一种智能建筑边缘处理装置

1.本实用新型属于边缘处理装置技术领域，具体涉及一种智能建筑边缘处理装置。


背景技术：

2.智能建筑边缘处理装置是一种智能建筑综合信息管理系统的边缘计算节点，其在智能建筑中用于分区管理，实现分区内通风空调、给排水、供配电、智能照明、消防报警、视频监控、智能广播等各类智能建筑设备的监测和联动控制，赋予复杂信息系统分区自治功能，其可靠性要求非常高。传统智能建筑边缘计算节点一般采用普通工控机或工作站实现，没有双机热备的功能。然而，智能建筑边缘计算节点运行环境恶劣、电磁环境复杂，传统智能建筑边缘计算节点极易出现主板或电源故障，引起设备宕机，严重影响智能建筑信息系统的分区自治功能。为此，本实用新型提供一种智能建筑边缘处理装置，其主板和电源均采用了双机热备设计，解决了传统边缘计算装置中单主板易故障、单电源供电可靠性差等问题，大幅提升了系统可靠性，能够很好地适应智能建筑边缘计算节点的复杂运行环境。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种智能建筑边缘处理装置。
4.本实用新型采用的技术方案：
5.一种智能建筑边缘处理装置，其特征在于，该装置包括机箱以及设置于机箱内部的主板、母板、电源模块、接口模块，显示模块以及提醒模块，所述主板通过母板与电源模块、接口模块、显示模块和提醒模块相连，所述接口模块用于安装对外标准接口；
6.所述机箱左侧板上设置有进风孔，右侧板内壁固定设置有散热风机，形成左进右出的风道，且在机箱侧板上安装有所述对外标准接口；所述机箱顶部还设置有把手。
7.进一步地，所述主板包括主板a和主板b，其均由pcb、cpu、cpu配套芯片、内存、网络接口、固态硬盘、显示接口、usb接口、rs485接口组成；
8.所述cpu采用飞腾d2000处理器；
9.所述cpu配套芯片采用飞腾x100套片；
10.所述内存采用长鑫存储wxdq3a8am-wg型号；
11.所述网络接口设置有4个，采用wx1860al4网卡芯片；
12.所述固态硬盘采用标准sata3.0接口接入；
13.所述显示接口设置有2个，均为hdmi接口；
14.所述usb接口设置有4个，均为usb2.0接口；
15.所述rs485接口设置有2个，这2个接口通过uart串口与所述母板连接，在母板上进行uart转rs485接口转换，再经由母板上切换开关输出到接口板对外输出。
16.进一步地，所述接口模块包括hdmi接口、usb接口、网口、rs485接口，且所述hdmi接口与母板通过type-e型接口互连，usb接口与母板使用type-a 型接口互连，网口与母板使用rj-45接口互连，rs485接口与母板使用j30j-9zkw 互连。
17.进一步地，所述电源模块包括电源模块a和电源模块b，其输入电压为 ac165v～ac265v，输出电压为dc5v，额定功率为300w。
18.进一步地，所述母板上设置有两个6u cpci插槽、两个华丰d型连接器、一个fpga芯片以及切换开关组，所述主板a和主板b通过两个cpci插槽与母板相连；所述电源模块a和电源模块b分别通过两个华丰d型连接器与母板相连；所述fpga芯片用于接收主板a和主板b下发的命令，并根据收到的命令控制切换开关组切换主板a或主板b的接口模块作为输出的对外接口，从而实现主板a和主板b双机热备。
19.进一步地，所述fpga采用为a7芯片，型号为jfmk50。
20.进一步地，所述显示模块包括一个10.1寸触摸显示屏与1条lvds屏线，所述触摸显示屏嵌设于机箱(1)的上端面。
21.进一步地，所述提醒模块包括若干个led状态指示灯，用于报警指示、故障指示、通讯指示以及电源指示，且所述led状态指示灯设置于靠近所述触摸显示屏一侧。
22.进一步地，所述led状态指示灯一侧还设置有开关按键以及复位按键。
23.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
24.首先，本实用新型通过设计的主板a、主板b能实现双机热备功能，主板a 和主板b采用相同的软硬件配置、安装有相同的智能建筑监控与管理软件，并周期性实现监控数据的共享与同步，当一块主板故障时，可以无缝切换到另一块主板上运行，保证整个装置的可靠运行；此外，该装置设计的电源模块a、电源模型b能够提高整个装置供电的可靠性。因此，本实用新型设计的智能建筑边缘处理装置解决了传统边缘计算装置中单主板易故障、单电源供电可靠性差等问题，大幅提升了整个装置的可靠性，能够很好地适应智能建筑的复杂运行环境。
25.其次，本实用新型提供的智能建筑边缘处理装置采用了飞腾处理器等国产化硬件，以及麒麟操作系统、达梦数据库等国产化软件，整个装置国产自主可控程度高，能够更好地满足政府、军队等部门国产自主可控的高标准和要求。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
27.图1为本装置的原理框图；
28.图2为本技术的双主板双机热备原理图；
29.图3为主板中cpu与飞腾x100套片的原理图；
30.图4为主板中cpu与内存的连接关系图；
31.图5为主板中网络接口的原理图；
32.图6为内存存储扩展原理图；
33.图7为主板的hdmi与飞腾x100套片的连接关系图；
34.图8为主板的usb接口与飞腾x100套片的连接关系图；
35.图9为主板的rs485接口设计原理图；
36.图10为母板原理设计图；
37.图11为母板fpga的逻辑控制设计图；
38.图12为主板与fpga的监控、切换功能设计图
39.图13为接口模块设计原理图；
40.图14为显示屏接口设计原理图；
41.图15为本装置的整体结构图；
42.图16为本装置的内部结构图；
43.图17为本技术的俯视图；
44.其中，1-机箱；11-lcd显示屏；12-led状态指示灯；13-进风孔；14-散热风机；15-把手。
具体实施方式
45.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
46.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
47.本实用新型具体提供了一种智能建筑边缘处理装置，该装置包括机箱1以及设置于机箱1内部的主板、母板、电源模块、接口模块，其中主板设置有两块，包括主板a和主板b，两块主板与母板相连，母板与接口模块、电源模块相连；所述主板为本装置的核心处理模块，提供整个装置的处理能力以及对外接口；母板用于主板、接口模块、电源模块以及lcd显示屏之间的互连；接口模块用于安装对外标准接口，包括usb、lan、rs485、hdmi；电源模块用于向整个装置供电；lcd显示屏为触摸屏，用于显示ui界面和视频数据，识别用户触摸命令，下面分别对各个模块进行详细说明。
48.1、主板
49.本技术的主板a和主板b采用相同配置，均由pcb、cpu、cpu配套芯片、内存、网卡、固态硬盘、显示接口、usb接口组成，其cpu采用飞腾d2000，峰值功耗38.4w，该处理器集成了8个64位高性能核，最高主频2.0ghz，内置密码加速引擎，集成系统级安全机制，能满足复杂应用场景下的性能需求和安全可信需求，其性能参数如表1所示；
50.表1
[0051][0052][0053]
所述配套芯片采用飞腾x100套片，可配合飞腾系列处理器，所述飞腾x100 套片与飞腾d2000的连接原理如图3所示；所述内存采用长鑫存储 wxdq3a8am-wg型颗粒，共36片，含ecc，容量32gb，颗粒采用板贴形式，具有速率稳定、可靠性高等特点，该内存的原理框图如图4所示；本技术的主板上设置有4个千兆网口，采用1片北京网迅科技wx1860al4网卡芯片，支持在不同网段下同时使用，网络接口原理图如图5所示；所述主板采用标准sata3.0 接口，默认配置2.5寸，采用1tb固态硬盘，由于所述x100集成4路兼容sata3.0 规范的接口，其中一路与dp复用，因此对外引出3路。四路接口共用一个sata 控制器，兼容ahci1.3和1.31规范，可以通过sata接口和m.2接口(b key/m key) 与符合sata规范的设备相连接，支持连接1.5gb/s、3.0gb/s、6.0gb/s的sata设备，传输速率峰值大于500mb/s。主板中2路sata接cpci j3段，1路sata接口从连接器引出，如图6所示；所述飞腾x100集成1个低功耗gpu，有3路dp 显示接口，其中：两路为4lane，最大支持3840
×
2160@60hz；一路为1lane，最大支持1366
×
768@60hz，主板后面板输出显示接口为2路hdmi接口，本技术采用龙讯半导体的lt8711ux芯片，实现dp转hdmi功能，其原理图如附图7 所示；所述主板后面板上设置有4个usb2.0接口，所述飞腾x100套片集成8个 usb主机控制器，支持8路独立的usb3.1 gen1接口，引出4路usb2.0，该usb 接口框图如图8所示；所述主板还设置有两个rs485接口，其由主
板引出两路 uart串口与母板连接，在母板上进行uart转rs485接口转换，再经由母板上切换开关输出到接口板对外输出，rs485接口的设计原理框图如附图9所示；
[0054]
本技术设置两块主板用于实现主板的双机热备，当其中一个主板发生故障时会切换到另一个主板输出接口。因此，在主板a和主板b上分别运行现有的双机热备软件(该软件采用现有技术中的双机热备技术，实现双机热备功能)，主板a 和主板b上的通过双机热备软件通过太网链路进行信息交互，从而实现双机热备功能；
[0055]
2、母板
[0056]
所述母板设置有两个6u cpci插槽，用于连接两块主板a和主板b，其上还设置有两个华丰d型连接器，用于连接两个电源模块，同时在母板上设置有fpga，用于接收两块主板下发的命令，根据命令控制母板上的切换开关组切换hdmi、 lvds、usb、rs485接口，再通过连接器组连接到接口模块进行对外输出，其原理框图如图10所示。
[0057]
本技术的逻辑控制由母板上的fpga实现，通过fpga处理接收到的用户命令，并根据命令实现对外接口切换。fpga定时查询主板a和主板b的工作状态，当主板a发生故障时，fpga自动将对外接口(usb、lan、rs485、hdmi)切换到主板b输出；
[0058]
具体地，fpga为一片a7芯片，型号为jfmk50，用于对外部信号进行实时监测，并根据监测结果对输入信号进行切换控制，逻辑部分的总体设计框图如图 11所示，jfmk50的功能包括：
[0059]
cm：时钟复位模块，其功能为将晶振提供的时钟输入pll处理，时钟倍频锁定后，供fpga内容使用，即fpga的系统时钟，同时提供系统复位信号；
[0060]
sys_reg：系统寄存器模块，其功能是提供寄存器存储一些fpga的信息供cpu 进行读写；
[0061]
monitor：监控模块，其功能是监测外部主板a和主板b通过gpio下发的指令，若检测到主板a故障则切换到主板b命令，则会立刻将hdmi、lvds、usb*2、 rs485*2信号切换到主板b输出；
[0062]
vol_change：电平转换模块，其用于为主板的uart信号做电平转换，且实现对外两路rs485接口的切换。
[0063]
fpga具有实时检测主板a和主板b下发信息的功能，可根据两块主板上运行的双机热备软件下发的指令进行接口切换工作，其监控切换原理图如附图12 所示。主板a和主板b的硬件上均设置有心跳检测信号、监控使能信号、周期时间信号链路，因此可通过这三种链路与fpga通讯，如：正常情况下主板a作为主机，主板b作为热备机，fpga默认将a主板接口对外输出，当主板a故障， fpga检测到后会立即将对外接口切换为b主板输出。
[0064]
3、接口模块
[0065]
所述接口模块包括hdmi接口、usb接口、网口、rs485接口，如附图13所示，其中：
[0066]
hdmi接口：与母板使用type-e型接口互连，具备抗震性、防潮灯特性，结构上采用机械式锁定方式，保证接触可靠性，在机箱1的侧面板上设置type-a 型接口，保证通用性；
[0067]
usb接口：与母板使用type-a型接口互连，在机箱1的侧面板上设置type-a 型接口，保证通用性；
[0068]
网口：与母板使用rj-45接口互连，在机箱1的侧面板上设置rj-45接口；
[0069]
rs485接口：与母板使用j30j-9zkw互连，在机箱1的侧面板上设置db9母头接口。
[0070]
4、电源模块
[0071]
本技术的电源模块设置有两个，包括电源模块a和电源模块b，两个电源模块采用相同配置，其规格为：ac165v～ac265v宽压输入，dc5v输出，额定功率为300w。本技术通过双电源模块热备方式能够实现：在正常工作情况下，2个电源模块同时开启；在异常情况下，导致其中一个电源模块不工作时，自动切换为单电源模块供电，单块电源模块也满足整个装置供电要求，不影响系统正常工作；且电源模块采用现有的过载过压保护、输出短路保护，在过流、过压、短路情况接触后，电源模块会自动恢复正常工作。
[0072]
如图15-17，本技术的机箱1顶板设置有lcd显示屏11，在lcd显示屏11 的一侧还设置有复位按键、开关按键以及若干个led状态指示灯12；所述机箱1 左侧板设置有进风孔13，右侧板设置有散热风机14，风道为左进右出，在散热风机模组作用下，形成完整密封的散热风道，满足散热要求；为了便于装置移动在机箱1顶部还设置有把手15；
[0073]
5、显示模块
[0074]
所述显示模块由10.1寸触摸显示屏与1条lvds屏线组成，其与主板、母板的连接关系图如附图14所示，该触摸显示屏采用爱宝拓re-qualcom工业显示器，其与其它同尺寸规格的lcd显示屏相比具有轻薄、分辨率高等明显优势，有助于控制整机的重量与厚度，并满足用户对于分辨率的要求。
[0075]
所述led状态指示灯，用于操作员观察装置工作状态和故障报警，具体包括：
[0076]
报警指示灯：正常状态下指示灯不亮，当有报警事件发生时指示灯为亮黄色；
[0077]
故障指示灯：正常状态下指示灯不亮，当有故障发生时指示灯为亮红色；
[0078]
通讯指示灯：无通讯时指示灯不亮，有网络数据通讯时指示灯绿色闪烁；
[0079]
电源指示灯：未供电时指示灯不亮，电源供电正常时指示灯绿色常亮。
[0080]
工作原理：本实用新型所提的智能建筑边缘处理装置与智能建筑分区内的通风空调、给排水、供配电、智能照明、消防报警、视频监控等各业务系统的控制器相连接，实现分区对分区环境、分区内各类设备的监测和控制，以及不同业务系统的联动控制。例如，当智能建筑某分区出现火灾时，消防报警系统将火灾信号发送给智能建筑边缘处理装置，智能建筑边缘处理装置联动分区内视频监控实现火灾复核，确认发生火灾后发出联动信号，联动分区内的通风空调、给排水、供配电、智能照明、智能广播等业务系统进行动作，关闭风机、启动消防泵、启动应急照明灯、发出火情广播。由于采用了双主板热备、双电源设计，智能建筑边缘处理装置可靠性高、环境适应性好，能够很好地满足智能建筑信息系统分区自治的智能化需求。
[0081]
上述出现的判断过程均为现有技术，本新型并未对这一部分进行改进，不作为本新型的保护内容。
[0082]
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制, 凡是根据实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。