BLE边缘计网关的制作方法

本发明涉及通信技术领域，更具体地说是指一种ble边缘计网关。

背景技术：

目前市面上常见的ble网关，需要通过有线连接到网络，或者通过路由器连接外网，将采集到的数据上传到服务器。收到网线和路由器wifi信号的限制，无法灵活布置使用。并且ble网关本身的处理性能非常低，不能作为边缘计算使用，无法做一些复杂的本地处理操作，在断网后常常无法正常使用。

目前市面上常见的ble网关需要适配器供电，无法脱电使用。

目前市面上常见的ble网关都是soc(系统级芯片)方案，极难定制特殊的行业应用，功能受限。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种ble边缘计网关。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种ble边缘计网关，包括通信模块、电池管理模块和显示模块，所述通信模块包括通信主电路、4glte通信电路和ble通信电路，所述通信主电路包括中央处理器以及与所述中央处理器电连接的2.4gwifi射频电路，所述4glte通信电路和所述ble通信电路、所述电池管理模块和所述显示模块均与所述中央处理器电连接。

其进一步技术方案为：所述电池管理模块包括控制电路、充放电管理电路、电池和电量计电路，所述电量计电路与所述控制电路电连接，所述充放电管理电路一端与所述电池电连接，另一端与所述控制电路电连接，所述充放电管理电路用于控制所述电池充放电，所述电量计电路用于计算所述电池的容量、电压和充放电电流大小。

其进一步技术方案为：所述中央处理器的型号为qca9531，所述ble通信电路与所述中央处理器通过uart通信协议有线连接，所述4glte通信电路通过pcie接口与所述中央处理器有线连接。

其进一步技术方案为：所述2.4gwifi射频电路包括射频开关芯片s1、滤波器u82、电容c106、电容c107、电容c111、电容c109、电容c110、电感l9、电感l116、电感l118、电感l114、电感l117、电感l10和电感l115，所述射频开关芯片s1的型号为sky13351，所述滤波器u82的型号为saffb2g45ma0f0a，所述射频开关芯片s1的v1端与所述电容c106的第一端连接，所述射频开关芯片s1的v2端与所述电容c111的第一端连接，所述电容c106和所述电容c111的第二端均接地，所述射频开关芯片s1的rfc端与所述电容c107的第一端连接，所述电容c107的第二端分别与所述电感l9和所述电容c109的第一端连接，所述电感l9的第二端分别与所述电容c110、电感l116和电感l118的第一端连接，所述电感l118的第二端分别与所述滤波器u82的input端和所述电感l114的第一端连接，所述电容c109、所述电容c110和所述电感l114的第二端均接地，所述电感l116的第二端与所述电感l117的第一端连接，所述电感l117的第二端与所述电感l10的第二端连接，所述电感l10的第一端分别与所述滤波器u82的output端和所述电感l115的第一端连接，所述电感l115的第二端接地。

其进一步技术方案为：所述4glte通信电路包括接口j9、4glte子模块、电容c177、电容c178、电容c179、电容c180、电容c181和电容c182，所述接口j9型号的型号为mini_pci_4.0mm，所述4glte子模块与所述接口j9的输入端连接，所述接口j9的输出端与所述中央处理器连接，所述接口j9的24号引脚、2号引脚和52号引脚均与所述电容c177、所述电容c178、所述电容c179、所述电容c180、所述电容c181和所述电容c182的第一端连接，所述电容c177、所述电容c178、所述电容c179、所述电容c180、所述电容c181和所述电容c182的第二端均接地。。

其进一步技术方案为：所述ble通信电路包括接口j7、ble子模块、电阻r39、电容c149和电容c150，所述接口j7的型号为ok-01m40-04，所述ble子模块与所述接口j7的输入端连接，所述接口j7的输出端与所述中央处理器连接，所述接口j7的17号引脚与所述电阻r39和所述电容c149的第一端连接，所述接口j7的19号引脚与所述电阻r39的第二端和所述电容c150的第一端连接，所述电容c149和所述电容c150的第二端均接地。

其进一步技术方案为：所述控制电路与所述电量计电路通过i2c通信协议有线连接，所述充放电管理电路通过gpio接口与所述控制电路有线连接。

其进一步技术方案为：所述控制电路包括mcu、芯片u9、振荡器y2、电容c175和电容c176，所述芯片u9的型号为nuc029zan，所述芯片u9的nrst端与所述mcu连接，所述芯片u9的xtal2端分别与所述电容c175的第一端和所述振荡器y2的nc端连接，所述芯片u9的xtal1端分别与所述电容c176的第一端和所述振荡器y2的out端连接，所述电容c175、所述电容c176以及所述振荡器y2的gnd端和vcc端均接地；所述芯片u9的nrst端与所述mcu之间设有电阻r74，所述电阻r74一端与所述mcu连接，另一端与所述芯片u9的nrst端连接。

其进一步技术方案为：所述充放电管理电路包括芯片u12、电阻r107、电容c213、电阻r111、电阻r113、电容c220、电阻r114、电容c212、电感l26、电阻r110、电阻r112、电容c214、电容c216、电容c217、电容c218、电容c219、电阻e5和电阻e25，所述芯片u12的型号为mp2617，所述芯片u12的ilim端与所述电阻r107的第二端连接，所述电阻r107的第一端接地，所述芯片u12的vcc端分别与所述电容c213和所述电阻r111的第一端连接，所述电容c213的第二端接地，所述芯片u12的ntc端分别与所述电阻r111的第二端和所述电阻r113的第一端连接，所述电阻r113的第二端接地，所述芯片u12的tmr端与所述电容c220的第一端连接，所述容c220的第二端接地，所述芯片u12的iset端与所述电阻r114的第一端连接，所述电阻r114的第二端接地，所述芯片u12的sw端与所述电感l26的第一端连接，所述芯片u12的bst端与所述电容c212的第一端连接，所述电容c212的第二端与所述电感l26的第一端连接，所述芯片u12的sys端分别与所述电阻r110的第一端、所述电感l26的第二端、所述电容c214的第一端、所述电容c216的第一端、所述电容c217的第一端、所述电容c218的第一端、所述电容c219的第一端、所述电阻e5的第一端和所述电阻e25的第一端连接，所述电容c214、所述电容c216、所述电容c217、所述电容c218和所述电容c219的第二端均接地，所述电阻e5的第二端和所述电阻e25的第二端连接，所述芯片u12的sysfb端分别与所述电阻r110的第二端和所述电阻r112的第一端连接，所述电阻r112的第二端接地。

其进一步技术方案为：所述电量计电路包括芯片u88、电容c487、电容c492、电容c494、电容c493、电容c488、电容c491、电容c489、电容c490、电阻r212、电阻r213和电阻r211，所述芯片u88的型号为bq27520-g4，所述芯片u88的regin端与所述电容c492的第一端连接，所述芯片u88的vcc端与所述电容c487的第一端连接，所述电容c487和所述电容c492的第二端均接地，所述芯片u88的bi/tout端与所述电容c494的第一端连接，所述电容c494的第二端接地，所述芯片u88的ts端与所述电容c493的第一端连接，所述电容c493的第二端接地，所述芯片u88的bat和ce端均与所述电容c488的第一端连接，所述电容c488的第二端接地，所述芯片u88的spn端分别与所述电容c491、所述电容c489和所述电阻r212的第一端连接，所述芯片u88的spr端分别与所述电容c491的第二端、所述电容c490的第二端和所述电阻r213的第一端连接，所述电容c489的第二端与所述电容c490的第一端连接并接地，所述电阻r212的第二端与所述电阻r211的第一端连接并接地，所述电阻r213的第二端与所述电阻r211的第二端连接。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明一种ble边缘计网关通过电池管理模块在断电的情况下依然能保持一定时长的正常工作，增强了网关的稳定性，提升了实用性。通过通信模块集成了2.4gwifi通信、4glte通信和ble通信的功能，使用方便，本通信模块可以不需受到传统的网线、wifi覆盖的影响，灵活布置在任何位置。通过显示模块进行信息显示反馈，方便使用者操作。本ble边缘计网关本地处理能力强，可以进行一定复杂的本地计算的控制，在断网的情况下保证设备可以继续进行正常的工作，尤其适合医院、工业等对网关的稳定性要求较高的行业，也适合新型的智能家居和智慧城市。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述说明和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，特举较佳实施例，详细说明如下。

附图说明

图1为ble边缘计网关的电路连接框图；

图2为电池管理模块的电路连接框图；

图3为中央处理器的电路图；

图4为2.4gwifi射频电路的电路图；

图5为4glte通信电路的电路图；

图6为ble通信电路的电路图；

图7为控制电路的电路图；

图8为充放电管理电路的电路图；

图9为电量计电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

如图1至图9所示，一种ble边缘计网关，包括通信模块、电池管理模块5和显示模块6，通信模块包括通信主电路、4glte通信电路4和ble通信电路3，通信主电路包括中央处理器1以及与中央处理器1电连接的2.4gwifi射频电路2，4glte通信电路4和ble通信电路3、电池管理模块5和显示模块6均与中央处理器1电连接。通过电池管理模块5在断电的情况下依然能保持一定时长的正常工作，增强了网关的稳定性，提升了实用性。通信模块集成了2.4gwifi通信、4glte通信和ble通信的功能，使用方便，本通信模块可以不需受到传统的网线、wifi覆盖的影响，灵活布置在任何位置。通过显示模块6进行信息显示反馈，方便使用者操作。本ble边缘计网关本地处理能力强，可以进行一定复杂的本地计算的控制，在断网的情况下保证设备可以继续进行正常的工作，尤其适合医院、工业等对网关的稳定性要求较高的行业，也适合新型的智能家居和智慧城市。

具体地，如图2所示，电池管理模块5包括控制电路53、充放电管理电路52、电池51和电量计电路54，电量计电路54与控制电路53电连接，充放电管理电路52一端与电池51电连接，另一端与控制电路53电连接，充放电管理电路52用于控制电池51充放电，电量计电路54用于计算电池51的容量、电压和充放电电流大小。通过控制电路53控制充放电管理电路52和电量计电路54，实现对电池51的充放电功能、电量显示功能、电池51状态管理，可以适应各种不同的应用场景，并根据实际情况灵活调配，使用灵活，对电池51安全性保护佳。

具体地，如图3所示，中央处理器1的型号为qca9531，ble通信电路3与中央处理器1通过uart通信协议有线连接，通过控制处理器控制ble通信电路3，4glte通信电路4通过pcie接口与中央处理器1有线连接。使用高通的qca9531路由器方案，可以提供300m的wifi无线速率，主频高达650m，另外配置了16mflash，1g的ddr，极大地增强了本地处理能力，保证了本发明可以作为边缘计算设备使用，保证系统具备一定的本地控制能力，降低对服务器平台的依赖。

在另一具体实施例中，本通信模块可以单独使用或者在其他成品中作为通讯模块使用。

具体地，中央处理器1通过usbhub(gl857l)芯片扩展出三路usb接口和一个sd接口，其中一路usb接口接ble通信电路3，中央处理器1通过usb接口控制ble通信电路3实现上网功能。4glte模块通过pcie物理接口与中央处理器1连接，所以4glte模块可以根据使用地区和使用场景灵活更换，适应不同国家和地区。

具体地，如图4所示，2.4gwifi射频电路2包括射频开关芯片s1、滤波器u82、电容c106、电容c107、电容c111、电容c109、电容c110、电感l9、电感l116、电感l118、电感l114、电感l117、电感l10和电感l115，射频开关芯片s1的型号为sky13351，滤波器u82的型号为saffb2g45ma0f0a，射频开关芯片s1的v1端与电容c106的第一端连接，射频开关芯片s1的v2端与电容c111的第一端连接，电容c106和电容c111的第二端均接地，射频开关芯片s1的rfc端与电容c107的第一端连接，电容c107的第二端分别与电感l9和电容c109的第一端连接，电感l9的第二端分别与电容c110、电感l116和电感l118的第一端连接，电感l118的第二端分别与滤波器u82的input端和电感l114的第一端连接，电容c109、电容c110和电感l114的第二端均接地，电感l116的第二端与电感l117的第一端连接，电感l117的第二端与电感l10的第二端连接，电感l10的第一端分别与滤波器u82的output端和电感l115的第一端连接，电感l115的第二端接地。射频信号通过滤波器u82再经射频开关芯片s1转换后，再通过天线发射出去，实现wifi射频功能。

具体地，如图5所示，4glte通信电路4包括接口j9、4glte子模块、电容c177、电容c178、电容c179、电容c180、电容c181和电容c182，接口j9型号的型号为mini_pci_4.0mm，4glte子模块与接口j9的输入端连接，接口j9的输出端与中央处理器1连接，接口j9的24号引脚、2号引脚和52号引脚均与电容c177、电容c178、电容c179、电容c180、电容c181和电容c182的第一端连接，电容c177、电容c178、电容c179、电容c180、电容c181和电容c182的第二端均接地。4glte子模块本身带有ipex接口，通过ipex接口连接外置天线上网。

具体地，4glte子模块可采用市面常用的4glte模块。

具体地，4glte通信电路4可以根据应用场景的变通灵活更换扩展。

具体地，如图6所示，ble通信电路3包括接口j7、ble子模块、电阻r39、电容c149和电容c150，接口j7的型号为ok-01m40-04，ble子模块与接口j7的输入端连接，接口j7的输出端与中央处理器1连接，接口j7的17号引脚与电阻r39和电容c149的第一端连接，接口j7的19号引脚与电阻r39的第二端和电容c150的第一端连接，电容c149和电容c150的第二端均接地。接口j7为高速接口，通过此高速接口连接ble子模块。此ble子模块可以根据需要灵活更换，适应不同的使用场景。

具体地，ble子模块可采用市场常用的ble模块。

具体地，ble通信电路3可以根据应用场景的变通灵活更换扩展。

具体地，控制电路53与电量计电路54通过i2c通信协议有线连接，充放电管理电路52通过gpio接口与控制电路53有线连接。

具体地，如图7所示，控制电路53包括mcu、芯片u9、振荡器y2、电容c175和电容c176，芯片u9的型号为nuc029zan，芯片u9的nrst端与mcu连接，芯片u9的xtal2端分别与电容c175的第一端和振荡器y2的nc端连接，芯片u9的xtal1端分别与电容c176的第一端和振荡器y2的out端连接，电容c175、电容c176以及振荡器y2的gnd端和vcc端均接地；芯片u9的nrst端与mcu之间设有电阻r74，电阻r74一端与mcu连接，另一端与芯片u9的nrst端连接。芯片u9通过uart串口与mcu通信，汇报电池51状态信息，通过i2c接口与电量计电路54通信，获取电池51电量、温度、电压和电流等基本信息，通过gpio控制充放电管理电路52，控制电池51充放电功能。

具体地，如图8所示，充放电管理电路52包括芯片u12、电阻r107、电容c213、电阻r111、电阻r113、电容c220、电阻r114、电容c212、电感l26、电阻r110、电阻r112、电容c214、电容c216、电容c217、电容c218、电容c219、电阻e5和电阻e25，芯片u12的型号为mp2617，芯片u12的ilim端与电阻r107的第二端连接，电阻r107的第一端接地，芯片u12的vcc端分别与电容c213和电阻r111的第一端连接，电容c213的第二端接地，芯片u12的ntc端分别与电阻r111的第二端和电阻r113的第一端连接，电阻r113的第二端接地，芯片u12的tmr端与电容c220的第一端连接，容c220的第二端接地，芯片u12的iset端与电阻r114的第一端连接，电阻r114的第二端接地，芯片u12的sw端与电感l26的第一端连接，芯片u12的bst端与电容c212的第一端连接，电容c212的第二端与电感l26的第一端连接，芯片u12的sys端分别与电阻r110的第一端、电感l26的第二端、电容c214的第一端、电容c216的第一端、电容c217的第一端、电容c218的第一端、电容c219的第一端、电阻e5的第一端和电阻e25的第一端连接，电容c214、电容c216、电容c217、电容c218和电容c219的第二端均接地，电阻e5的第二端和电阻e25的第二端连接，芯片u12的sysfb端分别与电阻r110的第二端和电阻r112的第一端连接，电阻r112的第二端接地。当适配器插入时，vbus输入为5v，vbus给电池51(vbat)充电，并给系统(vsys)提供电能。当适配器拔出，vbus无输入，此时电池51(vbat)放电，给系统(vsys)供电，保证系统正常工作。

具体地，具体地，此充放电管理电路52还具有电池51充电保护功能，当电池51温度<0℃或>60℃，此ic会自动关闭电池51充电功能，保护电池51不造成安全性问题。此充放电管理电路52通过gpio向控制电路53汇报状态信息，控制电路53监控充放电管理电路52的正常工作，保证稳定性和安全性。

具体地，如图9所示，电量计电路54包括芯片u88、电容c487、电容c492、电容c494、电容c493、电容c488、电容c491、电容c489、电容c490、电阻r212、电阻r213和电阻r211，芯片u88的型号为bq27520-g4，芯片u88的regin端与电容c492的第一端连接，芯片u88的vcc端与电容c487的第一端连接，电容c487和电容c492的第二端均接地，芯片u88的bi/tout端与电容c494的第一端连接，电容c494的第二端接地，芯片u88的ts端与电容c493的第一端连接，电容c493的第二端接地，芯片u88的bat和ce端均与电容c488的第一端连接，电容c488的第二端接地，芯片u88的spn端分别与电容c491、电容c489和电阻r212的第一端连接，芯片u88的spr端分别与电容c491的第二端、电容c490的第二端和电阻r213的第一端连接，电容c489的第二端与电容c490的第一端连接并接地，电阻r212的第二端与电阻r211的第一端连接并接地，电阻r213的第二端与电阻r211的第二端连接。芯片u88可以通过i2c控制，读取寄存器信息，寄存器信息包括电量百分比、电压、电流、充放电状态和电池51温度等。工作原理是通过采样电阻采集电池51电压电流的变化，通过内部算法计算出电池51的电量等信息。此电量计电路54将获得的电池51状态信息汇报给mcu，mcu通过这些信息判断电池51是否正常工作，并做出相应的控制，保证电池51正常工作，提升安全性能。

具体地，电池51为7000mah锂聚合物电池，可以支持大于10小时的正常使用，保证设备在断电的情况下，依然可以正常使用。

具体地，本ble边缘计网关支持openwrt开源系统，作为linux的分支，加大的方便增删各种特殊的功能和应用。

具体地，本ble边缘计网关支持手机app控制，提升产品的实用性，方便用户更好的管理和使用本发明。

与现有技术相比，本发明一种ble边缘计网关通过电池管理模块在断电的情况下依然能保持一定时长的正常工作，增强了网关的稳定性，提升了实用性。通过通信模块集成了2.4gwifi通信、4glte通信和ble通信的功能，使用方便，本通信模块可以不需受到传统的网线、wifi覆盖的影响，灵活布置在任何位置。通过显示模块进行信息显示反馈，方便使用者操作。本ble边缘计网关本地处理能力强，可以进行一定复杂的本地计算的控制，在断网的情况下保证设备可以继续进行正常的工作，尤其适合医院、工业等对网关的稳定性要求较高的行业，也适合新型的智能家居和智慧城市。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。