一种网关电路的制作方法

[0001]
本实用新型涉及到网关领域，特别是涉及到一种网关电路。


背景技术：

[0002]
lora通信技术是一种超远距离无线通信技术，具有低功耗、传输距离远等优点。随着5g的出现，物联网技术得到了广泛的普及，万物互联逐渐走进人们的生活。网关是一种网间连接器，是网络节点设备与网络服务器之间的通信桥梁，现有的lora网关将路由器专用方案、mcu(microcontroller unit，微控制单元)和lora wan(wide area network，广域网)方案相结合，该方案需使用价格高昂的路由器芯片，部分芯片价格甚至高达一百多美金，成本高昂，造成了严重的软件和硬件资源浪费。因此，在满足性能的前提下，如何降低现有网关的生产成本，显得十分重要。


技术实现要素：

[0003]
本实用新型的主要目的为提供一种网关电路，旨在实现降低现有网关的生产成本的技术问题。
[0004]
本实用新型提出一种网关电路，包括：
[0005]
电源模块，用于给网关电路各功能模块供电；
[0006]
单片机，用于控制网关电路各功能模块，以及网络数据处理；
[0007]
以太网模块，用于实现与服务器的数据交互；
[0008]
lora发射模块，用于发送射频信号；
[0009]
lora接收模块，用于接收射频信号。
[0010]
优选的，单片机的型号包括stm32f107rct6。
[0011]
优选的，以太网模块包括以太网控制模块、网络变压器和接口模块；
[0012]
lora接收模块的信号输出端与单片机的第一信号输入端连接；
[0013]
单片机的第一信号输出端与以太网控制模块的第一信号输入端连接；
[0014]
以太网控制模块的第一信号输出端与网络变压器的第一信号输入端连接；
[0015]
网络变压器的第一信号输出端与接口模块的信号输入端连接。
[0016]
优选的，接口模块的信号输出端与网络变压器的第二信号输入端连接；
[0017]
网络变压器的第二信号输出端与以太网控制模块的第二信号输入端连接；
[0018]
以太网控制模块的第二信号输出端与单片机的第二信号输入端连接；
[0019]
单片机的第二信号输出端与lora发射模块的信号端输入连接。
[0020]
优选的，电源模块包括变压模块、第一线性稳压管和第二线性稳压管；
[0021]
变压模块分别与第一线性稳压管和第二线性稳压管连接，其中，变压模块用于将输入电压从12v降成5v；
[0022]
第一线性稳压管将5v电压降至3.3v，以给lora发射模块供电；
[0023]
第二线性稳压管将5v电压降至3.3v，以给电路中除lora发射模块外的功能模块供
电。
[0024]
优选的，变压模块的型号包括sy8120b1abc，第一线性稳压管和第二线性稳压管的型号包括me6210a33pg。
[0025]
优选的，网关电路还包括第一滤波模块和第二滤波模块；
[0026]
第一滤波模块一端与电源模块的第一供电输出端连接，另一端与单片机的供电输入端连接；
[0027]
第二滤波模块一端与电源模块的第二供电输出端连接，另一端与以太网控制模块的供电输入端连接。
[0028]
优选的，网关电路包括：
[0029]
第一时钟模块，用于给单片机提供频率为25mhz的时钟信号；
[0030]
第二时钟模块，用于给以太网控制模块提供频率为50mhz的时钟信号；
[0031]
第三时钟模块，用于给lora发射模块提供频率为32mhz的时钟信号；
[0032]
第四时钟模块，用于给lora接收模块提供频率为32mhz的时钟信号。
[0033]
优选的，网关电路还包括指示灯模块；
[0034]
电源模块的第三供电输出端与指示灯模块的供电输入端连接；
[0035]
单片机的第三信号输出端与指示灯模块的信号输入端连接。
[0036]
优选的，lora发射模块以471mhz的频率发送射频信号，lora接收模块以434mhz的频率接收射频信号。
[0037]
本实用新型的有益效果在于：在满足性能的前提下，将网关电路的控制模块从高规格的芯片，替换成单片机，极大地降低了网关的生产成本。具体的，通过单片机(运行freertos系统)、端口物理层和双lora(收、发分离) 的方案，此网关电路方案的芯片采用lqfp、qfn封装，大大降低软、硬件开发难度。在软件方面也实现了拨号、服务器地址修改等简单功能，从而简化了路由器的功能，也能实现lora wan的功能，使其成为专职专用的产品，大大降低了产品的功耗，也同时提高了产品的稳定性。
附图说明
[0038]
图1为本实用新型一种网关电路的第一实施例的第一局部结构示意图；
[0039]
图2为本实用新型一种网关电路的第一实施例的第二局部结构示意图；
[0040]
图3为图1中的网关电路的电源模块的结构示意图；
[0041]
图4为图1中的网关电路的单片机的结构示意图；
[0042]
图5为图1中的网关电路的以太网模块的结构示意图；
[0043]
图6为图2中的lora发射模块的结构示意图；
[0044]
图7为图2中的lora接收模块的结构示意图；
[0045]
图8为图1中的指示灯模块。
[0046]
标号说明：
[0047]
1、电源模块；11、变压模块；12、第一线性稳压管；13、第二线性稳压管；
[0048]
2、单片机；21、第一滤波模块；22、第一时钟模块；
[0049]
3、以太网模块；31、以太网控制模块；32、网络变压器；33、接口模块；34、第二滤波模块；
[0050]
4、lora发射模块；41、第三时钟模块；
[0051]
5、lora接收模块；51、第四时钟模块；
[0052]
6、指示灯模块。
[0053]
本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0054]
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0055]
参照图1至图8，本实用新型提供一种网关电路，包括：
[0056]
电源模块1，用于给网关电路各功能模块供电；
[0057]
单片机2，用于控制网关电路各功能模块，以及网络数据处理；
[0058]
以太网模块3，用于实现与服务器的数据交互；
[0059]
lora发射模块4，用于发送射频信号；
[0060]
lora接收模块5，用于接收射频信号。
[0061]
在本实用新型实施例中，图1和图2构成一个完整的网关电路图，网关电路包括电源模块1、单片机2、以太网模块3、lora发射模块4和lora接收模块5。电源模块1用于将外部输入的12v直流电压降压到5v，再通过线性稳压管，分别给lora发射模块4和其它功能模块供电。单片机2主要实现底层驱动和网络数据处理。单片机2通过spi1(serial peripheral interface，串行外设接口)通信接口与lora接收模块5进行初始化配置和数据处理；通过spi3通信接口与lora发射模块5进行初始化配置和数据处理；通过rmii 接口驱动以太网物理层芯片，从而实现网关连接网络的功能。以太网模块3 的控制芯片型号包括dp83848x，实现与服务器进行数据交互。lora发射模块 4，网关收到服务器数据后，通过匹配电路和天线将射频信号以预设频率发送出去。lora接收模块5，在天线接收到射频信号时，通过接收电路过滤出相对应的射频信号发送到射频芯片进行处理，单片机2通过spi1将射频数据取出进行处理。通过上述功能模块配合，通过lora射频技术，可以实现远程管理门锁设备。用户可以实现远程开门、远程发密码/取消密码、开门日志实时上传、设置门锁状态(长关/长开/正常)等实用性功能。综上，在满足性能的前提下，将网关电路的控制模块从高规格的芯片，替换成单片机，极大地降低了网关的生产成本。具体的，通过单片机(运行freertos系统)、端口物理层和双lora(收、发分离)的方案，此网关电路方案的芯片采用lqfp、qfn 封装，大大降低软、硬件开发难度。在软件方面也实现了拨号、服务器地址修改等简单功能，从而简化了路由器的功能，也能实现lora wan的功能，使其成为专职专用的产品，大大降低了产品的功耗，也同时提高了产品的稳定性。
[0062]
参照图4，单片机的型号包括stm32f107rct6。
[0063]
在本实用新型实施例中，stm32f107rct6系统自带mac层，减少了软件方面的开发难度，只要外挂简单的端口物理层和接口电路就能实现tcp/ip网络连接，芯片还要支持多路spi接口实现lora收、发分离不冲突，芯片io口资源和内部rom、ram资源也满足性能需求。综上，本款单片机的性价比高，降低软、硬件开发难度，且能满足网关的性能需求。
[0064]
参照图5，以太网模块3包括以太网控制模块31、网络变压器32和接口模块33；
[0065]
lora接收模块5的信号输出端与单片机1的第一信号输入端连接；
[0066]
单片机2的第一信号输出端与以太网控制模块31的第一信号输入端连接；
[0067]
以太网控制模块31的第一信号输出端与网络变压器32的第一信号输入端连接；
[0068]
网络变压器32的第一信号输出端与接口模块33的信号输入端连接。
[0069]
在本实用新型实施例中，太网控制模块31用于控制以太网模块3的工作，网络变压器32用于保护以太网控制模块31，接口模块33用于网关与服务器进行数据交互。网关电路接收外部射频信号的流程如下：外部射频信号通过天线ant_lf_rx进入lora接收模块5，lora接收模块5的型号包括 sx1278imltrt，外部射频信号通过rfi_lf引脚进入lora接收模块5。lora 接收模块5以sck、miso、mosi和nss引脚作为信号输出端连接单片机1的第一信号输入端(pa4、pb3至pb5引脚)。单片机2的pb12和pb13引脚作为单片机2的第一信号输出端连接以太网控制模块31的第一信号输入端 (txd_0和txd_1引脚)，其中，以太网控制模块31的型号包括dp83848x；以太网控制模块31以td+和td-引脚作为第一信号输出端连接网络变压器32 的第一信号输入端(td+和td-引脚)，其中，网络变压器的型号包括h1102nl；网络变压器32以tx+和tx-引脚作为第一信号输出端连接接口模块33的信号输入端(tx+和tx-)，其中，接口模块33的型号包括rj45。综上，外部射频信号经lora接收模块5、单片机2和以太网模块3发送至服务器。
[0070]
参照图5，接口模块33的信号输出端与网络变压器32的第二信号输入端连接；
[0071]
网络变压器32的第二信号输出端与以太网控制模块31的第二信号输入端连接；
[0072]
以太网控制模块31的第二信号输出端与单片机2的第二信号输入端连接；
[0073]
单片机2的第二信号输出端与lora发射模块5的信号端输入连接。
[0074]
在本实用新型实施例中，网关电路发送射频信号的流程如下：接口模块 33的rx+和rx-引脚作为信号输出端连接网络变压器32的第二信号输入端(rx+和rx-引脚)；网络变压器32以(rd+和rd-引脚)作为第二信号输出端连接以太网控制模块31的第二信号输入端(rd+和rd-引脚)；以太网控制模块31以36号和37号引脚作为第二信号输出端连接单片机2的第二信号输入端(pc4和pc5引脚)。单片机2以pa15、pc10、pc11和pc12引脚作为第二信号输出端连接lora发射模块5的信号输入端(nss引脚)，然后通过天线将射频信号发射出去。综上，射频信号由以太网模块3、单片机2和lora 发射模块4将射频信号发射出去。
[0075]
参照图3，电源模块1包括变压模块11、第一线性稳压管12和第二线性稳压管13；
[0076]
变压模块11分别与第一线性稳压管12和第二线性稳压管13连接，其中，变压模块11用于将输入电压从12v降成5v；
[0077]
第一线性稳压管12将5v电压降至3.3v，以给lora发射模块4供电；
[0078]
第二线性稳压管13将5v电压降至3.3v，以给电路中除lora发射模块4 外的功能模块供电。
[0079]
在本实用新型实施例中，外部输入电压经变压模块11降压后，分为两路给网关电路上的功能模块供电，其中，一路专门用于给lora发射模块4供电，另一路用于给除lora发射模块4外的功能模块供电。这种设计的好处在于：一是保证lora发射模块4的发射功率达到最佳，保证射频发射信号时电压和电流保持稳定；二是电源模块4给除lora发射模块4外的功能模块供电时，串入铁氧体磁珠滤波器，滤除主电源上因每一个功能模块内、外部产生的高频噪声，使每一功能模块的供电不会相互干扰，达到最佳的电源供给状态，也提高了本网关电路整体稳定性。
[0080]
本实用新型的供电过程如下所述：外部输入电压通过dc的1号引脚进入电源模块1，输入至变压模块11(即u2)的win引脚，在由u2的sw引脚输出，将电压由12v降至5v；5v电压输入至第一线性稳压管12(即u7)的 vin引脚，在由u7的vout引脚输出至lora发射模块4的供电输入端(即芯片u5的3号引脚、14号引脚和24号引脚)，从而完成电源模块1对lora发射模块4的供电。
[0081]
本实用新型又一实施例中，部输入电压通过dc的1号引脚进入电源模块 1，输入至变压模块11(即u2)的win引脚，在由u2的sw引脚输出，将电压由12v降至5v；5v电压经第二线性稳压管13(即u9)的vin引脚输入，降压至3.3v后，由vout引脚输出分别经滤波后输出至单片机3的供电输入端(vbat、vdda、vdd_4、vdd_1和vdd_3引脚)，输出至以太网控制模块31 的供电输入端(1号、18号和26号引脚)，以及以太网控制模块31的外围电路；输出至lora接收模块5的供电输入端(3号、14号和25号引脚)。
[0082]
参照图3，变压模块11的型号包括sy8120b1abc，第一线性稳压管12和第二线性稳压管13的型号包括me6210a33pg。
[0083]
在本实用新型实施例中，变压模块11的型号包括sy8120b1abc，其优点在于，宽电压输入(4.5至18v)，效率高达96％，2a大电流输出，外围电路简单，封装小。第一线性稳压管12和第二线性稳压管13的型号包括 me6210a33pg，其优点在于超低静态工作电流，宽输入电压，低压差 (11mv@iout＝10ma),2％的高输出精度及500ma大电流输出保证各模块电路工作时不会引起电压跌落，使lora发射模块4因电压和电流不足造成lora发射模块4发射功率不足和工作异常。
[0084]
参照图4和图5，网关电路还包括第一滤波模块21和第二滤波模块34；
[0085]
第一滤波模块21一端与电源模块1的第一供电输出端连接，另一端与单片机2的供电输入端连接；
[0086]
第二滤波模块34一端与电源模块1的第二供电输出端连接，另一端与以太网控制模块31的供电输入端连接。
[0087]
在本实用新型实施例中，通过第一滤波模块21和第二滤波模块34分别滤除单片机2和以太网控制模块31内、外部产生的高频噪声，以提高网关电路的稳定性。
[0088]
参照图1至图7，网关电路包括：
[0089]
第一时钟模块21，用于给单片机2提供频率为25mhz的时钟信号；
[0090]
第二时钟模块，用于给以太网控制模块31提供频率为50mhz的时钟信号；
[0091]
第三时钟模块41，用于给lora发射模块4提供频率为32mhz的时钟信号；
[0092]
第四时钟模块51，用于给lora接收模块5提供频率为32mhz的时钟信号。
[0093]
在本实用新型实施例中，各时钟模块分别给各功能模块提供时钟信号，以保证网关电路的正常运行。
[0094]
参照图3、图4和图8，网关电路还包括指示灯模块6；
[0095]
电源模块1的第三供电输出端与指示灯模块6的供电输入端连接；
[0096]
单片机2的第三信号输出端与指示灯模块6的信号输入端连接。
[0097]
在本实用新型实施例中，电源模块1的第三供电输出端连接指示灯模块6 的5号引脚，单片机2的第三信号输出端(37号至40号引脚)传输至(1 号至8号引脚)。指示灯模块6通过单片机2控制，单片机2输出pwm波形控制，具体为以太网模块连上网络时指示灯模块6常
亮，没连上网络时指示灯模块6呼吸。
[0098]
进一步地，lora发射模块4以471mhz的频率发送射频信号，lora接收模块5以434mhz的频率接收射频信号。
[0099]
在本实用新型实施例中，网关采用双频率单通道收发机制，发送数据时使用频率为434mhz的频段，接收数据时使用频率为471mhz的频段。这样可以有效避免数据发送碰撞，从而提高数据发送成功率，保证通信链路的可靠性，稳定性。
[0100]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。