一种多功能无线网关装置的制作方法

本实用新型涉及一种多功能无线网关装置。

背景技术：

根据文物保护领域的市场需求，在文物既存环境需要长期地、频繁地监测博物馆内的微环境，如温湿度、CO2、光照紫外等等。在既有的场馆内信息化程度并不一致，并不总是具备网络覆盖能力。因为网关是节点上传数据的总接入口，所以整体上要求网关必须稳定可靠，并且易于配置。

现阶段，智能工业、车联网、智能家居、可穿戴设备等都面临全面爆发趋势。网络互联已成为制约物联网大规模普及的因素。以Lora为代表的低功耗、远距离网络技术的出现，有机会打破物联网在互联方面的瓶颈。目前市场上的网关在数据采集时都能满足需求，但功能单一，大部分都需要增加中继，增加了网络成本、施工难度(中继供电问题)、后期维护成本，中继数量的增加也会降低网络稳定性。并且市场上现有的网关还存在有网关死机、掉线，采用远程软件重启不能恢复的问题；电池插拔或馈电时需要外部电源激活才可以使用等的问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种多功能无线网关，本实用新型的技术方案为：

一种多功能无线网关，包括电源模块、主控模块、RF模块、WIFI模块、GPRS模块、GPS模块和以太网；所述电源模块和主控模块连接，所述主控模块和RF模块、WIFI模块、GPRS模块、GPS模块、以太网连接；

电源模块包括外部电源模块和供电模块；

外部电源模块为整个网关设备提供电能，同时可对锂电池进行充电管理；外部电源模块包括适配器，GSM控制器、继电器、电源开关K1、锂电池、强冲开关K3、锂电池防止亏电开关K2和太阳能供电单元；所述适配器的输入端和市电相连接，输出端和GSM控制器、锂电池和太阳能供电单元连接；所述太阳能供电单元包括太阳能电池板以及太阳能控制器和锂电池；太阳能电池板通过太阳能控制器向锂电池充电，锂电池通过太阳能控制器向外输出电源；所述锂电池选用具有过放电保护功能的锂电池；

供电模块为整个网关系统进行供电；供电模块包括DC-DC转换器，LDO电源芯片、电压监测模块和充电正常检测模块；所述DC-DC转换器的输入端和电源开关K1的输出端相连接，输出端和LDO电源芯片相连接；所述锂电池的输出端与电压监测模块的输入端和充电正常检测模块的输入端相连接；

主控模块用于组建lora网络，完成数据的接收、存储和回补，并通过以太网、WiFi或GPRS将数据传输给服务器设备，以及对各模块进行控制；

RF模块用于用于接收节点和中继的数据，WiFi模块为实现网关设备与服务器设备的无线通讯；

GPRS模块用于实现网关设备与服务器设备的无线通讯；

GPS模块用于实现整个WSN网络的时间同步；

以太网连接有RJ45接口，用于实现网关设备与服务器设备的有线通讯。

优选的，还包括与主控模块连接的预留模块。

优选的，所述预留模块包括有LCD和触摸屏的预留、FRAM预留、用户按键预留、UART预留。

优选的，还包括与主控模块相连接的GPRS SIM卡、给RTC电路供电的纽扣电池、watchdog、蜂鸣器、JTAG接口、指示灯、USB Host接口、USB OTG接口、COM0/DB9接口和SD卡。

优选的，所述指示灯包括红蓝绿三个灯，以及SD卡弹出指示灯、WiFi连接指示灯、GPRS连接指示灯；

所述红灯用于指示供电状况，外部供电时常亮，非外部供电时，红灯闪烁；

所述绿灯用于指示数据接收；

所述蓝灯用于指示数据发送；

优选的，所述主控模块主芯片为TI公司的AM335X；

优选的，所述RF模块采用LoRa射频接收，使用的是SX1278芯片或者可以采用CC1101射频芯片，其中优选的为SX1278芯片。

优选的，所述watchdog型号为MAX6369。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型的无线网关装置可以实现远距离数据采集，设计架构简单稳定；施工复杂度低、节约系统成本，可用于室内小数据量多楼层复杂环境数据监测，也可以用于室外大遗址区、野外山林长距离小数据量传输监测。

2.本实用新型的无线网关装置具有数据的本地存储、缓存和回补功能。

3.本实用新型的无线网关装置具有网口配置及Bootloader下载功能；

4.本实用新型的无线网关装置具有外部适配器，太阳能供电装置与内部应急电池三种供电方式选择，灵活多样，有效保持设备持续供电。且本实用新型的锂电池使用具有过放电保护功能，防止因消耗过度造成电池损坏。

5.本实用新型的无线网关装置具有独特的电源管理系统，通过定量计算各部分的电源使用情况，能够使产品电源合理分配，功耗最低，性能更稳定，同时减少了电路板电压纹波和增强了电源的抗辐射能力。

6.本实用新型的无线网关装置具有硬件看门狗功能，增加了系统的稳定性；

7.本实用新型的无线网关装置具有外部RTC功能，由纽扣电池给授时芯片供电；

8.本实用新型的无线网关装置具备本地时钟，该时钟通过Server和GPS授时，校时；

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的电源模块结构示意图；

图3为本实用新型的太阳能供电单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的解释与说明。如图所示，该lora网关具有市场上其他网关不具备的设计思路。网关系统组建lora网络完成数据的接收、存储和回补，并通过以太网、WiFi或GPRS将数据传输给服务器设备，GPS模块实现整个WSN网络的时间同步。

如图1所示，一种多功能无线网关，包括电源模块、主控模块、RF模块、WIFI模块、GPRS模块、GPS模块和以太网；

电源模块包括外部电源模块和供电模块；

外部电源模块为整个网关设备提供电能，同时可对锂电池进行充电管理；外部电源模块包括适配器，GSM控制器、继电器、电源开关K1、锂电池、强冲开关K3、锂电池防止亏电开关K2和太阳能供电单元；

供电模块为整个节点系统进行供电；供电模块包括DC-DC转换器，LDO电源芯片、电压监测模块和充电正常检测模块；

主控模块用于组建lora网络，完成数据的接收、存储和回补，并通过以太网、WiFi或GPRS将数据传输给服务器设备，以及对各模块进行控制；

RF模块用于用于接收节点和中继的数据WiFi模块为实现网关设备与服务器设备的无线通讯；

GPRS模块用于实现网关设备与服务器设备的无线通讯；

GPS模块用于实现整个WSN网络的时间同步；

以太网连接有RJ45接口，用于实现网关设备与服务器设备的有线通讯。

还包括和主控模块连接的预留模块；预留模块包括有LCD和触摸屏的预留、FRAM预留、用户按键预留、UART预留。

还包括与主控模块相连接的GPRS SIM卡、给RTC电路供电的纽扣电池、watchdog、蜂鸣器、JTAG接口、指示灯、USB Host接口、USB OTG接口、COM0/DB9接口和SD卡。

实施例1

如图2所示，电源模块包括外部电源模块和供电模块；

外部电源模块为整个网关设备提供电能，同时可对锂电池进行充电管理；所述外部电源模块包括适配器，GSM控制器、继电器、电源开关K1、锂电池、强冲开关K3、锂电池防止亏电开关K2和太阳能供电单元；开关K1、K2为外置开关，用户可操作，K3为内置开关，仅专业人员可操作；供电模块为整个节点系统进行供电；供电模块包括DC-DC转换器，LDO、电压监测模块和充电正常检测模块；

在这里，市电电路通过电源适配器(12V,3A)变换后接入电路中，其输出端分别与太阳能供电单元、强冲开关K3、GSM控制器的输入端相连接，这里的GSM控制器型号为SIM800C，但并不限制于此，可以依据实际需要进行选取。这里的GSM控制器具有远程通讯功能，与后台管理的远程控制客户端连接；例如可与手机链接，通过短信命令，进行硬件开关机，解决软件重启不能解决的问题。GSM控制器的输出端与继电器的输入端相连接，继电器的输出端与电源开关K1的输入端相连接；DC-DC转换器的输入端和电源开关K1的输出端相连接，输入端和LDO电源芯片相连接；这里DC-DC型号为MP2303A，电路经过MP2303A同步调节稳压到+5V后经过LDO电源芯片调节至3.3V输出；LDO型号为NCP583，+4.0V电源经过NCP583同步降压稳压到+3.3V，给MCU提供能源。

强冲开关k3的输出端和锂电池的输入端相连接，在这里的锂电池容量为10AH，选择具有过放电保护功能的锂电池就可以满足要求，解决了由于电池插拔或馈电时需要外部电源激活才可以使用的问题。对于锂电池型号没有定型的要求只要符合电路要求的，具有过放电保护功能的锂电池即可；锂电池的输出端与电压监测模块的输入端和充电正常检测模块的输入端相连接，给整个节点系统供电。

太阳能供电系统的输出端分别和锂电池防止亏电开关K2、电源开关K1相连接，提供了一种在市电故障无法持续供电情况下的应急供电方式，所述锂电池防止亏电开关K2的输出端和锂电池的输入端相连接，用于给锂电池持续供电，防止锂电池亏电，可在不使用的情况下(仓储、运输等)，断开电池，防止电池带电馈电。

实施例2

如图3所示，在本实施例中，所述太阳能供电单元包括太阳能电池板以及太阳能控制器和锂电池；太阳能电池板通过电路和太阳能控制器的输入端相连接，太阳能控制器的输出端和锂电池相连接，太阳能电池板通过太阳能控制器向锂电池充电，所述锂电池通过太阳能控制器向外输出电能。

本申请中的电子元器件可以依据实际需要来进行选择，本申请中所列举的仅为优选型号，并不对其他品牌型号进行限定，本领域技术人员可以依据实际需要进行选择。

以上所述仅为本实用新型的实施例，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它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。