11 、RS485接口12；PCB板下边中部的位置上分别设有对外通讯模块5、无线天线阵列模块6；PCB板左边的位置从上至下分别设有电源模块8、时钟模块2、数据存储模块3、LORA13、ZigBee14和WIFI15。

本实用新型无线数据收发网关装置的控制装置1，可以对以上模块和功能实现自动化管理和控制。接收无线接收发射模块4传递来的无线数据，从时钟模块2获取时间，将无线数据增加时间参数以后组成新的数据包，如果检测到对外通信模块5与上位机通信建立，直接将数据包发送给上位机，否则将数据包存储在存储模块3内，等到对外通信模块5与上位机通信建立后，将存储的数据再读出，发送至上位机。接收对外通信模块5接收到的参数配置，更新无线终端节点设备的地址列表，将上位机对终端节点的设置参数加上设备地址后打包成新的数据包传递给无线接收发射模块4，然后再发送出去。根据地址列表，对收到的每一个无线终端节点设备数据包的时间进行判断，如果超过一定时间还没收到新的数据包，可以给相应的无线终端节点设备发送心跳检测数据包，等待是否有对应的返回数据，用于检测无线终端节点设备是否离线，如果有存在离线的情况，则控制显示模块7对应状态，并且主动给上位机发送离线报警。检测装置的供电状态，确认是由正常主电源模块8供电还是备用电源模块供电，控制显示模块7对应的指示状态。

本实用新型无线数据收发网关装置的无线接收发射模块4，可以使用多种适合中短距离组网通信的无线接收发射技术，包含Lora13，ZigBee14，Wifi15等无线技术，每一种无线技术对应一个接收发射子模块。综合考虑不同种类的无线技术的优缺点，本实用新型无线数据收发网关装置的无线接收发射技术优先采用ZigBee。无线接收发射模4块除了可以接收不同无线终端节点发送的数据，还可以将上位机对任意无线终端节点的配置参数发送出去，也可以发射接收数据成功的确认命令。在数据发送时，可以按照时间先后顺序依次使用不同的无线接收发射模块4进行发送数据，避免同时发送数据时可能存在干扰，同时为了降低装置无线发射工作时对其它仪器和实验装置干扰的可能性，在满足通信可靠性的前提下尽量减小模块的无线发射功率。

本实用新型无线数据收发网关装置的对外通信模块5，可以提供与外部上位机通信的能力，通信端口总线提供RS485总线12，RS232总线11，CAN总线10，以太网，USB中的一种或多种，提前将通信协议预置在装置的通信模块中，外部上位机通过固定协议与装置完成数据交换。通过对外通信模块5，上位机读取装置接收到的实时无线数据，也可以读取存储模块保存的一段时间内的历史无线数据；上位机也可以对装置进行配置无线终端节点设备的地址列表和需要对无线终端节点设备需要实施的控制参数。

本实用新型无线数据收发网关装置的无线天线阵列模块6，负责对无线信号进行发射和接收，天线阵列模块包含多种天线。一个无线接收发射的子模块对应一个天线，天线和模块之间用相应的信号馈线连接，天线安装固定在设备外壳上。

本实用新型无线数据收发网关装置的状态显示模块7，可以指示装置的工作状态。指示模块可使用多个不同颜色的指示灯，不同颜色指示灯表示不同状态。可以显示装置的供电状态，外接通信模块5工作状态，数据存储状态，无限收发模块接收或者发送数据的指示状态。

本实用新型无线数据收发网关装置的电源控制模块8，用于控制整个装置的供电，控制上电或者断电实现开关机，在开机工作状态下也能控制装置的供电切换，当检测到正常主电源模块掉电时，就切换至备用电源对装置供电；当检测到正常主电源恢复时，就切换到正常主电源对装置供电。

本实用新型无线数据收发网关装置的正常主电源模块8，使用外部AC 110~220V50/60Hz交流供电，带有接地线。正常主电源模块8将外部交流电转换成装置各模块需要的5V或者3.3V低压直流电，对装置内的各模块进行供电。

本实用新型无线数据收发网关装置的备用电源模块8，使用可充电的电池装置，充电能量来源由正常主电源模块8进行提供，在正常主电源模块断电以后，备用电源模块对整个装置提供供电。

本实用新型无线数据收发网关装置的外壳，使用如铝合金这类金属材质，可以避免氧化，又能对各模块提供较好的固定，同时外壳是导体，可以将接地线接在外壳上连接大地，这样内部电源模块发生故障漏电时可避免对人产生危险。

Claims (2)

1.一种多功能无线网关装置，包括金属外壳，金属外壳内安装有PCB板，其特征在于：

在PCB板上设有控制模块，PCB板上还分别设有时钟模块、数据存储模块、无线接收发射模块、对外通讯模块、显示模块、电源控制模块，上述模块通过PCB板上预设的布线分别与控制模块相连；

PCB板上还设有CAN总线接口、RS232接口、RS485接口、 LORA 、ZigBee 、WIFI，它们也通过PCB板上预设的布线分别与对应模块相连；

无线天线阵列模块设置在铝合金外壳上，通过馈线与无线接收发射模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种多功能无线网关装置，其特征在于：PCB板上还分别设有与电源控制模块连接的备用电源模块。

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