本发明涉及物联网领域。更具体地说，本发明涉及一种超低功耗多模物联网无线模块。
背景技术：
物联网络的组网方式大部分是星型网或自组网，通常节点由传感器或终端+无线传输模块组成，其联网的核心在于通过无线传输模块与网关或者接入点连接，通过网关或接入点连入服务器或者自组网方式。目前市面上的主流的物联网模块大部分是单一模式的lora或者nb-iot或者gprs模块。lora模块通常接入lorawan网络或者是lora组成的私网，但缺点是必须重新部署网关和服务器使用。
技术实现要素：
本发明的目的是提供的超低功耗多模物联网无线模块，形成多模的物联网模块，可满足各种应用场景。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了超低功耗多模物联网无线模块，包括：mcu控制单元、gprs模块、nb-iot模块、emtc模块、lora模块以及sigfox模块；
其中，gprs模块通过uart与所述mcu控制单元连接，所述mcu控制单元通过at指令或gprs模块的指令集对所述gprs模块进行控制、命令或数据的交互；mcu控制单元对于gprs模块的关电、关机和休眠都通过gpio；
lora模块通过uart与所述mcu控制单元连接，所述mcu控制单元通过at指令或根据lora模块的支持命令表对所述lora模块进行控制、命令或数据的交互；
nb-iot模块通过uart或iic与所述mcu控制单元连接；
emtc模块通过pcm接口和spi接口与所述mcu控制单元连接；
sigfox模块通过uart与所述mcu控制单元连接。
优选的是，还包括sim卡和缓冲器开关；所述sim卡通过sim总线与所述缓冲器开关连接，且所述emtc模块、gprs模块、nb-iot模块均与所述缓冲器开关连接，所述mcu控制单元控制所述缓冲器开关与emtc模块、gprs模块、nb-iot模块中的任一模块切换连通。
优选的是，还包括：第一天线和第一射频开关；所述第一天线与所述第一射频开关连接，且所述emtc模块、gprs模块、nb-iot模块均与所述第一射频开关连接，所述第一射频开关设置为四进一出，所述mcu控制单元控制所述第一射频开关与emtc模块、gprs模块、nb-iot模块中的任一模块切换连通。
优选的是，所述第一天线的频段为800-1000mhz频段。
优选的是，当所述lora模块、sigfox模块采用高频段时，所述高频段为800-1000mhz，所述lora模块、sigfox模块通过微带线或同轴线缆与所述第一射频开关连接，所述mcu控制单元控制所述第一射频开关与emtc模块、gprs模块、nb-iot模块、lora模块、sigfox模块中的任一模块切换连通。
优选的是，当所述lora模块、sigfox模块采用低频段时，所述低频段为429-510mhz，还包括第二天线和第二射频开关；
所述第二射频开关与所述第一射频开关串联，所述lora模块、sigfox模块均与所述第二射频开关连接，所述第二天线连接所述第二射频开关，所述第二射频开关设置为二进二出。
优选的是，mcu控制单元的接口单元包括：spi接口、gpio接口、uart接口、i2c接口、usb接口。
本发明至少包括以下有益效果：本发明采用一种新型的硬件架构把lora、nb-iot、emtc、gprs几种制式结合一起，形成多模的物联网模块，可满足各种应用场景，自适应各种网络制式，且平滑演进支持未来的应用需求。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是根据本发明超低功耗多模物联网无线模块的连接示意图；
图2是根据本发明一个实施例的sim卡与缓冲器以及各个模块之间的连接示意图；
图3是根据本发明一个实施例的天线的连接关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1～3所示，本发明提供的超低功耗多模物联网无线模块，包括：mcu控制单元、gprs模块、nb-iot模块、emtc模块、lora模块以及sigfox模块；
其中，gprs模块通过uart与所述mcu控制单元连接，所述mcu控制单元通过at指令或gprs模块的指令集对所述gprs模块进行控制、命令或数据的交互；mcu控制单元对于gprs模块的关电、关机和休眠都通过gpio；
lora模块通过uart与所述mcu控制单元连接，所述mcu控制单元通过at指令或根据lora模块的支持命令表对所述lora模块进行控制、命令或数据的交互；
nb-iot模块通过uart或iic与所述mcu控制单元连接；
emtc模块通过pcm接口和spi接口与所述mcu控制单元连接；
sigfox模块通过uart与所述mcu控制单元连接。
在上述技术方案中，mcu控制单元作为整个模块的总控制器，管理和控制整个模块的工作状态，并交换传感器和无线模块之间的数据，其外部接口spi、或gpio、或uart、或i2c、或usb等通孔或邮票孔、或连接器、或贴片焊盘等方式，连接客户的传感器或数据接口。在没有数据发送或接收的大部分时间里，整个模块由mcu控制其他的gprs、lora、emtc和nb-iot模块使它们都进入待机休眠或关机模式，具体每个模块状态依赖于客户使用的网络情况确定，如完全不使用emtc和gprs模块则可完全关闭该模块的供电回路，其他会用到的nb-iot模块或lora模块则处于待机休眠状态，如有数据发送或接收时，可通过mcu控制单元与该模块之间的gpio信号唤醒该模块，再通过uart(把并行输入信号转成串行输出信号的芯片)按照一定的波特率与该无线模块进行数据收发。通信协议可以是at指令或者是模块支持的特定指令集。mcu仅通过一组uart接口与各模块串联在一起，所以同一时段仅一个模块与mcu进行通信，有的模块需要sim卡支持，如gprs、nb-iot和emtc，则sim卡槽需要给几个模块共用，由mcu控制数字开关来选择哪个模块与sim卡联通。天线连接也由主控mcu进行控制，整个模块至少需要两个天线口，一个实现高频800-1000mhz频段内的天线，另一个实现470mhz频段的天线连接，根据具体使用制式或频段情况来切换。
gprs模块是作为2.5g网络的数据模式，具有体积小巧，成本低廉，功耗相对于其他3g或4g制式来说要小得多，关机功耗仅为0.13ma，收发数据时电流达到300ma左右，还不到3g或4g的一半。模块通过uart(异步收发传输器)与主mcu相连，主控mcu通过at指令或gprs模块的指令集与之进行控制、命令或数据的交互。mcu对于gprs模块的关电、关机和休眠都通过gpio完成，视具体情况而定。如通过关闭gprs模块供电电源来实现关电，则gprs模块耗电量可在数ua以内，仅电源的iq电流。天线端口匹配50ω相应频段天线即可，900m或1800m频段。
lora物联网既可以是私有网络也可以是通用的lorawan网络，具体视客户的需要而选择相应的协议模块或软件配置版本。另外该模块还有配置io接口，作为配置功能和唤醒模块使用。lora模块的待机功耗极低，通常仅3ua以内。lora工作频段通常在sub1g，国内常用433mhz、470mhz-510mhz、780mhz频段，需要根据相应的频段匹配对应的天线。
nb-iot模块都是内置协议和射频电路，外部以50欧天线接口出去，数据接口协议是uart或iic等，具有待机、关机等模式。
emtc模块，占用带宽1.4mbps，支持语音功能，该模块包含pcm接口，可传输voip语音。该模块与mcu之间可以用pcm相连，统一通过mcu接口到用户的语音接口，或通过spi或者usb。连接模块其他接口把客户传感器的数据读出，通过gprs、或lora、或emtc、或nb-iot模块发到相应的网络。
sigfox模块，可以用sigfox模块厂家的成熟模块产品，也可以使用单socsigfox芯片，如nxp或onsemi公司的芯片级的产品。通常这些芯片内置了sigfox协议库和transceiver。如果用sigfox成品模块则通常是用通过uart总线连接主控mcu；如果是用soc芯片，则是用spi或是uart连接主控mcu，对于主控的资源消耗来说，两者基本上差不多。sigfox的物理层和链路层协议也都是包含在模块或soc芯片中的，主控mcu仅仅作为数据转发通道使用。
在另一种技术方案中，还包括sim卡和缓冲器开关；所述sim卡通过sim总线与所述缓冲器开关连接，且所述emtc模块、gprs模块、nb-iot模块均与所述缓冲器开关连接，所述mcu控制单元控制所述缓冲器开关与emtc模块、gprs模块、nb-iot模块中的任一模块切换连通。客户要使用gprs模块时，mcu控制单元对客户有一个用户接口，客户端的应用设备或传感器会对用户接口发指令，mcu控制单元控制相应的模块打开，并控制sim卡与对应模块连接。
在上述技术方案中，sim卡连接，nb-iot、emtc和gprs三种制式模块同时只用其一，故三个模块可以共享使用sim卡，通过缓冲器连接，通过主控mcu实现开关通路切换。sim卡可以是esim芯片或是sim卡，具体由用户决定。其他两种制式lora和sigfox则不需要sim卡，其模块可以内置该id号，由模块生产时获取合法id。该共享sim卡方式可最大节约板面积。
在另一种技术方案中，还包括：第一天线和第一射频开关；所述第一天线与所述第一射频开关连接，且所述emtc模块、gprs模块、nb-iot模块均与所述第一射频开关连接，所述第一射频开关设置为四进一出，所述mcu控制单元控制所述第一射频开关与emtc模块、gprs模块、nb-iot模块中的任一模块切换连通。
四进一出是指，同时只有一个进和一个出相连，具体是哪一个连通是通过mcu控制单元通过gpio去控制。
在上述技术方案中，gprs、nb-iot、emtc频段目前广泛使用的是800-1000mhz频段，所以根据这个频段的特点可以利用现有的该频段天线统一使用，仅用一个该频段射频开关即可实现3到1的切换，同样该控制由主控mcu实现。lora和sigfox如果都用868或915mhz频段，那么也可以用微带线或同轴线缆连入与gprs、nb-iot、emtc共享的同一个800-1000mhz频段天线，那么该天线的开关需要实现4到1的切换功能。如果lora和sigfox都使用470频段模块，那么天线就必须独立分开，因为1g以下频段比较难以实现470-1ghz频段的天线，详见图3。
在另一种技术方案中，所述第一天线的频段为800-1000mhz频段。
在另一种技术方案中，当所述lora模块、sigfox模块采用高频段时，所述高频段为800-1000mhz，所述lora模块、sigfox模块通过微带线或同轴线缆与所述第一射频开关连接，所述mcu控制单元控制所述第一射频开关与emtc模块、gprs模块、nb-iot模块、lora模块、sigfox模块中的任一模块切换连通。
在另一种技术方案中，当所述lora模块、sigfox模块采用低频段时，所述低频段为429-510mhz，还包括第二天线和第二射频开关；
所述第二射频开关与所述第一射频开关串联，所述lora模块、sigfox模块均与所述第二射频开关连接，所述第二天线连接所述第二射频开关，所述第二射频开关设置为二进二出。
二进二出是指，同时sigfox模块和任意一路出的通道相连，但是都是1:1的关系，例如lora模块也可以和第二天线连接，lora模块也可以和另外一个输出通道接，sigfox模块也可以和第二天线连接，sigfox模块也可以和另外一个输出通道接，这四种情况每次只有一种情况，
在另一种技术方案中，mcu控制单元的接口单元包括：spi接口、gpio接口、uart接口、i2c接口、usb接口。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。