一种基于5G网络的5G采集传输终端设备及系统的制作方法

一种基于5g网络的5g采集传输终端设备及系统
技术领域
1.本技术涉及5g网络通信技术领域，尤其涉及一种基于5g网络的5g采集传输终端设备及系统。


背景技术：

2.传统的音视频采集设备需要通过以太网连接到云平台，达到将音视频数据传输到用户端从而达到远程监控的目的。然而，以太网通讯十分依赖电缆，在电缆安装环境无法到达的场景下，以太网的传输速率受到了很大的限制。
3.与以太网不同，5g网络是一种全新的、革命性的、全it技术架构的网络。随着5g网络的快速发展，例如5g手机、5g网络cpe、5g随行wi-fi等5g产品层出不穷，可见5g网络着重于满足物联网灵活多样的需求，因此本技术基于5g网络开发一种5g采集传输终端设备，以替代传统的通过以太网联网的音视频采集设备。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种基于5g网络的5g采集传输终端设备及系统，以解决传统的音视频采集设备通过以太网联网方式所存在的传输速率慢、可移动性差问题。
5.本技术采用的技术方案如下：
6.一种基于5g网络的5g采集传输终端设备，所述终端设备包括主控单元、5g通信单元和数据采集单元，所述终端设备通过若干个无线接口与5g网络进行通信，所述5g通信单元通过usb总线输入输出接口与所述主控单元进行通信，所述数据采集单元通过交换机的以太网口与所述主控单元进行通信；
7.所述数据采集单元包括数字量输入子单元，所述数字量输入子单元用于采集数据信息，以及用于将所述数据信息输入到所述主控单元；
8.所述主控单元包括微控制器，所述微控制器用于执行以下步骤：
9.检测高低电平变化情况，以及在高低电平发生变化时，判断数据量是否发生变化，其中，所述高低电平是否变化与所述微控制器是否接收到所述数据信息有关；
10.当所述数字量发生变化时，读取数字量管脚信息，并发送与所述数字量管脚信息对应的数据信息；
11.将所述数据信息通过mqtt通信协议发送至服务器，其中，所述mqtt通信协议是基于json字符串进行编写的。
12.进一步地，所述微控制器还用于执行以下步骤：
13.将所述终端设备的ip地址发送至客户端；
14.将调试信息发送至客户端；其中，所述调试信息用于记载所述终端设备的位置信息；
15.接收服务器下发的远程升级命令，并自动从服务器中拉取下载文件。
16.进一步地，所述微控制器包括片上系统及其外围电路；所述5g通信单元包括基于
5g调制解调器的5g模组及其外围电路；所述5g通信单元通过usb3.0接口与所述主控单元进行通信。
17.进一步地，所述5g模组为rm500q模组，其网络频段为600mhz-6000mhz，所述rm500q模组通过usb3.0与所述主控单元连接实现数据传输。
18.进一步地，所述终端设备还包括供电单元，所述供电单元包括第一供电子单元和第二供电子单元，所述第一供电子单元与所述5g通信单元电连接，所述第二供电子单元分别与所述主控单元和数据采集单元电连接。
19.本技术还提供一种基于5g网络的5g采集传输系统，所述系统包括主控子系统，所述主控子系统包括：
20.数字量输出控制模块，用于检测高低电平变化情况，以及当高低电平发生变化时，判断数据量是否发生变化，其中，所述高低电平是否变化与所述数字量输出控制模块是否接收数据信息有关；
21.数字量输入上报模块，用于在所述数字量发生变化时，读取数字量管脚信息，并将与所述数字量管脚信息对应的数据信息发送给mqtt通讯协议模块；
22.mqtt通讯协议模块，用于将所述数据信息通过mqtt通信协议发送至服务器，其中，所述mqtt通信协议是基于json字符串进行编写的。
23.进一步地，所述主控子系统还包括：
24.终端设备ip地址上报模块，用于将终端设备的ip地址发送至客户端；
25.日志信息模块，用于将调试信息发送至客户端；其中，所述调试信息用于记载所述终端设备的位置信息；
26.ftp远程升级模块，用于接收服务器下发的远程升级命令，并自动从服务器中拉取下载文件。
27.采用本技术的技术方案的有益效果如下：
28.本技术基于5g网络接入侧的便携式传输，解决了以太网覆盖不足、搭设成本过高或以太网传输不稳定、接入困难等问题；再进一步，本技术基于mqtt通讯协议，并融合json技术，将终端设备信息绑定到json字符串中进行数据处理，再利用mqtt协议来进行数据传输的方式，最终实现了利用5g网络进行远程控制和传输的目的。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本技术实施例提供的一种基于5g网络的5g采集传输终端设备示意图；
31.图2为本技术实施例提供的基于5g网络的5g采集传输系统中主控子系统的示意图。
具体实施方式
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术实施例中的技术方案，并使本技术实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术实施例中的技术
方案作进一步详细的说明。
33.参见图1，为本技术实施例提供的一种基于5g网络的5g采集传输终端设备示意图。
34.本技术提供的一种基于5g网络的5g采集传输终端设备，终端设备包括主控单元、5g通信单元和数据采集单元，终端设备通过若干个无线接口与5g网络进行通信。
35.其中的主控单元包括微控制器、ram、rom、内部电源和通信接口；微控制器包括片上系统及其外围电路，该片上系统可选mt7621a芯片、高通ipq4019、高通ipq8065等，优选mt7621a芯片作为主控cpu，以实现多任务操作、以及负责控制指令下发、与各个功能模块的通信、逻辑运算、数据处理等。ram由nanya2034及其外围电路组成；rom由w25q256jyeq及其外围电路组成；内部电源由ams1117及其外围电路组成；通信接口由mt7621a芯片的pcie、usb、usart、mdi transceivers、spi等各种接口组成。
36.5g通信单元包括基于5g调制解调器的5g模组及其外围电路，5g通信单元通过usb总线输入输出接口与主控单元通信。具体地，5g模组为rm500q模组，其网络频段为600mhz-6000mhz，由于5g通信高速率大带宽的要求，所以rm500q模组具体是通过usb3.0与主控单元连接实现数据传输。同时，将openwrt操作系统进行编译和裁剪，根据5g网络的通讯需求配置以下信息：usb3.0驱动、qmi wwan协议栈以及在源码中添加终端设备id，镜像编译完成之后，终端设备即搭载5g网络需要的相关驱动，实现了5g通信单元与主控单元之间的数据传输。
37.数据采集单元包括交换机、数字量输入子单元和数字量输出子单元。交换机由千兆网口rt7-174aam1a、rtc-134aak1a及其外围电路组成，其中，由于mt7621a自带了一个rgmii/mii接口和四个千兆lan口，因此主控单元可以通过mt7621a芯片自带的一个rgmii/mii接口和四个千兆lan口与千兆以太网口直接进行通信，搭建起千兆交换机网络。数字量输入子单元和数字量输出子单元均由光耦tlp627和继电器tq2-5v及其外围电路组成。
38.终端设备还包括供电单元，供电单元包括第一供电子单元和第二供电子单元，第一供电子单元与5g通信单元电连接，第二供电子单元分别与主控单元和数据采集单元电连接。其中的第一供电子单元由dc-dc芯片dio6083及其外围电路组成，第二供电子单元由dc-dc电源芯片mp1584en及其外围电路组成。
39.终端设备由外部电源适配器供电，输入电压为5v，最大功耗为15w。
40.进一步，基于5g采集传输终端设备，以下内容介绍了5g采集传输终端设备的采集传输数据的过程，具体是：
41.数据采集单元中的数字量输入子单元采集数据信息，以及将数据信息输入到主控单元；主控单元包括微控制器，微控制器用于执行以下步骤：
42.通过di管脚检测高低电平变化情况，当微控制器接收到数字量输入子单元传输的数据信息时，高低电平将发生变化，以及当高低电平发生变化时，判断数据量是否发生变化。
43.当数字量发生变化时，读取数字量管脚信息，并发送与数字量管脚信息对应的数据信息。
44.将数据信息通过mqtt通信协议发送至服务器。其中，mqtt通信协议是基于json字符串进行编写的。本技术在数据解析层采用json字符串对数据进行解析及加密操作。json是一种轻量级的数据交换格式，具有灵活简单的数据格式，支持c、java和c#等多种语言，因
此json被广泛应用在了物联网的相关应用中，便于与云服务器及后端应用程序之间交互和通信操作。因此，为实现本技术终端设备数据的定时上报和远程控制等需求，基于json字符串编写5g通讯协议，服务器端通讯协议和终端设备端通讯协议分别如表1和表2所示。
45.再者，传统工业设备联网是基于tcp/ip的自定义协议，由于此种协议存在协议解析繁琐、通用性较差、及设备连接不稳定等问题，使得传统工业设备在应用中面临网络稳定性差、设备异常掉线等问题。而本技术采用的mqtt协议协议基于订阅/发布模式，包含发布者、消息代理服务器和订阅者三个部分，发布者向消息代理服务器发布某一主题的消息，订阅者可以向mqtt broker订阅某一主题的消息，消息代理服务器会根据不同的主题将给消息推送给订阅了该主题的订阅者，并且每一个客户端都可以既是发布者又是订阅者。因此，本技术在数据传输接口层采用mqtt通信协议，将数据信息发送到服务器，mqtt协议简单、规范且易于实现，解决了传统工业互联网通信所存在的通信资源和计算能力都十分有限的不足。
46.表1服务器端通讯协议
47.设备类型：devicetype设备id：deviceid数据包类型：packagetype用户消息：payload
48.表2终端设备端通讯协议
49.设备类型：devicetype设备id：deviceid数据包类型回复：packagetypeack用户消息：payloadmqtt状态：mqtt软件版本：softver
50.在本实施例中，微控制器还用于执行以下步骤：
51.使用udp通讯将终端设备的ip地址发送至客户端；使用tcp协议将调试信息发送至客户端，调试信息用于记载终端设备的位置信息；接收服务器下发的远程升级命令，并自动从服务器中拉取下载文件。
52.如图2所示为本技术实施例提供的基于5g网络的5g采集传输系统中主控子系统的示意图，基于5g网络的5g采集传输系统包括主控子系统，主控子系统包括：
53.数字量输出控制模块，用于检测高低电平变化情况，以及当高低电平发生变化时，判断数据量是否发生变化，其中，高低电平是否变化与所数字量输出控制模块是否接收数据信息有关。
54.数字量输入上报模块，用于在数字量发生变化时，读取数字量管脚信息，并将与数字量管脚信息对应的数据信息发送给mqtt通讯协议模块；
55.mqtt通讯协议模块，用于将数据信息通过mqtt通信协议发送至服务器，其中，mqtt通信协议是基于json字符串进行编写的。
56.进一步，主控子系统还包括：终端设备ip地址上报模块，用于使用udp通讯将终端设备的ip地址发送至客户端。
57.日志信息模块，用于使用tcp协议将调试信息发送至客户端；其中，调试信息用于记载终端设备的位置信息，便于定位和解决问题。
58.ftp远程升级模块，用于接收服务器下发的远程升级命令，并自动从服务器中拉取下载文件。
59.主控子系统中的各个模块之间相互协作来完成任务。例如主控子系统实现远程升级的过程为：当服务器下发了远程升级的命令，微控制器会通过mqtt通讯协议模块接收命令并通知ftp远程升级模块来进行升级操作，最后将升级结果记录到日志信息模块中。又例如主控制系统实现端口检测的过程为：微控制器收到数字量输入上报模块检测到端口变化的信息后，通知mqtt通讯协议模块将json数据包发送给云服务器以上报端口信息变化。
60.本技术基于5g网络接入侧的便携式传输，解决了以太网覆盖不足、搭设成本过高或以太网传输不稳定、接入困难等问题；进一步，本技术基于mqtt通讯协议，并融合json技术，创新性的提出将终端设备信息绑定到json字符串中进行数据处理，再利用mqtt协议来进行数据传输的方式，最终实现了利用5g网络进行远程控制和传输的目的。
61.本技术提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本技术总的构思下的几个示例，并不构成本技术保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本技术方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本技术的保护范围。