CN220421851U - 一种多功能物联网网关设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多功能物联网网关设备，网关设备包括主控器、网关模块、RS485通讯模块、定位模块以及移动通信模块；主控器分别与网关模块、RS485通讯模块以及移动通信模块耦接；RS485通讯模块分别与定位模块以及网关模块耦接。通过采用上述物联网网关设备，对设备使用现场的4‑20mA模拟量和开关量信号进行采集，然后实现与云平台的交互，达到远程监控和修改网关设备各个参数的目的，同时对物联网关设备进行设备定位，能快速定位故障设备并解决问题，提高了工作效率。

Description

一种多功能物联网网关设备

技术领域

本申请涉及电机控制的技术领域，尤其是涉一种多功能物联网网关设备。

背景技术

MODBUS通信协议是一种主从式串行异步半双工通信协议。采用主从式通信结构，可以使一个主站对多个从站进行双向通信。协议制定了主站的查询格式，从站回应消息格式也由协议制定。以上优点使得MODBUS通信比较灵活。同时RS485通信也比较稳定和成熟，通信也比较简单，工业现场存在着大量的串口仪表，用物联网关设备进行采集比较方便和实惠，可以快速的将现场的串口仪表数据采集到网关，最后利用标准物联网协议将数据上报到云平台。

当工业现场存在着少量的4-20mA模拟信号和数字量信号，比如设备故障信号和运行信号需要上报物联网关就需要通过PLC或者IO模块采集后再与物联网关模块通信。工业现场的数据类型也是多种多样的，传统的物联网关设备一般都不能直接采集4-20mA的模拟量信号和数字量信号，导致传统的物联网关就存在局限性。

因此，亟需一种多功能物联网网关设备来解决当前技术存在的问题。

实用新型内容

本申请提供一种多功能物联网网关设备，对设备使用现场的4-20mA模拟量和开关量信号进行采集，然后实现与云平台的交互，达到远程监控和修改网关设备各个参数的目的，同时对物联网关设备进行设备定位，能快速定位故障设备并解决问题，提高了工作效率。

本申请提供一种多功能物联网网关设备，网关设备包括主控器、网关模块、RS485通讯模块、定位模块以及移动通信模块；主控器分别与网关模块、RS485通讯模块以及移动通信模块耦接；RS485通讯模块分别与定位模块以及网关模块耦接。

可选的，网关模块包括A/D转换器；A/D转换器用于接收现场模拟量信号输入，并现场模拟量信号转换后输入至主控器中。

可选的，定位模块包括北斗定位终端以及GPS定位终端；定位模块用于通过物联网通信协议将定位信息传输至云端设备。

可选的，RS485通讯模块用于将定位模块的定位信息传输至网关模块。

可选的，RS485通讯模块还用于实现与现场设备的通信。

可选的，移动通信模块用于实现网关设备与3G移动通信网络或4G移动通信网络的据传输。

可选的，主控模块用于运行包括路由协议、防火漆协议以及VPN中的一种或多种协议。

可选的，网关模块用于将定位模块的定位信号传输至云端设备

与相关技术相比，本申请能够实现以下有益效果：

本申请通过上述物联网网关设备，对各工业现场和工商福用户的重要参数进行采集，不仅可以对串口设备进行采集，也可以对现场的4-20mA模拟量和开关量信号进行采集，然后实现与云平台的交互，达到远程监控和修改物联网关各参数的目的。同时对物联网网关设备进行设备定位，能快速定位故障设备并解决问题，提高了工作效率。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种多功能物联网网关设备的结构示意图。

附图标记：10、主控器；20、网关模块；30、RS485通讯模块；40、定位模块；50、移动通信模块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”或“耦接”应做广义理解，例如，“相连”、 “连接”或“耦接”除了可以是指物理上的连接，还可以是指电连接或信号连接，例如，可以是直接相连，即物理连接，也可以通过中间至少一个元件间接相连，只要达到电路相通即可，还可以是两个元件内部的连通；信号连接除了可以通过电路进行信号连接外，也可以是指通过媒体介质进行信号连接，例如，无线电波。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例中的多功能物联网网关设备不仅可以用在工业现场，也可以用在燃气工商福用户的燃气使用过程中，来对燃气浓度等参数进行采集。工商福用户都比较分散，同时工商福用户的安全意识相对比较薄弱，这就更需要某种设备可以准确快捷的将燃气浓度等报警信号上报到云平台。多功能物联网关设备可以应用于无人职守的各分布式现场，它可以快捷的对各工业现场和工商福用户的重要参数进行采集，它不仅可以对串口设备进行采集，也可以对现场的4-20mA模拟量和开关量信号进行采集，然后实现与云平台的交互，达到远程监控和修改网关设备各个参数的目的，同时对物联网关设备进行设备定位，能快速定位故障设备并解决问题，大大提高了工作效率。物联网网关设备不仅给平台维护和售后服务带来了便利，也会给安全生产和社会稳定提供保障。

在本申请实施例提供一种多功能物联网网关设备，如图1所示，网关设备包括主控器10、网关模块20、RS485通讯模块30、定位模块40以及移动通信模块50；主控器10分别与网关模块20、RS485通讯模块30以及移动通信模块50耦接；RS485通讯模块30分别与定位模块40以及网关模块20耦接。

本申请实施例中通过网关模块20的断电检测功能对设备供电情况进行实时监测。其中相关技术具体包括：电源状态监测、电池电量监测、心跳信号监测以及备用电源监测。

电源状态监测：物联网网关可以通过检测电源输入端的电压或电流来判断供电情况。当电源正常供电时，电压或电流值处于正常范围内；而在断电或异常情况下，电压或电流值会发生变化，网关模块20可以通过检测这些变化来判断供电情况。电池电量监测：对于使用电池供电的物联网设备，网关模块20可以监测电池电量来判断供电情况。网关模块20可以定期读取电池电量信息，并根据设定的阈值判断电池是否即将耗尽或已经耗尽，从而判断供电是否正常。

心跳信号监测：网关设备会定期发送心跳信号给网关模块20，以表明设备的正常运行。当物联网网关在一定时间内未收到设备的心跳信号时，可以判断设备可能断电或出现故障。

备用电源监测：网关设备配备备用电源，例如UPS不间断电源或备用电池。通过监测备用电源的状态，可以判断主要电源是否断电。例如，当主要电源断电时，备用电源会自动接管供电，网关模块20可以通过检测备用电源的状态来判断主电源是否正常。本申请实施例中，以上方式可以单独或组合使用，根据具体的物联网网关设备的需求进行选择和实现，本申请在此不做多过赘述。

断电检测功能可以提高设备的可靠性和稳定性，及时发现供电问题，并采取相应的措施以确保设备的正常运行。在一种可能的实施方式中，网关模块20包括A/D转换器；A/D转换器用于接收现场模拟量信号输入，并现场模拟量信号转换后输入至主控器10中。

在本申请中4-20mA模拟量信号是一种常用的工业控制领域中的模拟信号传输方式。它是指在一个电路中，模拟量的数值通过电流的大小来表示，电流范围从4mA到20mA。

在一种可能的实施方式中，定位模块40包括北斗定位终端以及GPS定位终端；定位模块40用于通过物联网通信协议将定位信息传输至云端设备。

定位模块40集成了北斗定位终端和GPS定位终端，能够快速、有效、精确的定位设备当前位置。如图1所示，为了方便传输网关设备的具体位置信息，方便追溯，通过开发串口通信协议，实现了与网关模块20的通信功能，之后可以利用物联网通信协议将定位信息远传到云平台、云服务器等云端设备中。

在一种可能的实施方式中，RS485通讯模块30用于将定位模块40的定位信息传输至网关模块20。

在一种可能的实施方式中，RS485通讯模块30还用于实现与现场设备的通信。

本申请实施例中，RS485通讯模块30用于实现网关模块20与定位模块40的通信功能，将定位信号传送到网关模块20，同时实现与现场串口设备的通信，最后通过物联网通信协议实现物联网关设备的远程定位和数据上报。RS485是一种常用的串口通信协议，用于在远距离和多设备之间进行数据通信。它采用差分信号传输，可以实现长距离通信和多设备的串行通信。RS485通信使用的物理层标准是EIA/TIA-485，它定义了电气特性和信号电平。RS485通信协议支持半双工通信，即数据可以在同一条通信线上双向传输，但不能同时进行发送和接收。通信数据通过数据帧进行传输，帧由起始位、数据位、校验位和停止位组成。通信速率可根据实际需求进行设置，常见的速率有9600bps、19200bps、38400bps等。本申请实施例中，采用RS485通信协议，具有抗干扰能力强、可靠性高、传输速率快等优点，适用于需要长距离传输和多设备通信的场景。

具体来说，在本申请中，物联网通信协议包括以下几种：MQTT（Message QueuingTelemetry Transport）：是一种轻量级的发布/订阅协议，适用于物联网设备和应用之间的实时数据传输和通信。MQTT协议具有低带宽、低功耗和可靠性高等特点，非常适合在不稳定网络环境下使用。CoAPConstrained Application Protocol：是一种专门为物联网设备设计的应用层协议，适用于资源受限的设备和网络环境，CoAP协议支持UDP和DTLS等传输协议，具有低开销、低能耗和安全性好的特点。HTTP（Hypertext Transfer Protocol）：用于传输超文本的协议，在物联网中也广泛应用于设备之间的通信。HTTP协议简单易用，具有广泛的支持和成熟的生态系统，可以通过HTTP接口实现设备的控制和数据传输。DDS（DataDistribution Service）：一种实时数据传输的协议，适用于复杂的分布式系统和实时应用场景。DDS协议支持高效的数据发布和订阅机制，具有高可靠性、低延迟和高扩展性的特点。Zigbee：一种低功耗的无线通信协议，主要用于物联网设备之间的短距离通信。Zigbee协议采用低功耗的IEEE 802.15.4标准，适用于低速率、低功耗和大量节点的场景。上述物联网通信协议各有特点，适用于不同的物联网应用场景和需求。选择合适的通信协议在本申请中，可以实现高效、可靠和安全的物联网设备之间的通信和数据传输。

在一种可能的实施方式中，移动通信模块50用于实现网关设备与3G移动通信网络或4G移动通信网络的据传输。

本申请实施例中，移动通信模块50可以实现设备与3G或4G移动通信网络的连接和数据传输。集成在物联网网关设备中，用于实现设备的远程通信和连接到互联网。3G模块支持第三代移动通信网络，提供较高的数据传输速度和较好的网络覆盖范围，适用于大部分数据传输和互联网接入需求。4G模块支持第四代移动通信网络，提供更高的数据传输速度、更低的延迟和更稳定的网络连接。它适用于对速度和稳定性要求较高的应用场景，如高清视频流媒体、远程监控等。 通过集成3G/4G模块，物联网网关设备可以通过移动通信网络实现与云平台或其他远程设备的通信，实现远程监控、数据传输、远程控制等功能，为物联网应用提供了更广阔的通信范围和便利性。

在一种可能的实施方式中，主控模块用于运行包括路由协议、防火漆协议以及VPN中的一种或多种协议。

具体来说，控制移动通信模块50拨号上网和下线，同时控制外部路由器与Internet的有线连接等功能，维持网关设备的正常运行；对IP数据包进行转发；运行路由协议、防火墙协议、VPN协议等多种通信协议。

在一种可能的实施方式中，网关模块20用于将定位模块40的定位信号传输至云端设备。

本申请能够实现以下有益效果：本申请通过上述物联网网关设备，对各工业现场和工商福用户的重要参数进行采集，不仅可以对串口设备进行采集，也可以对现场的4-20mA模拟量和开关量信号进行采集，然后实现与云平台的交互，达到远程监控和修改物联网关各参数的目的。同时对物联网网关设备进行设备定位，能快速定位故障设备并解决问题，提高了工作效率。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (8)

1.一种多功能物联网网关设备，其特征在于，所述网关设备包括主控器(10)、网关模块(20)、RS485通讯模块(30)、定位模块(40)以及移动通信模块(50)；

所述主控器(10)分别与所述网关模块(20)、所述RS485通讯模块(30)以及所述移动通信模块(50)耦接；

所述RS485通讯模块(30)分别与所述定位模块(40)以及所述网关模块(20)耦接。

2.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，所述网关模块(20)包括A/D转换器；所述A/D转换器用于接收现场模拟量信号输入，并现场模拟量信号转换后输入至所述主控器(10)中。

3.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，所述定位模块(40)包括北斗定位终端以及GPS定位终端；

所述定位模块(40)用于通过物联网通信协议将定位信息传输至云端设备。

4.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，所述RS485通讯模块(30)用于将所述定位模块(40)的定位信息传输至所述网关模块(20)。

5.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，所述RS485通讯模块(30)还用于实现与现场设备的通信。

6.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，所述移动通信模块(50)用于实现网关设备与3G移动通信网络或4G移动通信网络的数据传输。

7.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，所述移动通信模块(50)用于运行包括路由协议、防火漆协议以及VPN中的一种或多种协议。

8.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，所述网关模块(20)用于将所述定位模块(40)的定位信号传输至云端设备。