增强型智能物联网关的制作方法

本发明涉及物联网关设备领域，特别涉及一种增强型智能物联网关。

背景技术：

目前市场上大部分物联网关出于成本或专业领域等各方面因素限制，都只是具备较为单一的产品功能及组网控制需要的实现，比如：市面上某款物联网关在智能商超的应用，仅是完成了与电子标签的组网、电子标签数据及参数的缓存与转发、接入物联云平台等基本功能，其电路设计的着眼点是尽力满足在特定应用场景下对该物联网关的使用要求，而对于物联网关的使用体验、组网效率及灵活性、通用化、易扩展性能等方面的挖掘上基本没有考虑，这对于该类产品日后大规模推广与普及、未来发展与应用升级，以及不同厂家间、不用产品类型间的硬件互联是非常不利，甚至是具有阻碍作用的。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能开电自动搜索、启动可用的且信号最优的zigbee无线网络，无需用户干预、即插即用，极大提升用户使用体验，使得zigbee无线组网性能达到最优化，可以按需配置zigbee无线组网容量、低功耗的增强型智能物联网关。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种增强型智能物联网关，包括增强型智能物联网关电路，所述增强型智能物联网关电路包括电源管理电路、总线、wifipack底板和至少一个增强型zigbeepack板，所述电源管理电路、wifipack底板和增强型zigbeepack板均与所述总线连接，所述wifipack底板包括设置在第一电路板上的wifi无线mcu电路、第一总线接口适配电路、wifi无线rf适配电路和第一存储器，所述第一总线接口适配电路、wifi无线rf适配电路和第一存储器均与所述wifi无线mcu电路连接，所述增强型zigbeepack板包括设置在第二电路板上的zigbee无线mcu电路、第二总线接口适配电路、zigbee无线rf放大电路、zigbee无线rf收发控制电路、zigbee无线rf适配电路和第二存储器，所述第二总线接口适配电路、zigbee无线rf放大电路和第二存储器均与所述zigbee无线mcu电路连接，所述zigbee无线rf收发控制电路和zigbee无线rf适配电路均与所述zigbee无线rf放大电路连接，所述增强型智能物联网关通过zigbee无线链路与电子标签组成星型无线网络，并通过wifi无线链路接入到物控平台。

在本发明所述的增强型智能物联网关中，所述电源管理电路包括安装在第一电路板正面的电源降压模块j3、ac220v电源接口j4、ldo降压集成芯片u4、ldo降压集成芯片u5、电感l3、二极管d1、电阻r10、电阻r11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15和电容c16，所述电源降压模块j3安装在所述第一电路板的左下端，所述电容c12、ldo降压集成芯片u4、二极管d1、电感l3、电容c13、电阻r10、电阻r11和电容c14均位于所述电源降压模块j3的上方，所述ldo降压集成芯片u5安装在所述第一电路板的右上端，所述电容c16位于所述ldo降压集成芯片u5的左侧，所述电容c15位于所述ldo降压集成芯片u5的下方。

在本发明所述的增强型智能物联网关中，所述zigbee无线mcu电路包括安装在第二电路板正面的电容c1、电容c2、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15、电容c16、晶振y1和zigbee无线mcu芯片u1，所述zigbee无线mcu芯片u1安装在第二电路板上靠近下端的位置，所述电容c1、电容c2、电容c14、电容c15、电容c16和晶振y1均位于所述zigbee无线mcu芯片u1的右侧，所述电容c13位于所述晶振y1的下方，所述电容c11位于所述zigbee无线mcu芯片u1的左侧，所述电容c12位于所述zigbee无线mcu芯片u1的下方。

在本发明所述的增强型智能物联网关中，其特征在于所述第二总线接口适配电路包括安装在第二电路板正面的电阻r4和总线接口插座j1，所述电阻r4位于所述zigbee无线mcu芯片u1的左下方，所述总线接口插座j1安装在所述第二电路板的左端。

在本发明所述的增强型智能物联网关中，所述zigbee无线rf放大电路包括安装在第二电路板正面的rflna芯片u4、rf传送器u5、电感l3、电感l4、电感l5、电容c8、电容c9和电容c10，所述rflna芯片u4安装在所述第二电路板靠近上端的位置，所述电容c8、电感l3、rf传送器u5和电感l5均位于所述rflna芯片u4的下方，所述电容c9电容c10均位于所述rf传送器u5的左侧，所述电感l4位于所述电感l3的左侧。

在本发明所述的增强型智能物联网关中，zigbee无线rf收发控制电路包括安装在第二电路板正面的rf检波芯片u7、三极管q1、三极管q2、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电容c19和电容c20，所述rf检波芯片u7位于所述总线接口插座j1的右侧，所述电阻r11、电阻r12、电容c19、电阻r13、电阻r15、电阻r16和三极管q2均位于所述rf检波芯片u7的上方，所述电阻r14位于所述电阻r11的左侧，所述三极管q1位于所述电阻r14的上方，所述电阻r17位于所述三极管q2的上方，所述电容c20位于所述总线接口插座j1的右下方。

在本发明所述的增强型智能物联网关中，所述zigbee无线rf适配电路包括安装在第二电路板正面的电阻r1、电阻r5、电阻r6、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电感l1、电感l2、板载天线e1和外接天线座j3，所述电感l2、电容c3、电容c4和电阻r1均位于所述zigbee无线mcu芯片u1的右上方，所述电感l1和电容c6均位于所述述zigbee无线mcu芯片u1的上方，所述外接天线座j3位于所述总线接口插座j1的右上方，所述电阻r5和电阻r6均位于所述外接天线座j3的右侧，所述板载天线e1位于所述外接天线座j3的上方。

在本发明所述的增强型智能物联网关中，所述第二存储器包括安装在第二电路板正面的电阻r7、电容c17、spiram集成芯片u2、电阻r8、电阻r9、电容c18和spiflash集成芯片u3，所述spiflash集成芯片u3安装在所述第二电路板的右端，所述电阻r8和电阻r9位于所述spiflash集成芯片u3的左下方，所述电容c18位于所述spiflash集成芯片u3的上方，所述spiram集成芯片u2位于所述spiflash集成芯片u3的左上方，所述电阻r7和电容c17均位于所述spiram集成芯片u2的左上方。

实施本发明的增强型智能物联网关，具有以下有益效果：由于增强型智能物联网关电路包括电源管理电路、总线、wifipack底板和至少一个增强型zigbeepack板，wifipack底板包括设置在第一电路板上的wifi无线mcu电路、第一总线接口适配电路、wifi无线rf适配电路和第一存储器，增强型zigbeepack板包括设置在第二电路板上的zigbee无线mcu电路、第二总线接口适配电路、zigbee无线rf放大电路、zigbee无线rf收发控制电路、zigbee无线rf适配电路和第二存储器，增强型智能物联网关通过zigbee无线链路与电子标签组成星型无线网络，并通过wifi无线链路接入到物控平台，本发明能开电自动搜索、启动可用的且信号最优的zigbee无线网络，无需用户干预、即插即用，极大提升用户使用体验，使得zigbee无线组网性能达到最优化，可以按需配置zigbee无线组网容量、低功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1为本发明增强型智能物联网关组网的网络结构示意图；

图2为本发明增强型智能物联网关一个实施例中增强型智能物联网关电路的结构示意图；

图3为所述实施例中wifipack底板的结构示意图；

图4为所述实施例中第一电路板正面的元器件的分布图；

图5为所述实施例中第一电路板正面的焊盘和导线的分布图；

图6为所述实施例中第一电路板反面的元器件的分布图；

图7为所述实施例中第一电路板反面的焊盘和导线的分布图；

图8为所述实施例中增强型zigbeepack板的结构示意图；

图9为所述实施例中第二电路板正面的元器件的分布图；

图10为所述实施例中第二电路板正面的焊盘和导线的分布图；

图11为所述实施例中第二电路板反面的元器件的分布图；

图12为所述实施例中第二电路板反面的焊盘和导线的分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明增强型智能物联网关实施例中，该增强型智能物联网关组网的网络结构示意图如图1所示。增强型智能物联网关通过zigbee无线链路与电子标签组成星型无线网络，并通过wifi无线链路接入到物控平台，用户可通过物控平台对增强型智能物联网关进行操作控制。图1中的电子标签是自研发的2.9寸屏、7.5寸屏等型号电子标签设备，而不是泛指市面上的zigbee电子标签。物控平台是自研发的用于统一管理电子标签系统设备的、可供增强型增强型智能物联网关无缝接入的配套平台。

该增强型智能物联网关包括增强型智能物联网关电路，增强型智能物联网关电路作为增强型智能物联网关(增强型智能物联网关设备)的核心，采用模块化、通用化、易扩展、尽量国产化的设计原则。该增强型智能物联网关电路的结构示意图如图2所示。图2中，该增强型智能物联网关电路包括电源管理电路1、总线2、wifipack底板3和至少一个增强型zigbeepack板4(图中作为例子画出了n个增强型zigbeepack板4，n为大于1的整数，在实际应用中，增强型zigbeepack板4的个数可以具体情况进行相应调整)。电源管理电路1、wifipack底板3和增强型zigbeepack板4均与总线2连接。

电源管理电路1主要完成降压和稳压功能，选用市面上成熟的变频降压电源模块。总线2主要完成增强型智能物联网关内各电路模块的电源供给以及数据交互，采用“电源+spi混合总线”的方式实现，为了方便产品组装生产，硬件形态选用常见的dip插座、插针。

该增强型智能物联网关具有如下特点：1)智能组网：无需用户操作，上电zigbee无线自动组网、即插即用；2)用户可以根据实际zigbee无线组网容量的需要进行灵活、动态地配置增强型zigbeepack板4的数量，而无需更换增强型智能物联网关；3)空口直接配网，简化用户组网使用环节；4)组网标准：ieee802.15.4(zigbee、对电子标签)、ieee802.11b/g/n(wifi、对物控平台)，支持aes128加密；5)供电电压：ac220v；6)wifi及zigbee无线工作频段：2.4ghz；7)wifi及zigbee无线输出阻抗：50ω；8)zigbee无线发射功率：20dbm；9)zigbee无线接收灵敏度：-106dbm；10)zigbee无线数据传输速率：250kbps；11)wifi无线发射功率：20dbm(ieee802.11b)、17dbm(ieee802.11g)、14dbm(ieee802.11n)；12)wifi无线接收灵敏度：-91dbm(ieee802.11b)、-75dbm(ieee802.11g)、-72dbm(ieee802.11n)；13)wifi无线数据传输速率：10/100mbps自适应。

图3为本实施例中wifipack底板的结构示意图，图3中，该wifipack底板3包括设置在第一电路板上的wifi无线mcu电路31、第一总线接口适配电路32、wifi无线rf适配电路33和第一存储器34，第一总线接口适配电路32、wifi无线rf适配电路33和第一存储器34均与wifi无线mcu电路31连接。

其中，wifi无线mcu电路31用于完成如下功能：wifi空口协议转换；接收并处理物控平台下发的指令；接收并处理增强型zigbeepack板4的指令；电子标签及网关参数数据缓存、存储或转发；空口直接配网，简化用户组网使用环节；管理与自动协调各增强型zigbeepack板4的zigbee无线组网参数与数据，保证zigbee无线组网性能的最优化。

第一总线接口适配电路32主要完成供电电源的去偶、滤波、稳压，以及总线数据接口的收发匹配功能。选用分离式元器件(电阻、电容等)来实现。wifi无线rf适配电路33主要完成射频(rf)阻抗(50ω)匹配功能，采用分离式元器件(电感、电容、电阻等)实现。第一存储器34主要完成数据缓存或存储功能，采用spiflash与ram集成芯片，结合分离式元器件(电阻、电容等)来实现。

图8为本实施例中增强型zigbeepack板的结构示意图，图8中，该增强型zigbeepack板4包括设置在第二电路板上的zigbee无线mcu电路41、第二总线接口适配电路42、zigbee无线rf放大电路43、zigbee无线rf收发控制电路44、zigbee无线rf适配电路45和第二存储器46，其中，第二总线接口适配电路42、zigbee无线rf放大电路43和第二存储器46均与zigbee无线mcu电路41连接，zigbee无线rf收发控制电路44和zigbee无线rf适配电路45均与zigbee无线rf放大电路43连接。

其中，zigbee无线mcu电路41用于完成如下功能：zigbee空口协议转换；接收并处理wifipack底板3下发的指令；电子标签及zigbee无线组网参数数据缓存、存储或转发；管理入网的电子标签zigbee无线组网参数与数据；开电自动搜索、启动可用的且信号最优的zigbee无线网络，并与物控平台进行组网，无需用户干预、即插即用，大大提升用户使用体验、且保证网络性能的最大化；实时管控与维护电子标签的入网状态。

第二总线接口适配电路42主要完成供电电源的去偶、滤波、稳压，以及总线数据接口的收发匹配功能，选用分离式元器件(电阻、电容等)来实现。zigbee无线rf放大电路43主要完成zigbee无线rf信号放大功能，以提供更大空间距离范围的zigbee无线组网，信号接收与发送通道各自独立。采用“rflna芯片+rf开关芯片+rf传送器元件+分离式元器件(电感、电容、电阻等)”的方式实现。

zigbee无线rf收发控制电路44主要完成zigbee无线rf放大的信号接收与发送通道无缝切换功能。采用“rf检波芯片+分离式元器件(电感、电容、电阻等)”的方式实现。zigbee无线rf适配电路45主要完成射频(rf)阻抗(50ω)匹配功能，采用分离式元器件(电感、电容、电阻等)实现。第二存储器46主要完成数据缓存或存储功能，采用spiflash与ram集成芯片，结合分离式元器件(电阻、电容等)来实现。本发明能开电自动搜索、启动可用的且信号最优的zigbee无线网络，无需用户干预、即插即用，极大提升用户使用体验，使得zigbee无线组网性能达到最优化，可以按需配置zigbee无线组网容量、低功耗。

图4为本实施例中第一电路板正面的元器件的分布图。图4中，电源管理电路1包括安装在第一电路板正面的电源降压模块j3、ac220v电源接口j4、ldo降压集成芯片u4、ldo降压集成芯片u5、电感l3、二极管d1、电阻r10、电阻r11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15和电容c16，电源降压模块j3安装在第一电路板的左下端，电容c12、ldo降压集成芯片u4、二极管d1、电感l3、电容c13、电阻r10、电阻r11和电容c14均位于电源降压模块j3的上方，ldo降压集成芯片u5安装在第一电路板的右上端，电容c16位于ldo降压集成芯片u5的左侧，电容c15位于ldo降压集成芯片u5的下方。

wifi无线mcu电路31包括安装在第一电路板正面的电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r13、电容c1、电容c2、电容c5、电容c17、电容c18、晶振y1和wifi无线mcu芯片u1，wifi无线mcu芯片u1安装在第一电路板的右端，电容c17位于wifi无线mcu芯片u1的左上方，晶振y1、电容c5、电容c18和电阻r3均位于wifi无线mcu芯片u1的左侧，电阻r2、电容c1和电容c2均位于wifi无线mcu芯片u1的左下方，电阻r1和电阻r13均位于wifi无线mcu芯片u1的右下方。该wifi无线mcu芯片u1选用乐鑫公司的国产esp8266专用wifi无线mcu。

本实施例中，第一总线接口适配电路32包括安装在第一电路板正面的电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17和总线接口插座j1，电阻r14、电阻r15和电阻r16均位于wifi无线mcu芯片u1的上方，电阻r17位于wifi无线mcu芯片u1右上方，总线接口插座j1位于wifi无线mcu芯片u1的左上方。

本实施例中，wifi无线rf适配电路33包括安装在第一电路板正面的电阻r18、电阻r19、电容c9、电感l1、电感l2、板载天线e1和外接天线座j5，外接天线座j5位于wifi无线mcu芯片u1的右下方，电阻r18、电阻r19、电容c9、电感l1和电感l2均位于外接天线座j5的左侧，板载天线e1位于外接天线座j5的下方。

第一存储器34包括安装在第一电路板正面的电阻r7、电容c10、spiram集成芯片u2、电阻r9、电阻r12、电容c11和spiflash集成芯片u3，电阻r12和spiflash集成芯片u3均位于wifi无线mcu芯片u1的上方，电阻r9位于spiflash集成芯片u3的右下方，电容c11位于spiflash集成芯片u3的右上方，spiram集成芯片u2位于spiflash集成芯片u3的左侧，电容c10位于spiflash集成芯片u3的左上方，电阻r7位于spiram集成芯片u2的左上方。

图5为本实施例中第一电路板正面的焊盘和导线的分布图；图6为本实施例中第一电路板反面的元器件的分布图；图7为本实施例中第一电路板反面的焊盘和导线的分布图。

图9为本实施例中第二电路板正面的元器件的分布图。图9中，zigbee无线mcu电路41包括安装在第二电路板正面的电容c1、电容c2、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15、电容c16、晶振y1和zigbee无线mcu芯片u1，zigbee无线mcu芯片u1安装在第二电路板上靠近下端的位置，电容c1、电容c2、电容c14、电容c15、电容c16和晶振y1均位于zigbee无线mcu芯片u1的右侧，电容c13位于晶振y1的下方，电容c11位于zigbee无线mcu芯片u1的左侧，电容c12位于zigbee无线mcu芯片u1的下方。该zigbee无线mcu芯片u1选用nxp公司的jn5169专用zigbee无线mcu。

本实施例中，第二总线接口适配电路42包括安装在第二电路板正面的电阻r4和总线接口插座j1，电阻r4位于zigbee无线mcu芯片u1的左下方，总线接口插座j1安装在第二电路板的左端。

本实施例中，zigbee无线rf放大电路43包括安装在第二电路板正面的rflna芯片u4、rf传送器u5、电感l3、电感l4、电感l5、电容c8、电容c9和电容c10，rflna芯片u4安装在第二电路板靠近上端的位置，电容c8、电感l3、rf传送器u5和电感l5均位于rflna芯片u4的下方，电容c9电容c10均位于rf传送器u5的左侧，电感l4位于电感l3的左侧。

本实施例中，zigbee无线rf收发控制电路44包括安装在第二电路板正面的rf检波芯片u7、三极管q1、三极管q2、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电容c19和电容c20，rf检波芯片u7位于总线接口插座j1的右侧，电阻r11、电阻r12、电容c19、电阻r13、电阻r15、电阻r16和三极管q2均位于rf检波芯片u7的上方，电阻r14位于电阻r11的左侧，三极管q1位于电阻r14的上方，电阻r17位于三极管q2的上方，电容c20位于总线接口插座j1的右下方。

本实施例中，zigbee无线rf适配电路45包括安装在第二电路板正面的电阻r1、电阻r5、电阻r6、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电感l1、电感l2、板载天线e1和外接天线座j3，电感l2、电容c3、电容c4和电阻r1均位于zigbee无线mcu芯片u1的右上方，电感l1和电容c6均位于述zigbee无线mcu芯片u1的上方，外接天线座j3位于总线接口插座j1的右上方，电阻r5和电阻r6均位于外接天线座j3的右侧，板载天线e1位于外接天线座j3的上方。

本实施例中，第二存储器46包括安装在第二电路板正面的电阻r7、电容c17、spiram集成芯片u2、电阻r8、电阻r9、电容c18和spiflash集成芯片u3，spiflash集成芯片u3安装在第二电路板的右端，电阻r8和电阻r9位于spiflash集成芯片u3的左下方，电容c18位于spiflash集成芯片u3的上方，spiram集成芯片u2位于spiflash集成芯片u3的左上方，电阻r7和电容c17均位于spiram集成芯片u2的左上方。

图10为本实施例中第二电路板正面的焊盘和导线的分布图；图11为本实施例中第二电路板反面的元器件的分布图；图12为本实施例中第二电路板反面的焊盘和导线的分布图。

总之，本发明可以开电自动搜索、启动可用的且信号最优的zigbee无线网络，无需用户干预、即插即用，极大提升用户使用体验的同时，也使得zigbee无线组网性能达到最优化。

本发明可以按需配置zigbee无线组网容量，具体而言，zigbee无线组网参数由wifipack底板3进行管理与自动协调，加上各自独立、模块化、通用化的增强型zigbeepack板4设计，使得用户可以根据实际zigbee无线组网容量的需要进行灵活、动态地配置增强型zigbeepack板的数量即可，而无需更换增强型智能物联网关。每块增强型zigbeepack板的zigbee无线组网容量与传统的zigbee物联网关相当，增加增强型zigbeepack板配置数量的同时，也可以达到成倍增加组网容量的目的。

纯硬件的zigbee无线rf放大与收发切换控制设计，无需软件的任何改变，即可为zigbee无线rf发送信号提供10dbm、接收信号也提供10dbm的增益，且所需电流损耗仅为20ma左右，大大低于市面上采用rf功放集成芯片(如：rfx2401c、at2401c)达到相当rf信号增益所损耗的电流(350ma左右)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。