一种物联网网关的制作方法

本实用新型涉及网络技术领域，具体涉及一种物联网网关。

背景技术：

物联网基本网络架构可以分为感知层、网络层和应用层。物联网通过感知层来识别物体和采集相关信息，它以传感器网络为载体，使用不同的传感器设备进行识别和信息采集。网络层介于感知层和应用层之间，进行信息的传递、处理，其核心功能包括融合传感层网络和互联网、网络管理控制、信息的智能化处理等。感知层收集的信息通过网络层来完成转发和处理。应用层是物联网技术与不同行业技术之间的深层次结合，根据不同的行业需求实现不同的功能，实现不同行业的信息化和智能化。在传感设备类型单一、数量较少的情况下，将其直接连接入公共网络即可发挥作用。然而随着感知层中传感设备种类的不断增加、数量的不断增长，将感知层中的设备独立的接入网络显然是对接入资源的浪费，导致了设备研发成本和现场部署成本较高。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本实用新型实施例提供了一种物联网网关，该物联网网关包括主控模块、网络模块、无线模块、总线模块、usb接口模块及电源模块，其中：

所述主控模块通过简化媒体独立接口rmii与所述网络模块连接，用于接收并处理所述网络模块、所述无线模块、所述总线模块、所述usb接口模块发送的数据并根据物联网网关的配置信息，对所述数据进行解析、转换并根据所述数据携带的参数；确定传输所述数据采用的通信协议并根据所述通信协议传输所述数据；根据预先设定的控制策略对其连接的各个设备进行实时控制；

所述网络模块用于实时查询物联网网关的状态并通过以太网将物联网网关的配置信息及与所述通信协议匹配的数据发送至所述主控模块；

所述主控模块通过usbhost的通信方式与所述无线模块连接，其中，所述无线模块用于通过4g、蓝牙、wi-fi传输数据；

所述主控模块通过pcb导线与所述总线模块连接，其中，所述总线模块用于通过iic/spi/uart总线协议从终端获取并发布数据，uart总线协议通过ttl、rs232、rs485通信方式与终端连接；

所述主控模块通过usbotg的通信方式与所述usb接口模块连接，其中，所述usb接口模块用于对输入信号进行扩展并使用usb通信传输数据；

所述主控模块通过pcb导线与所述电源模块连接，其中，所述电源模块用于分别为所述主控模块、所述网络模块、所述无线模块、所述总线模块、所述usb接口模块供电。

优选地，所述主控模块还用于通过检测接口是否被调用确定是否更新配置，通过应用场景确定是否调用接口进行配置。

优选地，所述主控模块的型号为i.mx6ul。

优选地，所述网络模块的型号为ksz8081rnb。

优选地，所述无线模块的型号为rl-um02wbs-8723bu。

优选地，所述总线模块的型号为mcp2551。

优选地，所述usb接口模块的型号为usb2514b。

优选地，所述电源模块包括低压差的线性稳压器asm1117-3.3。

本实用新型实施例提供的物联网网关具有以下有益效果：

通过配置各种具有灵活插拔功能的模块，各个接口与主控模块相连且互不干扰，通过简单配置，能够灵活适应现场需求，降低了设备研发成本和现场部署成本；

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的物联网网关结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的物联网网关另一结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供物联网网关的主控模块的电路示意图；

图4是本实用新型实施例提供的物联网网关的主控模块的另一电路示意图；

图5为本实用新型实施例提供的物联网网关的网络模块的电路示意图；

图6为本实用新型实施例提供的物联网网关的网络模块的另一电路示意图；

图7为本实用新型实施例提供的物联网网关的无线模块的电路示意图；

图8为本实用新型实施例提供的物联网网关无线模块的另一电路示意图；

图9为本实用新型实施例提供的物联网网关的usb接口模块的电路示意图；

图10为本实用新型实施例提供的物联网网关的usb接口模块的另一电路示意图；

图11为本实用新型实施例提供的物联网网关的电源模块的电路示意图；

图12为本实用新型实施例提供的物联网网关的电源模块的另一电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

参照图1及图2，本实用新型实施例提供的物联网网关包括主控模块、网络模块、无线模块、总线模块、usb接口模块及电源模块，其中：

主控模块通过简化媒体独立接口rmii与网络模块连接，用于接收并处理网络模块、无线模块、总线模块、usb接口模块发送的数据并根据物联网网关的配置信息，对数据进行解析并转换；

作为一个具体的实施例，本实用新型实施例在软硬件平台上选择了嵌入式的解决方案，采用飞凌嵌入式fetmx6ul-c工业级核心板和okmx6ul-c2开发板。freescalei.mx6ultralite扩展了i.mx6系列的i.mx6ul，它是一个高性能、超高效处理器子系列，采用先进的armcortex-a7内核，运行速度高达528mhz。处理器还具备丰富的接口：两个带phy的高速usb、多个扩展卡端口(高速emmc/sdiohost等)、两个12位adc模块(共提供10个输入通道)、两个can端口、两个兼容emv标准v4.3的智能卡接口，以及一系列其他常见接口(如uart、i²c及1²s串行音频接口)。i.mx6ultralite应用处理器包括一个集成的电源管理模块，降低了外接电源的复杂性，并简化了上电时序。根据对比，选择这款芯片无疑是具有极好实用性和市场应用前景。

可选地，主控模块还用于通过检测接口是否被调用确定是否更新配置，通过应用场景确定是否调用接口进行配置。

可选地，主控模块的型号为i.mx6ul。

如图3及图4所示，主控模块包括帧错误信号引脚enet2_rxer、时钟引脚enet2_tx_clk、信号发送使能引脚enet2_txen、接收数据使能引脚enet2_crs_dv、以太网控制接口时钟输出引脚gpio_7引出的以太网控制接口时钟输出引脚enet_mdc、以太网控制接口数据引脚gpio_6引出的以太网控制接口数据引脚enet_mdio、复位引脚mx6_por_b、开关引脚onoff、主从识别引脚gpio_0及供电使能引脚lcd_hsync。

网络模块用于实时查询物联网网关的状态并通过以太网将物联网网关的配置信息及与所述通信协议匹配的数据发送至主控模块。网络模块包括：以太网物理收发器ksz8081rnb两块、网络插座变压器hr911105a两块。

可选地，网络模块的型号为ksz8081rnb，其中，ksz8081rnb是一种单电源10base-t/100base-tx以太网物理层收发器，用于通过标准cat-5非屏蔽双绞线(utp)传输和接收数据。ksz8081rnb提供了简化的媒体独立接口，用于直接连接mii/rmii兼容的ethemetmac处理器和交换机。ksz8081rnb提供诊断功能，以方便在生产测试和产品部署中的系统启动和调试，适用于32针无铅qfn封装。

如图5所示，网络模块ksz8081rnb使用rmii接口形式与主控模块i.mx6ul的两路百兆网口相连，由rj45插座引出，插座型号为hr911105a，内置隔离变压器。

如图6所示，hr911105a的8号引脚chsgnd接地，9号引脚、12号引脚接入3.3v电压，13、14号引脚chsgnd并联电容c315、c316且共地。

主控模块通过usbhost的通信方式与无线模块连接，其中，无线模块用于通过4g、蓝牙、wi-fi传输数据。无线模块包括：蓝牙wifi二合一模块rl-um02wbs-8723bu，sd卡sdcard。

可选地，无线模块的型号为rl-um02wbs-8723bu，其中，rl-um02wbs-8723bu是应用rtl8723bu开发设计的一款符合bt4.0的usb接口蓝牙wifi二合一模块。使用sd存储卡进行采集数据的闪存，它具有体积小、数据传输速度快、可热插拔等优良特性。

如图7所示，无线模块为wifi及蓝牙二合一模块rl-um02wbs-8723bu，wifi标准:ieee802.11b/g/n，蓝牙标准：btv2.1/btv3.0/btv4.0。

wifi_pwn引脚是模块的电源开关引脚，输出低电平时，给模块供电。

rf0端口接出主天线，主天线可以同时发送和接收数据。

如图8所示，sd卡座使用cpu的sdhc1接口，通过拨码开关可配置为从sd卡烧写程序。sdio接口与sd卡座共用sdhc1接口。电源引脚gen_3v3引进3.3v电压经过电容c501、c502后接至排阻连接到sd卡。

主控模块通过pcb导线与总线模块连接，其中，总线模块用于通过iic/spi/uart总线协议协议从终端获取并发布数据，uart总线协议协议通过ttl、rs232、rs485通信方式与终端连接。总线模块包括：高速can器件mcp2551。

可选地，总线模块的型号为mcp2551，其中，mcp2551是一个可容错的高速can器件，可作为can协议控制器和物理总线接口。mcp2551可为can协议控制器提供差分收发能力，它完全符合iso-11898标准，包括能满足24v电压要求。它的工作速率高达1mb/s。

典型情况下，can系统上的每个节点都必须有一个器件，把can控制器生成的数字信号转化成为适合总线传输的信号。它也为can控制器和can总线上的高压尖峰信号之间加入了缓冲器。

由于mcp2551的输出端rx为5v电平，但可能会影响主控板的3.3v电压，因此，输出端rxd分别经过电阻r601和r602分压到3.3v，再输入主控模块i.mx6ul的can1_rx和can2_rx。

主控模块通过usbotg的通信方式与usb接口模块连接，其中，usb接口模块用于对输入信号进行扩展并使用usb通信传输数据。usb接口模块包括：usb集线器usb2514b、微型usb连接器usbmicorfamale。

可选地，usb接口模块的型号为usb2514b，其中，usb2514b用于输入信号的扩展，具有2个、3个或4个下游端口的高性能，超低功耗，占地小的集线器控制器ic。在此设计中将一路信号扩展为四路信号。通过微型usb连接器usbmicorfamale连接主从电源切换电路。

如图9所示，usb集线器usb2514b将主控模块i.mx6ul的一路usb_otg2_d+，usb_otg2_d-接口扩展出四路usb，其中三路连接到了usbhost接口，可用于存储设备、4g模块、wifi等设备，剩余一路usb连接到了板载蓝牙wifi上面。

当usbotg功能的设备连接到usb主设备的时候，i.mx6ul会识别出它连接的是主设备，于是把自己作为从设备与电脑通信，不给usb-otg接口供电；当主控模块i.mx6ul与u盘等连接的时候，主控模块i.mx6ul会识别出它连接的是从设备，于是把自己作为主设备与u盘通信，并给usb-otg接口供电，为u盘提供电源。

如图10所示，microusb插座usbmicrofamale，它的id引脚用于识别主从设备。开发板的5v电源gen_5v0通过两个p沟道场效应管构成的电子开关给microusb插座供电，该电子开关的使能端是vbus_en。当vbus_en为高电平时，电子开关导通，反之则截止。

当主设备通过电缆插入microusb插座时，电缆的microusb插头内的id脚是悬空的，usb_otg1_id网络被r361上拉到gen_3v3，cpu检测到的是高电平，同时电脑通过usb电缆将microusb插座的1脚电压提升至5v，vbus网络亦被提升至5v，主控模块i.mx6ul就工作在usb从模式下。此时，cpu将vbus_en置为低电平，两个p沟道场效应管截止，主设备提供的5v电源，不会传到gen_5v0上，二者不发生冲突。

当从设备u盘等通过电缆插入microusb插座时，电缆的microusb插头内的id脚是对地短路的，cpu检测到usb_otg1_id网络是低电平，主控模块i.mx6ul会自动配置为主模式，并将vbus_en置为高电平，两个p沟道场效应管导通，开发板通过gen_5v0对从设备供电。

主控模块通过pcb导线与电源模块连接，其中，电源模块用于分别为主控模块、网络模块、无线模块、总线模块、usb接口模块供电。电源模块包括：线性稳压器asm1117-3.3、保护电路。

可选地，电源模块包括低压差的线性稳压器asm1117-3.3，其中，线性稳压器ams1117-3.3是一种输出电压为3.3v的正向低压降稳压器，适用于高效率线性稳压器发表开关电源稳压器电池充电器活跃的小型计算机系统接口终端笔记本电脑的电源管理电池供电的仪器。

电源模块负责整个系统的供电，由于每个模块工作电压不同，需要设计不同的电压输出，系统主要采用了低压差的线性稳压器asm1117-3.3搭建保护电路，提供完善的过流保护和过热保护功能，确保芯片和电源系统的稳定性。该芯片能提供的输出电压范围为1.25v～138v。当输出1a电流时，输入输出的电压差典型值仅为1.2v。最大输出电流为1a、输出电压精度高达±1％，可以充分满足其他模块工作要求。

如图11所示，线性稳压器ams1117-3.3的底板电源为直流电，电压为5v，该电源经过自恢复保险、防反接二极管c203及过电压保护电路后，经线性稳压芯片ams1117-3.3降为3.3v。pmic_on_req引脚输出高电平，mos管导通，vdd_5v0和vdd_3v3可分别输出gen_5v0和gen_3v3。

如图12所示，电源模块保护电路的peri_pwre引脚输出低电平，mos管导通,gen_3v3输出vperi_3v3。此部分电路是保证了核心板先上电，底板后上电，以防闩锁效应的发生损坏cpu。开发板提供2个led指示灯，分别为红灯d203、绿灯d204，使用led指示灯时，需要把对应引脚配置为gpio功能。当输入电压为5v时，红灯d203亮，当输入电压为3.3v时，绿灯d204亮。

本实用新型实施例提供的物联网网关，包括主控模块、网络模块、无线模块、总线模块、usb接口模块及电源模块，通过配置各种具有灵活插拔功能的模块，各个接口与主控模块相连且互不干扰，通过简单配置，能够灵活适应现场需求，降低了设备研发成本和现场部署成本。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本实用新型也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本实用新型的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本实用新型的最佳实施方式。

此外，存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)，存储器包括至少一个存储芯片。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。