专利名称：一种物联网网关的制作方法
技术领域：
本发明涉及物联网应用技术，尤其涉及一种物联网网关。
背景技术：
物联网是基于互联网发展起来的，是互联网的延伸与拓展，具体是指通过射频识另|J、红外感应器、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，实现任何时间、任何地点、任何物体进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网被普遍认可的定义是它是一个由感知层、网络层、应用层共同构成的庞大的社会信息系统。感知层负责感知收集信息，而网络层负责将信息传输到应用层，应用层通过对感知和传输来的信息进行处理，实现物与物、人与物之间的感知。在物联网的整个体系架构中，无论是感知层，网络层还是应用层，都已经发展多年，技术都比较成熟。但是要想将感知层、网络层及应用层整合起来形成一个网络，必须在感知层与网络层之间设置一个物联网网关来进行数据的传递，它向下连接错综复杂的感知层网络，向上连接复杂的网络层。目前的物联网网关基本解决了感知层数据采集的问题，实现了对异构网络的数据采集及对采集的数据进行打包和传输。而且，根据行业需要，通过在物联网网关中植入相应的数据计算模型对感知层传入的数据进行初步处理，将数据处理结果传输到服务器，减少数据的传递量，降低网络层传输数据时对带宽的苛刻要求。例如，对于交通拍照识别的物联网网关，它如果把违章车辆的照片拍下来后直接传递到服务器进行数据识别，那么在传递照片时就需要较大的带宽；然而，如果把图像识别模型植入到交通拍照识别的物联网网关中，那么只需要将识别的结果通过较小的带宽就能传递给服务器。由于不同行业所需的物联网网关千差万别，这样就需要通过在网关中植入相应的数据计算模型来定制出各种网关，但是，这种方法不仅耗费时间长，而且开发成本高。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种物联网网关，其在网关中植入有开放式操作系统，通过向该网关中嵌入各种应用程序就能获得具有各种功能的物联网网关，降低了物联网网关开发的时间和成本。为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的—种物联网网关，包括数据接收单元、最小系统单元及数据传输单元；所述数据接收单元，用于接收信息传感设备采集的数据；所述最小系统单元，与数据接收单元连接，用于通过嵌入的开放式操作系统控制应用程序处理数据接收单元传入的数据，并将数据处理结果传入数据传输单元；所述数据传输单元，与最小系统单元连接，用于将传入所述数据处理结果发送给物联网管理平台。特别的,所述开放式操作系统选用Android操作系统或Windows CE操作系统。特别的，所述数据接收单元包括
无线数据接收单元，用于通过无线通讯模块接收信息传感设备采集的数据，其中， 所述无线通讯模块包括=Wi-Fi模块、Zigbee模块和蓝牙模块；有线数据接收单元，用于通过数据线连接信息传感设备，接收信息传感设备采集的数据。特别的，所述数据输传单元包括广域网传输单元，用于将最小系统传入的数据处理结果通过广域网发送给物联网管理平台；以太网传输单元，用于通过以太网控制器芯片扩展最小系统单元的网卡接口，并通过所述网卡接口将最小系统传入的数据处理结果发送给物联网管理平台。特别的，所述物联网网关还包括
LED灯控制单元，与最小系统单元连接，用于根据最小系统单元输出的控制信号， 调节LED灯的亮暗程度，其中，所述LED灯用于指示电源信号和各种通讯信号。特别的，所述物联网网关还包括显示驱动单元，与最小系统单元连接，用于利用最小系统单元自带的液晶显示器 (IXD)控制器产生符合视频图形阵列(VGA)显示要求的时序逻辑，另一方面通过IXD数据线将数字红绿蓝(RGB)信号传递给视频数模转换芯片，产生VGA显示需要的模拟色彩信号，最终通过薄膜场效应晶体管IXD (TFT-IXD)扫描显示的时序与VGA扫描显示时序的匹配，驱动VGA显示屏显示物联网网关运行信息。特别的，所述物联网网关还包括串口通讯单元，与最小系统单元连接，用于通过该DB-9连接器完成最小系统单元与外部设备的数据交换。特别的，所述最小系统单兀为ARM最小系统。本发明在最小系统单元中嵌入有开放式操作系统，如Android操作系统或 Windows CE操作系统，从而使处理数据的各种应用程序在网关可以直接运行，这样一来， 只需将基于该操作系统开发出的应用程序植入到本发明的网关中就能获得特定功能的物联网网关，降低了物联网网关开发的时间和成本。
图I为本发明实施例提供的物联网网关的结构框图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。请参照图I所示，图I为本发明实施例提供的物联网网关的结构框图。本实施例中物联网网关包括数据接收单元101、最小系统单元102、数据传输单元103、LED (发光二极管)灯控制单元104、显示驱动单元105以及串口通讯单元106。所述数据接收单元101包括无线数据接收单元1011和有线数据接收单元1012。所述数据传输单元103包括广域网传输单元1031和以太网传输单元1032。所述数据接收单元101，用于接收信息传感设备采集的数据。
在物联网的感知层，信息传感设备的种类有很多种，既有支持标准通用串行总线 (USB)接口的有线传感器，又有支持Wi-Fi、Zigbee及蓝牙等通讯技术的无线传感器。其中，Wi-Fi俗称无线宽带，是一种可以将个人电脑、手持设备等终端以无线方式互相连接的技术。Zigbee是基于IEEE 802. 15. 4标准的低功耗个域网协议的一种短距离、低功耗的无线通信技术。IEEE 802. 15. 4描述了低速率无线个人局域网的物理层和媒体接入控制协议。 蓝牙是一种支持设备短距离通信的无线电技术，它采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及一点对多点的通信。所述无线数据接收单元1011，用于通过无线通讯模块接收无线传感器采集的数据，其中，所述无线通讯模块包括=Wi-Fi模块、Zigbee模块和蓝牙模块。无线传感器通过其自身的Wi-Fi模块、Zigbee模块或蓝牙模块将采集的数据无线传入无线数据接收单元1011的无线通讯模块，无线通讯模块通过数据线与最小系统单元 102的USB接口连接，将接收的数据传入最小系统单元102。所述有线数据接收单元1012，用于通过数据线连接有线传感器，接收有线传感器采集的数据。有线传感器的USB接口与最小系统单元102的USB接口通过数据线连接，该传感器采集到数据后，通过数据线直接将数据传入最小系统单元102。所述最小系统单元102，与数据接收单元101连接，用于通过嵌入的开放式操作系统控制应用程序处理数 据接收单元101传入的数据，并将数据处理结果传入数据传输单元 103。开放式操作系统既可以选用Android操作系统,也可以选用Windows CE操作系统。Android操作系统是一种以Linux为基础的开放源码操作系统,WindowsCE操作系统是微软公司开发的嵌入式、移动计算平台的基础，它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统。本实施例中选用Android操作系统作为本发明物联网网关的操作系统。最小系统单元102为ARM最小系统，包括ARM微处理器、闪存、随机存储器、电源管理模块、复位模块、时钟模块以及调试模块。其中，闪存选用Nand-flash，随机存储器选用同步动态随机存储器(SDRAM)，调试模块为JTAG (Joint Test Action Group，联合测试行为组织)调试模块。其中，所述Nand-flash是闪存的一种，其内部采用非线性宏单元模式，为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。所述Nand-flash,用于存储Android操作系统的数据和各种应用程序数据。所述同步动态随机存储器，用于提供Android操作系统和各种应用程序运行所需的缓存空间。 所述JTAG调试模块，用于对Android操作系统和各种应用程序进行下载和调试，并将调试信息通过UART模块发送给终端显示，其中，UART为通用异步接收/发送装置。所述ARM微处理器，用于运行Android操作系统，并调度相应的应用程序对数据接收单元101传入的数据进行处理，将数据处理结果传入数据传输单元103。所述电源管理模块，用于管理供电电压，并为ARM最小系统提供稳定工作电压。所述复位模块，用于实现ARM最小系统的复位。 所述时钟模块，用于提供ARM最小系统正常运行所需的时钟频率。所述数据传输单元103，与ARM最小系统连接，用于将传入的数据处理结果发送给物联网管理平台。
其中，所述广域网传输单元1031，用于将ARM微处理器传入的数据处理结果通过广域网发送给物联网管理平台。广域网传输单元1031将ARM微处理器的USB接口转化为MINI PCI-E接口后，通过该MINI PCI-E接口连接物联网管理平台，进而实现ARM微处理器与物联网管理平台之间的数据传递。所述MINI PCI-E是基于PCI-E总线的接口，PCI (Peripheral Component Interconnect) 一种由英特尔公司1991年推出的用于定义局部总线的标准，PCI-E即PCI Express,它是新一代的总线接口。所述以太网传输单元1032，用于通过以太网控制器芯片扩展ARM微处理器的网卡接口，并通过该网卡接口将ARM微处理器传入的数据处理结果发送给物联网管理平台。以太网控制器芯片的种类很多，有10Mbits/s的网卡接口，也有10/100Mbits/s自适应的网卡接口，甚至还有千兆网卡接口，其中，10/100Mbits/s的网卡接口应用最为广泛， 因此ARM微控处理器大多选择10/100Mbits/s网卡接口。在10/100Mbit/s的以太网控制器芯片中，型号为DM9000A的以太网控制器芯片是比较有代表性的一款。DM9000A有48根引脚，与ARM微控处理器连接的引脚有:I0R# (处理器读命令)、I Off# (处理器写命令)、CS# (片选)、CMD (命令种类)、INT (中断请求)、SD
(数据总线)以及PWRST# (电源重置)。所述LED灯控制单元104，用于根据ARM微处理器的通用输入/输出(G ΡΙ0)接口输出的驱动指令，控制LED灯的亮暗程度。这些LED灯用于指示电源信号和相关通信号，包括电源信号灯、以太网通讯信号灯、无线传感器接口通讯信号灯、网络数据传输信号灯等。 所述显示驱动单元105，用于利用ARM微处理器自带的IXD (液晶显示器)控制器产生符合VGA (视频图形阵列)显示要求的时序逻辑，另一方面通过IXD数据线将数字RGB (红绿蓝)信号传递给具有八路通道的视频数模转换(D/A)芯片ADV7120，产生VGA显示需要的模拟色彩信号，最终通过TFT-LCD (薄膜场效应晶体管LCD)扫描显示的时序与VGA扫描显示时序的匹配，驱动VGA显示屏显示物联网网关各种运行信息。所述串口通讯单元106，用于将ARM微处理器的RS-232接口、RXD(Receive Data, 接收数据)引脚、TXD (Transmit Data,发送数据)引脚以及GND (地线引脚)连接到DB-9连接器的相应位置，通过该DB-9连接器完成与外部设备如终端、打印机、逻辑分析仪等的数据交换。其中，D型数据接口连接器是用于连接电子设备的接口标准。因形状类似于英文字母D，故得名D型接口。按照接口数量细分为A型(15针)，B型(25针)，C型(37针)，D型 (50针)，E型(9针)。因此常见的计算机串口为DE9针连接器，简称DB-9连接器。另外，从ARM最小系统中还引出有键盘接口、鼠标接口和音频接口，方便对网关进行配置。本发明的技术方案通过在最小系统单元102中嵌入开放式操作系统，实现了基于该操作系统开发的各种应用程序在物联网网关上的直接运行，从而获得各行业所需的网关。本发明将行业的定制网关的需求转化为行业应用软件的开发，将网关的差异转化为应用程序的差异化，降低了物联网网关的开发时间和成本。上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种物联网网关，其特征在于，包括数据接收単元、最小系统单元及数据传输单元; 所述数据接收单元，用于接收信息传感设备采集的数据； 所述最小系统单元，与数据接收单元连接，用于通过嵌入的开放式操作系统控制应用程序处理数据接收单元传入的数据，并将数据处理结果传入数据传输単元； 所述数据传输单元，与最小系统单元连接，用于将传入所述数据处理结果发送给物联网管理平台。
2.根据权利要求I所述的物联网网关，其特征在于，所述开放式操作系统选用Android操作系统或Windows CE操作系统。
3.根据权利要求2所述的物联网网关，其特征在于，所述数据接收单元包括 无线数据接收単元，用于通过无线通讯模块接收信息传感设备采集的数据，其中，所述无线通讯模块包括=Wi-Fi模块、Zigbee模块和蓝牙模块； 有线数据接收单元，用于通过数据线连接信息传感设备，接收信息传感设备采集的数据。
4.根据权利要求2或3所述的物联网网关，其特征在于，所述数据输传单元包括 广域网传输单元，用于将最小系统传入的数据处理结果通过广域网发送给物联网管理平台； 以太网传输单元，用于通过以太网控制器芯片扩展最小系统单元的网卡接ロ，并通过所述网卡接ロ将最小系统传入的数据处理结果发送给物联网管理平台。
5.根据权利要求4所述的物联网网关，其特征在于，还包括 LED灯控制单元，与最小系统单元连接，用于根据最小系统单元输出的控制信号，调节LED灯的亮暗程度，其中，所述LED灯用于指示电源信号和各种通讯信号。
6.根据权利要求5所述的物联网网关，其特征在于，还包括 显示驱动单元，与最小系统单元连接，用于利用最小系统单元自带的液晶显示器(IXD)控制器产生符合视频图形阵列(VGA)显示要求的时序逻辑，另ー方面通过IXD数据线将数字红绿蓝(RGB)信号传递给视频数模转换芯片，产生VGA显示需要的模拟色彩信号，最終通过薄膜场效应晶体管IXD (TFT-IXD)扫描显示的时序与VGA扫描显示时序的匹配，驱动VGA显示屏显示物联网网关运行信息。
7.根据权利要求5或6所述的物联网网关，其特征在于，还包括 串ロ通讯单元，与最小系统单元连接，用于通过该DB-9连接器完成最小系统单元与外部设备的数据交換。
8.根据权利要求7所述的物联网网关，其特征在于，所述最小系统单元为ARM最小系统。
全文摘要
本发明公开一种物联网网关，包括最小系统单元，与数据接收单元连接，用于通过嵌入的开放式操作系统控制应用程序处理数据接收单元传入的数据，并将数据处理结果传入数据传输单元；数据传输单元，与最小系统单元连接，用于将传入所述数据处理结果发送给物联网管理平台。本发明通过在最小系统单元中嵌入开放式操作系统，实现了基于该操作系统开发的各种应用程序在网关上的直接运行，从而将网关的差异转化为应用程序的差异化，降低了物联网网关的开发时间和成本。
文档编号H04L12/66GK102710557SQ201210140978
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月7日 优先权日2012年5月7日
发明者杨荣, 胡安斌, 韩如冰 申请人:无锡捷玛物联科技有限公司