本发明涉及一种基于模块化通信的多信道物联网网关。
背景技术：
物联网架构由感知层、网络层和应用层组成，其中连接感知层和网络层的关键技术即物联网网关。在物联网时代中，物联网网关将会是至关重要的环节。目前的物联网网关都是基于单一通信的信道模式，即感知层与物联网网关通过固定信道模式进行通信，物联网网关再通过固定信道与网络层进行通信。当运用场合或则运用环境造成通信信道发生变化的时候，需要更换不同通信信道的物联网网关。
随着物联网技术的高速发展，整个社会智能化程度将越来越高，物联网需要应用在公安、医疗、环保、农业、林业、交通等各种不同行业，不同应用行业有不同应用环境对物联网网关通信信道要求也就不同，不同信道物联网网关如果单独研发建设的话，其成本投入与时间周期都很高，不具有现实意义，这就是为什么需要一个基于模块化通信的多信道物联网网关。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于模块化通信接口的多信道物联网网关，旨在解决物联网网关在不同场合不同环境下需要不同通信信道的接口技术问题。为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于模块化通信接口的多信道物联网网关，旨在解决物联网网关在不同场合不同环境下需要不同通信信道的接口技术问题;本发明多信道物联网网关提供一种通用通信模块插座(插针)接口，通信模块插针接口可以通过通用通信模块插座接口与多信道物联网网关互连并提供通信。多信道物联网网关提供两个通用通信插座接口，一个通用通信插座用于上行通信，一个通用通信插座用于下行通信。上行通信主要解决多信道物联网网关与物联网云主站之间长距离数据交互，下行通信主要解决多信道物联网网关和智能终端之间短距离(最后一公里)数据采集。
本发明的基于模块化通信的多信道物联网网关包括：上行通信模块(1)，多信道物联网网关(2)，下行通信模块(3)，上行通信三十芯公头插针(3)，上行通信三十芯母头插座(4)，下行通信二十六芯母头插座(5)，下行通信二十六芯公头插针(6)；所述上行通信模块(1)的上行通信三十芯公头插针(3)与多信道物联网网关(2)的上行通信三十芯母头插座(4)连接；下行通信模块(3)的下行通信二十六芯公头插针(6)与多信道物联网网关(2)的下行通信二十六芯母头插座(5)连接;上行通信模块(1)包括：通信芯片(7)根据不同环境需求可以从3g/4g芯片(8)或则gprs芯片(9)或则北斗芯片(10)中三选一，直流电源转换电路(11)，rj45以太网插口(12)，上行通信三十芯公头插针(3)；所述3g/4g芯片(8)的usb输入输出与上行通信三十芯公头插针(3)的usb输入输出插针(30-10)插针(30-11)连接，gprs芯片(9)串口的232输入输出与上行通信三十芯公头插针(3)的串口232输入输出插针(30-5)插针(30-6)连接，北斗芯片(10)的网络信号输入输出与上行通信三十芯公头插针(3)的串口232输入输出插针(30-23)插针(30-24)插针(30-25)插针(30-26)连接；直流电源转换电路(9)的4.2v输入电压与上行通信三十芯公头插座(3)的4.2v输入电压插针(30-3)插针(30-4)连接；rj45以太网插口(12)的网络输入输出信号与上行通信三十芯公头插座(3)的网络输入输出信号插针(30-23)插针(30-24)插针(30-25)插针(30-26)连接;所述的多信道物联网网关(2)包括：上行通信三十芯母头插座(4)，下行通信二十六芯母头插座(5)，ttl电平转usb电平芯片(13)，ttl电平转232电平芯片(14)，以太网芯片(15)，电源芯片(16)，输入输出芯片phy(17)，arm嵌入式微处理器(18)，ttl电平转usb电平芯片(19)，ttl电平转232电平芯片(20)，以太网芯片(21)，电源芯片(22)；所述ttl电平转usb电平芯片(13)的usb输入输出端与上行通信三十芯母头插座(4)的usb输入输出端的插座(30-10)插座(30-11)连接；ttl电平转232电平芯片(14)的232输入输出端与上行通信三十芯母头插座(4)的232输入输出端的插座(30-5)插座(30-6)连接；以太网芯片(15)的网络信号输入输出端与上行通信三十芯母头插座(4)的网络信号输入输出端的插座(30-23)插座(30-24)插座(30-25)插座(30-26)连接；电源芯片(16)的电源输入输出端与上行通信三十芯母头插座(4)的电源输入输出端的插座(30-3)插座(30-4)连接；输入输出芯片phy(17)的ttl电平输入输出端与上行通信三十芯母头插座(4)的ttl电平输入输出端的插座(30-7)插座(30-8)插座(30-9)连接；ttl电平转usb电平芯片(13)的ttl电平输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的ttl电平输入输出端管脚连接；ttl电平转232电平芯片(14)的ttl电平输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的ttl电平输入输出端管脚连接；以太网芯片(15)的网络信号输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的网络信号输入输出端管脚连接；电源芯片(16)的电源输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的电源输入输出端管脚连接；输入输出芯片phy(17)的ttl电平输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的ttl电平输入输出端管脚连接；ttl电平转usb电平芯片(19)的usb输入输出端与下行通信二十六芯母头插座(5)的usb输入输出端的插座(26-13)插座(26-14)连接；ttl电平转232电平芯片(20)的232输入输出端与下行通信二十六芯母头插座(5)的232输入输出端的插座(26-15)插座(26-16)连接；以太网芯片(21)的网络信号输入输出端与下行通信二十六芯母头插座(5)的网络信号输入输出端的插座(26-21)插座(26-22)插座(26-23)插座(26-24)连接；电源芯片(22)的电源输入输出端与下行通信二十六芯母头插座(5)的电源输入输出端的插座(26-11)插座(26-12)连接；ttl电平转usb电平芯片(19)的ttl电平输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的ttl电平输入输出端管脚连接；ttl电平转232电平芯片(20)的ttl电平输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的ttl电平输入输出端管脚连接；以太网芯片(21)的网络信号输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的网络信号输入输出端管脚连接；电源芯片(22)的电源输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的电源输入输出端管脚连接;所述的下行通信模块(3)包括：根据不同环境需求可以从本地通信宽带载波模块(23)或本地通信无线模块(28)中二选一，直流电源转换电路(24)，qca载波芯片(25)，变压耦合电路(26)，下行耦合接口二十芯公头插针(27)，直流电源转换电路(29)，无线芯片(30)（根据不同环境需求可以从wifi芯片(31)或则lora芯片(32)中二选一），pa功放电路(33)，rf射频电路(34)；所述本地通信宽带载波模块(23)的连接关系为：直流电源转换电路(24)的12v输入电压与下行通信二十六芯公头插针(6)的12v输入电压插针(26-11)插针(26-12)连接；qca载波芯片(25)的usb输入输出端与下行通信二十六芯公头插针(6)的usb输入输出端插针(26-13)插针(26-14)连接；qca载波芯片(25)的耦合电流输入输出端与变压耦合电路(26)的耦合电流输入输出端连接；变压耦合电路(26)的交流电压电流输入输出端与下行耦合公网交流电源插口(27)的交流电压电流输入输出端连接；公网交流电线与下行耦合公网交流电源插口(27)连接。本地通信无线模块(28)的连接关系为：直流电源转换电路(29)的12v输入电压与下行通信二十六芯公头插针(6)的12v输入电压插针(26-11)插针(26-12)连接；无线芯片(30)根据不同环境需求可以从wifi芯片(31)或则lora芯片(32)中二选一，wifi芯片(31)的232输入输出端与下行通信二十六芯公头插针(6)的ttl电平输入输出端插针(26-15)插针(26-16)连接,lora芯片(32)的网络信号输入输出端与下行通信二十六芯公头插针(6)的网络信号输入输出端插针(26-21)插针(26-22)插针(26-23)插针(26-24)连接；wifi芯片(31)的无线信号输入输出端与pa功放电路(33)的无线信号输入输出端连接；lora芯片(32)的无线信号输入输出端与pa功放电路(33)的无线信号输入输出端连接；pa功放电路(33)的无线信号输入输出端与rf射频电路(34)输入输出端连接;所述的上行通信三十芯公头插针3(上行通信三十芯母头插座4)采用2×15双排插针(插座)作为连接件;所述的下行通信二十六芯公头插针5(下行通信二十六芯母头插座6)采用2×13双排公头插针(插座)作为连接件。
本发明的有益效果是：本发明使用上行模块与远程云主站进行远程通信，通过上行模块远程云主站可以下发相关控制命令经过多信道物联网网关处理分析再通过下行模块下发给下行本地终端模块；下行模块根据本地配置或则远程云主站下发的配置实时或周期采集下行本地终端信息经过多信道物联网网关处理分析再通过上行模块发送给远程云主站；实现了物联网网关方式来管理不同的终端模块、不同的应用，保证能够使用统一的管理接口技术对末梢终端节点进行统一管理，提高对末梢终端节点管理效率，降低对末梢终端节点管理成本。同时本发明实施例提供的使用模块结构化设计上行通信接口和下行通信接口，实现了可以根据不同环境不同需求使用不同上行通信模块或则不同下行模块，上行通信模块可以使用3g/4g通信模块、gprs通信模块、rj45通信模块及北斗通信模块，上行通信模块可以使用宽带载波通信模块、wifi通信模块及lora通信模块；解决物联网网关单一通信问题，提高物联网网关使用效率，降低了物联网网关制造成本。
附图说明
图1为本发明的总体电路结构示意图;
图2为本发明的上行通信模块电路结构示意图;
图3为本发明的多信道物联网网关电路结构示意图;
图4为本发明的下行通信模块电路结构示意图;
图5为本发明的上行通信三十芯（俯视）结构示意图;
图6为本发明的下行通信二十六芯（俯视）结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明说明。
本发明多信道物联网网关通用模块插座(插针)接口规范了rs232接口、usb接口、rj45以太网接口、io接口、电源接口设计定义，其总原理图如图1如图1所示,基于模块化通信的多信道物联网网关上行通信模块(1)（详见图2说明），多信道物联网网关(2)（详见图3说明），下行通信模块(3)（详见图4说明），上行通信三十芯公头插针(3)，上行通信三十芯母头插座(4)，下行通信二十六芯母头插座(5)，下行通信二十六芯公头插针(6)；所述上行通信模块(1)的上行通信三十芯公头插针(3)与多信道物联网网关(2)的上行通信三十芯母头插座(4)连接；下行通信模块(3)的下行通信二十六芯公头插针(6)与多信道物联网网关(2)的下行通信二十六芯母头插座(5)连接。
如图2所示上行通信模块(1)包括：通信芯片(7)根据不同环境需求可以从3g/4g芯片(8)或则gprs芯片(9)或则北斗芯片(10)中三选一，直流电源转换电路(11)，rj45以太网插口(12)，上行通信三十芯公头插针(3)；所述3g/4g芯片(8)的usb输入输出与上行通信三十芯公头插针(3)的usb输入输出插针(30-10)插针(30-11)连接，gprs芯片(9)串口的232输入输出与上行通信三十芯公头插针(3)的串口232输入输出插针(30-5)插针(30-6)连接，北斗芯片(10)的网络信号输入输出与上行通信三十芯公头插针(3)的串口232输入输出插针(30-23)插针(30-24)插针(30-25)插针(30-26)连接；直流电源转换电路(9)的4.2v输入电压与上行通信三十芯公头插座(3)的4.2v输入电压插针(30-3)插针(30-4)连接；rj45以太网插口(12)的网络输入输出信号与上行通信三十芯公头插座(3)的网络输入输出信号插针(30-23)插针(30-24)插针(30-25)插针(30-26)连接。
如图3所示多信道物联网网关(2)包括：上行通信三十芯母头插座(4)，下行通信二十六芯母头插座(5)，ttl电平转usb电平芯片(13)，ttl电平转232电平芯片(14)，以太网芯片(15)，电源芯片(16)，输入输出芯片phy(17)，arm嵌入式微处理器(18)，ttl电平转usb电平芯片(19)，ttl电平转232电平芯片(20)，以太网芯片(21)，电源芯片(22)；所述ttl电平转usb电平芯片(13)的usb输入输出端与上行通信三十芯母头插座(4)的usb输入输出端的插座(30-10)插座(30-11)连接；ttl电平转232电平芯片(14)的232输入输出端与上行通信三十芯母头插座(4)的232输入输出端的插座(30-5)插座(30-6)连接；以太网芯片(15)的网络信号输入输出端与上行通信三十芯母头插座(4)的网络信号输入输出端的插座(30-23)插座(30-24)插座(30-25)插座(30-26)连接；电源芯片(16)的电源输入输出端与上行通信三十芯母头插座(4)的电源输入输出端的插座(30-3)插座(30-4)连接；输入输出芯片phy(17)的ttl电平输入输出端与上行通信三十芯母头插座(4)的ttl电平输入输出端的插座(30-7)插座(30-8)插座(30-9)连接；ttl电平转usb电平芯片(13)的ttl电平输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的ttl电平输入输出端管脚连接；ttl电平转232电平芯片(14)的ttl电平输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的ttl电平输入输出端管脚连接；以太网芯片(15)的网络信号输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的网络信号输入输出端管脚连接；电源芯片(16)的电源输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的电源输入输出端管脚连接；输入输出芯片phy(17)的ttl电平输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的ttl电平输入输出端管脚连接；ttl电平转usb电平芯片(19)的usb输入输出端与下行通信二十六芯母头插座(5)的usb输入输出端的插座(26-13)插座(26-14)连接；ttl电平转232电平芯片(20)的232输入输出端与下行通信二十六芯母头插座(5)的232输入输出端的插座(26-15)插座(26-16)连接；以太网芯片(21)的网络信号输入输出端与下行通信二十六芯母头插座(5)的网络信号输入输出端的插座(26-21)插座(26-22)插座(26-23)插座(26-24)连接；电源芯片(22)的电源输入输出端与下行通信二十六芯母头插座(5)的电源输入输出端的插座(26-11)插座(26-12)连接；ttl电平转usb电平芯片(19)的ttl电平输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的ttl电平输入输出端管脚连接；ttl电平转232电平芯片(20)的ttl电平输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的ttl电平输入输出端管脚连接；以太网芯片(21)的网络信号输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的网络信号输入输出端管脚连接；电源芯片(22)的电源输入输出端与arm嵌入式微处理器(18)的电源输入输出端管脚连接。
如图4所示下行通信模块(3)，其特征在于，包括：根据不同环境需求可以从本地通信宽带载波模块(23)或本地通信无线模块(28)中二选一，直流电源转换电路(24)，qca载波芯片(25)，变压耦合电路(26)，下行耦合接口二十芯公头插针(27)，直流电源转换电路(29)，无线芯片(30)（根据不同环境需求可以从wifi芯片(31)或则lora芯片(32)中二选一），pa功放电路(33)，rf射频电路(34)；所述本地通信宽带载波模块(23)的连接关系为：直流电源转换电路(24)的12v输入电压与下行通信二十六芯公头插针(6)的12v输入电压插针(26-11)插针(26-12)连接；qca载波芯片(25)的usb输入输出端与下行通信二十六芯公头插针(6)的usb输入输出端插针(26-13)插针(26-14)连接；qca载波芯片(25)的耦合电流输入输出端与变压耦合电路(26)的耦合电流输入输出端连接；变压耦合电路(26)的交流电压电流输入输出端与下行耦合公网交流电源插口(27)的交流电压电流输入输出端连接；公网交流电线与下行耦合公网交流电源插口(27)连接。本地通信无线模块(28)的连接关系为：直流电源转换电路(29)的12v输入电压与下行通信二十六芯公头插针(6)的12v输入电压插针(26-11)插针(26-12)连接；无线芯片(30)根据不同环境需求可以从wifi芯片(31)或则lora芯片(32)中二选一，wifi芯片(31)的232输入输出端与下行通信二十六芯公头插针(6)的ttl电平输入输出端插针(26-15)插针(26-16)连接,lora芯片(32)的网络信号输入输出端与下行通信二十六芯公头插针(6)的网络信号输入输出端插针(26-21)插针(26-22)插针(26-23)插针(26-24)连接；wifi芯片(31)的无线信号输入输出端与pa功放电路(33)的无线信号输入输出端连接；lora芯片(32)的无线信号输入输出端与pa功放电路(33)的无线信号输入输出端连接；pa功放电路(33)的无线信号输入输出端与rf射频电路(34)输入输出端连接。
上行通信三十芯公头插针(3)(上行通信三十芯母头插座(4))采用2×15双排插针(插座)作为连接件,插针(插座)定义见图5及表1：
表1上行通信三十芯管脚定义表
下行通信二十六芯公头插针(5)(下行通信二十六芯母头插座(6))采用2×13双排公头插针(插座)作为连接件,插针(插座)定义见图6及表2：
表2下行通信二十六芯管脚定义表
上行通信模块现在可以使用3g/4g通信模块、rj45通信模块、gprs通信模块、北斗通信模块：
1)3g/4g（gprs）通信模块将3g/4g（gprs）无线电信通信网络信号转为本地通信模块通用接口相应ttl电平（根据需求可选rs232或usb或rj45接口），充分利用3g/4g（gprs）无线电信网络快速部署、覆盖面广和分布广泛特点。
2)rj45通信模块将rj45通信信号转为本地通信模块通用接口相应ttl电平（根据需求可选rs232或usb或rj45接口），充分利用rj45网络连接器成本低、无信号任何衰减、联接便当、联接可靠、防止轰动和利用现有资源特点。
3)北斗通信模块将北斗短报文通信信号转为本地通信模块通用接口相应ttl电平（根据需求可选rs232或usb或rj45接口），解决在发电站、变电站、无人区等特定环境下工作信号盲区的通信难题。
下行通信模块主要可以使用wifi通信模块、宽带载波通信模块、lora通信模块：
1)wifi通信模块将802.11标准通信信号转为本地通信模块通用接口相应ttl电平（根据需求可选rs232或usb或rj45接口），充分利用wifi信号覆盖范围广、传输速度快、建网简单特点。
2)宽带载波通信模块将电力线载波通信信号转为本地通信模块通用接口相应ttl电平（根据需求可选rs232或usb或rj45接口），利用现有坚固可靠的电力线作为信息传输的媒介。作为一种新兴的通信手段，其接入优势显而易见。可直接利用电力线，无须重新布线，组网简单快捷、成本较低廉，应用范围广，同时保障信息安全。
3)lora通信模块将低功耗广域网通信信号转为本地通信模块通用接口相应ttl电平（根据需求可选rs232或usb或rj45接口），充分利用lora技术在高性能、远距离、低功耗，支持大规模组网，测距和定位等方面突出的特点。