模块化通信设备的制作方法

本发明涉及模块化电子设备领域，特别是用于数字无线通信。

背景技术：

物联网在于允许日常物品自动与无线网络进行数据通信。例如，配备有通信模块的水表可以自动将水读数传送给管理耗水计价的公司。

集线器网关，也称为基站，具有无线电接收和传输数据的作用，该数据来自和用于其覆盖范围内存在的通信模块，并且还将这些数据中继到负责处理它们的装备，例如可通过基于ip协议(internet协议)的网络访问的服务器。

有若干种无线电接入技术可用于实现通信模块的网络。纯粹作为非限制性说明，可以提及技术lora^tm、sigfox^tm或wm-bus(无线仪表总线)，其特别地基于不同类型的调制。

这些技术所具有的共同之处在于提供远程通信，其允许通过增加网关的覆盖范围来减少网关的数量。

提供具有模块化结构的网关是有利的，该模块化结构支撑布置在机架内的一个或多个板，每个允许连接网络或特定服务。然而，在板上没有软件智能的情况下，特别是在没有为每个板分配地址的情况下，每个板必须根据它在机架中所占的排序进行专门设计。

技术实现要素：

本发明所基于的一个想法是提供一种与大规模生产的可互换的板兼容的结构。

本发明的某些方面源于能够供应与其在模块化设备例如网络互连设备中的排序无关的外围板的想法。

本发明的某些方面源于能够供应标准化连接板的想法。

本发明的某些方面源于能够在没有底板的情况下操作的想法。

在一个实施方式中，本发明提供了一种模块化通信设备，包括

-主元件，其包括设计成产生串行类型的电信号的控制单元，此外包括n个双向电控制输入-输出，每个电连接到控制单元，

-一系列模块化元件，每个模块化元件包括：

o上游连接接口，包括设置在形成预定图案的位置的一系列n个上游输入-输出端子，

o下游连接接口，包括设置在形成相同预定图案的位置的一系列n个下游输入-输出端子，

o多个双向电链路，每个双向电链路将位于上游连接接口的预定图案内的排序i的位置的上游输入-输出端子，连接到位于下游连接接口的预定图案内的排序i-1的位置的下游输入-输出端子，以这样的方式使在成对电连接的上游和下游输入-输出端子的排序之间形成环形排列，并且其中电链路中的一个是连接到电子通信模块的本地控制链路，串行类型的电信号用于该电子通信模块，其中连接到所述本地控制链路的上游输入-输出端子是上游本地控制端子，设置在上游连接接口的图案内的预定排序的位置，以这样的方式使得对于所有模块化元件，上游连接接口的图案内的上游本地控制端子的位置是相同的位置，

其中模块化元件经由上游和下游连接接口彼此连接，每个模块化元件的上游连接接口和每个模块化元件的下游连接接口互补，并且设计成将模块化元件的下游输入-输出端子连接到下一个模块化元件的相同排序的上游输入-输出端子，其中第一模块化元件的上游输入-输出端子连接到主元件的双向电控制输入-输出端子。

借助于本发明的这些特征，可以获得网络互连设备，其中：

-各种模块化元件之间的连接是标准化的。这允许相对于现有技术得到模块化。

-通信是双向的，通过电链路以及上游和下游输入-输出端子。

-可以跨网络互连设备传送任何类型的电信号。

在一些实施方式中，此外根据本发明的模块化通信设备可以包括下面的特征中的一个或多个。

在一些实施方式中，控制单元被配置成产生被多路复用到n个双向电控制输入-输出中的一个上的电信号，该电信号包括：第一控制信号，其用于该一系列模块化元件的第一模块化元件的第一电子通信模块；以及第二控制信号，其用于该一系列模块化元件的第二模块化元件的第二电子通信模块，第一控制信号和第二控制信号随时间多路复用。

在一些实施方式中，该一系列模块化元件包括大于或等于n的数量的模块化元件。

在一些实施方式中，该一系列模块化元件的模块化元件的数量大于n，并且该一系列模块化元件中的第一模块化元件的排序i和该一系列模块化元件中的第二模块化元件的排序j具有j＝i[n]的关系，使得第一模块化元件和第二模块化元件串行连接到所述双向电控制输入-输出。

在一些实施方式中，控制单元被配置成产生多路复用到n个双向电控制输入-输出中的两个上的电信号，该电信号包括：第一控制信号，其用于该一系列模块化元件的第一模块化元件的第一电子通信模块；以及第二控制信号，其用于该一系列模块化元件的第二模块化元件的第二电子通信模块，第一控制信号和第二控制信号随时间多路复用。

在一些实施方式中，控制单元被配置成产生在所有n个双向电控制输入-输出上多路复用的电信号，该多路复用的电信号包括控制信号，其用于该一系列模块化元件的模块化元件的电子通信模块中的每个，该控制信号随时间多路复用。在一些实施方式中，每个模块化元件包括彼此连接的外围板和连接板。连接板可以位于外围板的上游或下游。

根据一个实施方式，其中连接板位于外围板的上游，

-外围板包括：

o下游连接接口，此外外围板包括：

o中间接口，包括设置在形成第二预定图案的位置的一系列n个上游输入-输出端子，

o多个双向电链路，每个双向电链路将位于中间接口的预定图案内的排序i的位置的上游输入-输出端子，连接到位于外围板的下游连接接口的第二预定图案内的排序i的位置的下游输入-输出端子，其中电链路中的一个是本地控制链路，对于所有外围板，中间接口的图案内的上游本地控制端子的位置是相同的位置，

-连接板包括：

o下游连接接口，此外连接板包括：

o中间接口，包括设置在形成相同的第二预定图案的位置的一系列n个下游输入-输出端子，

o多个双向电链路，每个双向电链路将位于连接板的下游连接接口的第二预定图案内的排序i的位置的上游输入-输出端子，连接到位于中间接口的预定图案内的排序i-1的位置的下游输入-输出端子，以这样的方式使在成对电连接的上游和下游输入-输出端子的排序之间形成环形排列，

外围板和连接板经由中间接口连接在一起，连接板的中间接口和外围板的中间接口互补，并且设计成将外围板的中间接口的上游输入-输出端子连接到连接板的中间接口的相同排序的下游输入-输出端子。

可替代地，在连接板位于外围板的下游的实施方式中，

-外围板包括：

o上游连接接口，此外外围板包括：

o中间接口，包括设置在形成第二预定图案的位置的一系列n个下游输入-输出端子，

o多个双向电链路，每个双向电链路将位于上游连接接口的预定图案内的排序i的位置的上游输入-输出端子，连接到位于外围板的中间接口的第二预定图案内的排序i的位置的下游输入-输出端子，其中电链路中的一个是本地控制链路，对于所有外围板，中间接口的图案内的本地控制端子的位置具有相同的位置，

-连接板包括：

o下游连接接口，此外连接板包括：

o中间接口，包括设置在形成相同的第二预定图案的位置的一系列n个上游输入-输出端子，

o多个双向电链路，每个双向电链路将位于连接板的中间接口的第二预定图案内的排序i的位置的上游输入-输出端子，连接到位于下游连接接口的预定图案内的排序i-1的位置的下游输入-输出端子，以这样的方式使在成对电连接的下游和上游输入-输出端子的排序之间形成环形排列，

外围板和连接板经由中间接口连接在一起，连接板的中间接口和外围板的中间接口互补，并且设计成将外围板的中间接口的相同排序的下游输入-输出端子连接到连接板的中间接口的上游输入-输出端子。

借助于这些特征，可以获得网络互连设备，其中：

-连接板是相同的。这允许相对于现有技术来说成本上具有好处，因为具有单一参考的板就足以了。

-各种外围板之间的连接是标准化的。这允许相对于现有技术得到模块化。

-通信是双向的，通过电链路以及上游和下游输入-输出端子。

-可以跨网络互连设备传送任何类型的电信号。

在一个实施方式中，外围板包括电子通信模块，电子通信模块被配置成与连接的对象无线通信，并且由控制单元发射的电信号用于连接的对象。

根据其功能，电子通信模块可以包括各种电气和电子部件，特别是印刷电路、微处理器、开关、电容器、晶体管、二极管、电阻器、无线电接口、模数转换器(adc)和数模转换器(dac)等。

电子通信模块被设计成从设备或从网络，例如从无线电网络接收电信号，例如无线电信号，并将它们传输到控制单元。此外，电子通信模块被设计成从控制单元接收电信号并将它们传输到设备或网络，例如无线电网络。

在一个实施方式中，电子通信模块包括设计成连接到无线电天线以便发射无线电信号的无线电端子，该电子通信模块包括基带处理模块，其被设计成解调电信号以便获得用于连接的对象的无线电信号。

此外，在一个实施方式中，无线电端子被设计成连接到无线电天线，用于接收源自连接的对象的无线电信号，此外，基带处理被设计成解调无线电信号以便获得用于控制单元的电信号。

在一个实施方式中，基带处理模块被配置成使用选自由以下组成的列表内的无线电协议：sigfox，lora，wm-bus，z-wave。

在一个实施方式中，下游和上游连接接口的输入-输出端子分别包括相互互补的公和母连接器，公连接器具有电传导销，并且母连接器具有设计成建立与传导销的电连接的电传导孔。

在一个实施方式中，两个中间接口的输入-输出端子分别包括相互互补的公和母连接器，公连接器具有对应于上游或下游输入-输出端子的电传导销，并且母连接器具有设计成建立与传导销的电连接的电传导孔。

在一个实施方式中，电信号包括逻辑控制信号，例如串行链路、中断、输入/输出、芯片选择等类型的信号。电信号还可以包括数据信号，例如时钟更新或全球定位数据。

提供了数据集线器网关，包括根据本文上面描述的实施方式中的任一个的模块化通信设备，和设计成在网络和控制单元之间建立连接的网络接口。

附图说明

在参考附图，仅通过非限制性说明的方式呈现的本发明的若干特定实施方式的以下描述的过程中，本发明将被更好地理解，并且其其他目的、细节、特征和优点将变得更加清楚。

-图1是示出模块化设计的网络互连设备的图示。

-图2是示出图1中的网络互连设备的图示，其与连接的对象通信。

-图3是根据第一实施方式的模块化元件的图示。

-图4是根据第一实施方式的模块化元件的菊花链接的图示。

-图5是根据第二实施方式的模块化元件的菊花链接的图示。

-图6示出了外围板和连接板的连接的变体。

-图7示出了根据一个实施方式的模块化元件的菊花链接的图示。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的网络互连设备1。这种设备，也称为基站或网关，具有模块化设计，以便在主元件3和模块化元件2之间传输电信号。

模块化元件2通过菊花链接连接在一起，模块化元件2中的一个直接连接到主元件3。

主元件3包括网络互连设备1的所有软件智能。模块化元件2包括无线电传输外围板4，其被设计成将从主元件接收的控制信号转换成用于或来自远程对象的指令，其使用无线电协议。

主元件3，也称为母板，包括控制单元6。这种控制单元6例如是中央处理单元或cpu，其被设计成执行存储在介质(未示出)上的指令，以便产生或传输电信号。

此外，主元件3包括电气电源端口7或电池，用于为网络互连设备1供应电能。

此外，主元件3包括与设备或网络的接口8。例如，接口8是rj45电缆端口。

可选地，主元件3还包括同轴电缆端口，其例如设计成接收全球定位系统或gps(未示出)的天线。

主元件3包括n个双向电控制输入-输出9，每个电连接到控制单元6。在图1所示的示例中，主元件3包括3个电控制输入-输出。

网络互连设备1最多包括与其包括电控制输入-输出9一样多的模块化元件2。在图1的示例中，网络互连设备1最多包括3个模块化元件2。

模块化元件2可以是标准化的，如下文所述。

每个模块化元件2包括根据上游连接接口11上的线性图案设置的上游输入-输出端子10。

例如，上游输入-输出端子10是公电销。

每个模块化元件2包括还根据下游接口12上的该线性图案设置的下游输入-输出端子18。

例如，下游输入-输出端子18是母电插座。

每个模块化元件2包括电链路，其以环形排列成对地将上游输入-输出端子10与下游输入-输出端子18连接。

这些电链路例如是通用串行总线或usb类型的链路。

在图1的示例中，每个模块化元件2由一个连接板5和一个外围板4组成。

连接板5包括上游连接接口和中间接口13，其包括一系列n个下游输入-输出端子15。此外，连接板5包括电链路16，其根据环形排列成对地将n个上游输入-输出端子10连接到n个下游输入-输出端子15。该连接板5允许在没有任何软件智能的情况下路由电信号。

在图1的示例中，中间接口13的下游输入-输出端子15是母电插座，数量为三个并且根据与接口10和12的端子相同的线性图案设置。

外围板4包括下游连接接口12和中间接口14，其包括根据与中间接口13的下游输入-输出端子15相同的图案设置的一系列n个上游输入-输出端子17。

在图1的示例中，中间接口14的上游输入-输出端子17是公电销，数量为三个并且根据相同的线性图案设置。

此外，外围板4包括电链路19，其成对地将n个上游输入-输出端子17连接到图案中相同排序的n个下游输入-输出端子18。

外围板4的电链路19中的一个是包括电子通信模块20的本地控制链路。

第i个模块化元件2的电子通信模块20接收寻址到它的信号，通过主元件3的控制单元6，经由第i个上游输入-输出端子9。

公插头和母插座可成对插入，以便能够电连接。

外围板4到连接板5上的可插入连接提供了模块化元件2。模块化元件2也可插入到第二模块化元件2上，以便提供模块化网络互连设备1。

因此，网络互连设备1允许在不需要软件或硬件机制的情况下，将包括控制信息的电信号寻址到模块化元件的每个电子通信模块20。

特别地，模块化元件可以容易地插入到彼此中，因为它们被设计成标准化的。例如，它们可以被大规模生产。

特别地，模块化元件2的上游和下游接口的输入-输出端子之间的电链路的环形排列，尤其允许主元件3的每个下游输入-输出端子连接到模块化元件2的电子通信模块。模块化元件2的排序决定它连接到主元件3的哪个下游输入-输出端子。

模块化元件2的排序指的是其相对于主元件3在菊花链接在一起的模块化元件2的链中的位置。

现在将参考图2描述这种网络互连设备1的操作。

图2示出了网络互连设备1，诸如图1中的那个，包括两个模块化元件21和22。

网络互连设备1允许因特网25与其他网络互连。在图2中，所示网络是使用无线电技术的网络：sigfox27和lora26。

网络互连设备1包括两个电链路30和31，每个连接到控制单元6，并且每个经由两个模块化元件21和22经过网络互连设备1。模块化元件21排序为1并且模块化元件22排序为2。

模块化元件21包括连接到天线29的电模块20(未示出)。无线电天线29与lora26网络兼容。

模块化元件22包括连接到天线28的电模块20(未示出)。无线电天线28与sigfox27网络兼容。

电连接30电连接到包括天线29的电模块20，而电连接31电连接到包括天线28的电模块20。

控制单元6向无线电天线28和29发射信号并接收来自其的信号。

电信号特别是串行类型的板间连接信号。例如，这些信号的类型如下：

·串行链路信号

·中断信号

·输入/输出信号

·芯片选择信号

·电源信号。

电信号包括控制和数据信息。

例如，控制单元6产生请求串行信号，其经由电连接30被引导直到无线电天线29。

请求信号经由无线电天线29以无线电波的形式传输。发射的无线电波与lora26网络兼容。

请求信号由配备有天线33的水表32接收。

水表32利用包括来自水表32的最新读数的数据信号来响应该请求信号。

该数据信号经由电连接30引导直到控制单元6。

例如，控制单元6产生用于更新时间的串行信号，其经由电连接31引导直到无线电天线28。

连接的手表34经由sigfox27网络接收时间更新信号。

类似地，可以控制其他连接的对象(未示出)，诸如：

·跟踪器，例如狗项圈，

·rfid标签，

·冰箱，

·监控摄像机，

·连接的灯，例如城市基础设施灯等。

可以设想其他技术，只要提供附加的模块化元件2并且配备有用于所需技术的无线电天线。

这里，将分别参考图3和4以及图5描述模块化元件的两个示例性实施方式。

图3示出了外围板4和连接板5的一个示例性实施方式。在该示例性实施方式中示出的外围板4是标准化的板，以彼此相同的方式大规模生产。这同样适用于连接板5。

外围板4包括水平托盘形式的支撑件23，例如由绝缘塑料制成。

支撑件23的侧边缘24中的一个配备有包括下游连接接口12和中间接口14的连接元件。

中间连接接口14从支撑件23的上表面向上突出，并且下游连接接口12从支撑件23的下表面向下突出。

中间接口14的n个上游输入-输出端子17面向上游接口12的n个下游输入-输出端子18设置。n个上游输入-输出端子17中的每个通过电链路19连接到面向它的下游输入-输出端子18。

支撑件23包括电子通信模块20。

电子通信模块20包括印刷电路35和逻辑电子部件，连同连接天线29的装置。

在图3的示例中，天线29由两个发射器tx38和39以及两个接收器rx36和37组成，以便能够以双工模式进行双向通信。

连接的装置例如是四个同轴电缆端口，用于将发射器或接收器附接到每一个上。

电链路40将上游输入-输出端子14和下游输入-输出端子18之间的电链路19与印刷电路35电连接。

该电链路40设置在电链路19上，后者将排序1的输入-输出端子17和18连接。为了能够将模块化元件2菊花链接在一起并且将电信号传送到它们中的每一个，所有外围板4必须通过将电链路40设置在相同排序的端子的电链路19上来设计。另一方面，没有理由应为所有外围板4选择排序1。对于所有板，可以等同地选择任何给定排序，例如排序2。

连接板5也在图3中示出。连接板是竖直托盘，例如由绝缘塑料制成。

n个上游输入-输出端子10设置在竖直托盘的上边缘上。n个下游输入-输出端子15设置在竖直托盘的下边缘上。

中间接口11的n个上游输入-输出端子10面向下游接口13的n个下游输入-输出端子15设置。n个上游输入-输出端子10中的每个以环形排列通过电链路16连接到下游输入-输出端子15。

如图所示，排序1的上游输入-输出端子10连接到排序n的下游输入-输出端子15。排序i的上游输入-输出端子10连接到排序i-1的下游输入-输出端子15。图3中所示的这种选择是任意的，并且环形排列可以在另一个方向上形成。例如，可以选择另一生产标准，其中排序n的上游输入-输出端子10连接到排序1的下游输入-输出端子15，并且排序i的上游输入-输出端子10连接到排序i+1的下游输入-输出端子15。

可以将多达n个外围板和n个连接板组装在一起以便获得网络互连设备1。

为此，连接板5的下游输入-输出端子15必须与外围板4的上游输入-输出端子17对准并插进去。然后获得模块化元件2，如图4所示。

然后，必须用新的连接板5和新的外围板4重复该操作。

通过将第一模块化元件2的连接板5的上游连接接口11的上游输入-输出端子10插入到第二模块化元件2的外围板4的下游连接接口12的下游输入-输出端子12中，每个模块化元件2可以连接到另一模块化元件2。

图4中所示的主元件3包括水平托盘形式的支撑件41，例如由绝缘塑料制成。

为了将模块化元件2菊花链接到主元件3上，排序1的模块化元件2必须借助于下游输入-输出端子9和上游输入-输出端子10插入到主元件3中。

有利地，支撑件23和41的尺寸基本相同。特别地，侧边缘24的长度与侧边缘25的长度相同。

有利地，连接板5的尺寸与侧边缘24和42的尺寸基本相同。

上游输入-输出端子17和下游输入-输出端子18的对准，上游输入-输出端子11和下游输入-输出端子13的对准特别地允许以下改进：

·网络互连设备1的紧凑性；

·外围板4和连接板5插入到彼此中的简易性；

·标准化的外围板的大规模生产。

图5示出了模块化元件2的一个变体实施方式，其中没有连接板5。在图5中，四个模块化元件2菊花链接在一起。

使用相同的数字参考与前面的图中相同或相似的元件。

特别地，模块化元件2包括类似于参考图3和4描述的支撑件23。

每个模块化元件2具有相同的设计。

上游输入-输出端子10通过环形排列直接连接到下游输入-输出端子18。

该变体允许通过减少彼此菊花链接的元件的数量来简化网络互连装置的组装。

图6示出了本发明的一个实施方式，其中可以使外围板进行菊花链接，通过与连接板5连接在一起，该连接板在它们的上游连接接口11上具有上游输入-输出端子10的第一图案设置，其不同于在它们的中间接口13上的下游输入-输出端子15的第二图案设置。

在本发明的该实施方式中，外围板4的上游输入-输出端子17根据第二图案来设置，并且外围板的下游输入-输出端子13根据第一图案来设置，以便可以借助于连接板5对外围板4进行菊花链接。

参考图7，示出了模块化元件2的菊花链接的图示。

在该图示中，双向电控制输入-输出的数量n等于4，并且模块化元件2的数量等于5。

主元件3包括控制单元6(未示出)，其被设计成产生串行类型的电信号，以用于电连接到主元件的控制单元6的四个双向电控制输入-输出端子9中的每个。

示出了承载电信号的四个电线链，从四个端子9开始，每个具有不同的虚线格式，除了从第一端子9开始的第一电线链被示出为实线。

如所示，每个电线链根据电线链所附接的端子9的排序供应相应的电子通信模块201、202、203和204。

特别地，在该图中，电子通信模块201经由示出为实线的电线电气地供电并供应控制信号。

在电子通信模块201之后，该电线不会中断。相反，该电线经由模块化元件2的排序1的上游端子10和排序2的下游端子15之间的连接而继续。

因此，由连接到主元件3的排序1的端子9的电线承载的控制信号和电源，被引导直到排序4的模块化元件2的下游端子15。

第五模块化元件2可以按照与前述相同的原理连接到排序4的模块化元件2。

因此，示出为实线的电线也供应排序5的模块化元件2的电子通信模块205。

因此，由示出为实线的电线承载的控制信号向排序1的模块化元件的电子通信模块201和排序5的模块化元件2的电子通信模块205二者供电。

有利地，主元件3的排序1的端子9能够在示出为实线的电线的整个长度上传递信号。该信号包括用于电子通信模块201的控制信号和用于电子通信模块205的控制信号，两个控制信号随时间多路复用。

尽管图7示出了使用主元件3的四个端子9的五个模块化元件2的菊花链接的示例，但是相同的原理可以应用于任何给定数量的模块化元件和主元件的端子9。

类似地，尽管图7中所示的电子通信模块连接到排序1的上游端子10，但是可以设计模块化元件，其电子通信模块连接到另一预定排序的上游端子10，例如最后的排序，如图1所示。按照与前述相同的原理，模块化元件2的数量大于主元件3的端子9的数量的菊花链接也是可以的。

有利地，为了允许模块化元件在不用担心其排序的情况下彼此连接，主元件3被设计成经由其端子9中的每个传递信号，包括用于电子通信模块201、202、203、204和205中的每个的控制信号。然后，控制信号随时间多路复用，从而仅形成分布在电线中的每个上的单个信号。

一般而言，可以置换图1、2、4、5、6和7中所示的模块化元件2的排序，只要主元件3能够经由其端子9中的每个传递信号，包括用于由模块化元件2中的每个承载的电子通信模块20中的每个的控制信号。

还可以允许对给定排序的两个模块化元件2的排序进行置换，通过传递时间-多路复用的信号，包括用于由对应排序的两个端子9限定的排序的这些模块化元件2中的每个的控制信号。

尽管已经结合若干特定实施方式描述了本发明，但是不言而喻，其并不以任何方式限于这些实施方式，并且其包括所描述的装置的所有技术等同物，连同它们的组合，如果后者属于本发明的框架的话。

特别地，图中所示的输入-输出端子的图案是说明性示例。输入-输出端子可以根据任何其他几何图案来设置，例如以z字形或波浪线、网格、同心环、多边形图案，诸如例如交错配置等。

特别地，外围板可以在其中间接口上和其下游接口上配备所有公插头；在这种情况下，连接板将配备所有母插头。相反，外围板可以在其中间接口上和其下游接口上配备所有母插头，并且在这种情况下，连接板将配备所有公插头。

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