分布式物联网网关的制作方法

1.本实用新型涉及网络通信技术领域，更具体地说，涉及分布式物联网网关。


背景技术：

2.物联网网关是一种连接物联网设备，设备系统，传感器和云的设备。通过将现场设备和集中式云连接起来，物联网网关提供了本地处理和存储解决方案，并能够基于传感器输入的数据自主控制现场设备。物联网网关(可以是硬件或虚拟设备)从物联网传感器接收数据，然后可以将其发送到云。物联网网关还从云中接收信息，然后该信息进入设备本身。这意味着所有从物联网设备转移到云的信息都通过连接的物联网网关。而在当前网关设置使用中，其受限与器件性能，很多时候会出现基于复杂的应用场景，其连接接口数量不够，需要通过增加设备并进行复杂的设备联网设计实现应用场景覆盖，其大大的增加整个应用成本。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种分布式物联网网关，
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种分布式物联网网关，包括：壳体以及设置于所述壳体内部的主机模块，以及设置于所述壳体上且连接所述主机模块的第一网络接口、第二网络接口、多个gpi接口、多个gpo接口、多个第一串口通信接口、多个第二串口通信接口和多个继电器接口，
5.所述主机模块包括：供电电路、cpu、以及连接所述cpu的第一gmac管脚与所述第一网络接口的第一phy电路，连接所述cpu的第二gmac管脚与所述第二网络接口的第二phy电路，连接所述cpu的第一gpio管脚与所述gpi接口的gpi电路，连接所述cpu的第二gpio管脚与所述gpo接口的gpo电路，连接所述cpu的第三gpio管脚与所述继电器接口的继电器电路，连接所述cpu的spi管脚与所述第一串口通信接口的spi转串口电路，连接所述cpu的uart管脚与所述第二串口通信接口的串口通信电路，连接所述cpu的rtc管脚的rtc电路，其中，所述第二网络接口连接所述供电电路。
6.优选地，在本技术所述的分布式物联网网关中，所述spi转串口电路包括spi接口uart芯片u5和多个第一uart通信电路；
7.所述spi接口uart芯片u5的spi端连接所述cpu的spi管脚，所述spi接口uart芯片u5的uart管脚分别对应连接所述第一uart通信电路的第一端，每一所述第一uart通信电路的第二端连接一所述第一串口通信接口。
8.优选地，在本技术所述的分布式物联网网关中，每一所述第一uart通信电路分别包括第一串口切换芯片、第一rs232通信单元、第一rs485通信单元和第一继电器开关；
9.所述第一串口切换芯片的公共端连接所述spi接口uart芯片u5的uart管脚，所述第一串口切换芯片的第一信号端连接所述第一rs232通信单元的第一端，所述第一串口切换芯片的第二信号端连接所述第一rs485通信单元的第一端，所述第一rs232通信单元的第
二端连接所述第一继电器开关的第一切换端，所述第一rs485通信单元的第二端连接所述第一继电器开关的第二切换端，所述第一继电器开关的公共端连接所述第一串口通信接口，所述第一继电器开关的控制端连接所述cpu的uart控制管脚。
10.优选地，在本技术所述的分布式物联网网关中，所述串口通信电路包括多个第二uart通信电路，每一第二uart通信电路分别包括第二串口切换芯片、第二rs232通信单元、第二rs485通信单元和第二继电器开关；
11.所述第二串口切换芯片的公共端连接所述cpu的uart管脚，所述第二串口切换芯片的第一信号端连接所述第二rs232通信单元的第一端，所述第二串口切换芯片的第二信号端连接所述第二rs485通信单元的第一端，所述第二rs232通信单元的第二端连接所述第二继电器开关的第一切换端，所述第二rs485通信单元的第二端连接所述第二继电器开关的第二切换端，所述第二继电器开关的公共端连接所述第二串口通信接口，所述第二继电器开关的控制端连接所述cpu的uart控制管脚。
12.优选地，在本技术所述的分布式物联网网关中，所述第一rs232通信单元和所述第二rs232通信单元中的每两个集成于一rs232通信芯片。
13.优选地，在本技术所述的分布式物联网网关中，所述gpi电路包括多个gpi子单元，每一gpi子单元均包括第一光耦、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一保险丝、第一二极管、第二二极管和第一电容；
14.所述第一光耦的第一端连接所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端，所述第一电阻的第一端连接所述cpu的一gpio管脚，所述第二电阻的第一端连接一电源电压，所述第一光耦的第三端连接所述第三电阻的第一端和所述第一电容的第一端，所述第一光耦的第二端、所述第一光耦的第四端和所述第一电容的第二端、所述第四电阻的第一端和所述第一二极管的阳极均接地，所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第二端和所述第一二极管的阴极连接一所述gpi接口的信号端；
15.所述gpi接口的电源端连接所述第一保险丝的第一端和所述第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极接地，所述第一保险丝的第二端连接所述供电电路。
16.优选地，在本技术所述的分布式物联网网关中，所述gpo电路包括多个gpo子单元，每一所述gpo子单元均包括第一三极管、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二保险丝、第三二极管和第四二极管；
17.所述第六电阻的第一端连接所述cpu的一gpio管脚，所述第六电阻的第二端连接所述第七电阻的第一端和所述第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极连接所述第八电阻的第一端、所述第三二极管的阴极和一所述gpi接口的信号端，所述第八电阻的第二端和所述第二保险丝的第一端连接所述供电电路，所述第二保险丝的第二端和所述第四二极管的阴极连接所述gpi接口的电源端，所述第七电阻的第二端、所述第一三极管的发射极、所述第三二极管的阳极和所述第四二极管的阳极均接地。
18.优选地，在本技术所述的分布式物联网网关中，所述第一phy电路包括型号为rtl8211f的第一网络芯片，所述第一网络接口包括rj45连接器j2，所述连接器j2的信号管脚连接所述第一网络芯片的信号管脚；
19.所述第二phy电路包括型号为rtl8211f的第二网络芯片，所述第二网络接口包括带poe的rj45连接器j3，所述连接器j3的信号管脚连接所述第二网络芯片的信号管脚，所述
连接器j3的电源管脚连接所述供电电路。
20.优选地，在本技术所述的分布式物联网网关中，所述rtc电路包括型号为hym8563的rtc芯片。
21.优选地，在本技术所述的分布式物联网网关中，还包括连接cpu的无线通信电路。
22.实施本实用新型的分布式物联网网关，具有以下有益效果：通过低成本实现更多的端口扩展，降低应用成本。
附图说明
23.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
24.图1是本实用新型一种分布式物联网网关一实施例的逻辑框图；
25.图2是图1中spi转串口电路一实施例的局部电路原理图；
26.图3是图1中spi转串口电路另一实施例的局部电路原理图；
27.图4是图1中spi转串口电路另一实施例的局部电路原理图；
28.图5是图1中spi转串口电路另一实施例的局部电路原理图；
29.图6是图1中gpi电路一实施例的局部电路原理图；
30.图7是图1中gpo电路一实施例的局部电路原理图；
31.图8是图1中gpi接口和gpo接口一实施例的局部电路原理图；
32.图9是图1中第二phy电路一实施例的局部电路原理图；
33.图10是图1中第一网络接口和第二网络接口一实施例的局部电路原理图；
34.图11是图1中供电电路的局部电路原理图；
35.图12是图1中rtc电路的局部电路原理图；
36.图13是图1中继电器电路的局部电路原理图；
37.图14为本实用新型一种分布式物联网网关另一实施例的局部电路原理图。
具体实施方式
38.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
39.如图1所示，在本实用新型的一种分布式物联网网关第一实施例中，包括：壳体以及设置于壳体内部的主机模块，以及设置于壳体上且连接主机模块的第一网络接口210、第二网络接口220、多个gpi接口230、多个gpo接口240、多个第一串口通信接口260、多个第二串口通信接口250和多个继电器接口270，主机模块包括：供电电路130、cpu110、以及连接cpu110的第一gmac管脚与第一网络接口210的第一phy电路310，连接cpu110的第二gmac管脚与第二网络接口220的第二phy电路320，连接cpu110的第一gpio管脚与gpi接口230的gpi电路330，连接cpu110的第二gpio管脚与gpo接口240的gpo电路340，连接cpu110的第三gpio管脚与继电器接口270的继电器电路370，连接cpu110的spi管脚与第一串口通信接口260的spi转串口电路360，连接cpu110的uart管脚与第二串口通信接口250的串口通信电路350，连接cpu110的rtc管脚的rtc电路120，其中，第二网络接口220连接供电电路130。具体的，该网关设备中，在壳体上设有多个接口，可以通过接口实现网络连接，其中，网络接口中，第一网络接口210可以为普通的信号网络接口，第二网络接口220可以为可提供供电的网络接
口，即第二网络接口220可以连接主机模块上的供电电路130。设置多个串口通信接口连接外部电路，实现与外部设备的串口通信。串口通信数据可以通过串口通信电路350和cpu110的uart管脚与cpu110实现uart数据通信。此外，为了实现串口数量的最大化，通过spi转串口电路360实现对cpu110的spi信号进行转换，实现通过串口与外部设备以串口数据通信格式进行数据通信。在一实施例中，可以通过cpu110的uart接口实现6组串口通信接口，通过cpu110的spi接口实现4组串口通信接口，最终在不需要增加额外cpu110资源的情况实现10组串口通信接口。此外，cpu110的gpio接口可以分别通过gpi电路330和gpo电路340对应连接至gpi接口230和gpo接口240，以使得设备通过gpi接口230和gpo接口240和外部设备进行数据传输。在一实施例中，可以利用cpu110资源实现四组gpi接口230和gpo接口240。在主机模块中，cpu110的gpio接口还通过继电器电路370与继电器接口270连接，实现模拟量数据传输，例如实现30v dc2a范围内的直流电压或125vac 1a范围内的交流电压传输。在一实施例中，cpu的型号可以为core-3568j。
40.如图2、图3、图4和图5所示，spi转串口电路360包括spi接口uart芯片u5和多个第一uart通信电路；spi接口uart芯片u5的spi端连接cpu110的spi管脚，spi接口uart芯片u5的uart管脚分别对应连接第一uart通信电路的第一端，每一第一uart通信电路的第二端连接一第一串口通信接口260。具体的，可以通过型号为wk2124的spi转uart芯片实现cpu110的spi管脚与uart通信电路的通信。
41.可选的，每一第一uart通信电路分别包括第一串口切换芯片、第一rs232通信单元、第一rs485通信单元和第一继电器开关；第一串口切换芯片的公共端连接spi接口uart芯片u5的uart管脚，第一串口切换芯片的第一信号端连接第一rs232通信单元的第一端，第一串口切换芯片的第二信号端连接第一rs485通信单元的第一端，第一rs232通信单元的第二端连接第一继电器开关的第一切换端，第一rs485通信单元的第二端连接第一继电器开关的第二切换端，第一继电器开关的公共端连接第一串口通信接口260，第一继电器开关的控制端连接cpu110的uart控制管脚。具体的，uart通信电路中，通过串口切换芯片对接收的232信号和485信号进行切换，其中232信号通过rs232通信单元进行传输，485信号通过rs485通信单元进行传输，同时232信号和485信号可以通过继电器开关的切换实现与串口通信接口通信。以其中一路为例，串口切换芯片u9的第三管脚用来接收232信号，u9的第一管脚用来接收485信号，u9的公共管脚用来连接uart芯片u5的uart接收管脚，同时uart芯片u9的uart发射管脚分别经一电阻连接至rs232通信单元和rs485通信单元。继电器开关通过cpu110输出的控制电平控制，实现输出的232信号和485信号的切换。其中串口切换芯片的型号为ts5a3159。
42.可选的，串口通信电路350包括多个第二uart通信电路，每一第二uart通信电路分别包括第二串口切换芯片、第二rs232通信单元、第二rs485通信单元和第二继电器开关；第二串口切换芯片的公共端连接cpu110的uart管脚，第二串口切换芯片的第一信号端连接第二rs232通信单元的第一端，第二串口切换芯片的第二信号端连接第二rs485通信单元的第一端，第二rs232通信单元的第二端连接第二继电器开关的第一切换端，第二rs485通信单元的第二端连接第二继电器开关的第二切换端，第二继电器开关的公共端连接第二串口通信接口250，第二继电器开关的控制端连接cpu110的uart控制管脚。具体的，在第二uart通信电路中，可以采用上述第一uart通信电路同样的电路结构，通过串口切换芯片将实现输
入的232信号和485信号的切换，其中232信号通过rs232通信单元进行传输，485信号通过rs485通信单元进行传输，同时232信号和485信号可以通过继电器开关的切换实现与串口通信接口通信。以其中一路为例，串口切换芯片u6的第三管脚用来接收232信号，u6的第一管脚用来接收485信号，u6的公共管脚用来连接cpu110的uart接收管脚，同时cpu110的uart发射管脚分别经一电阻连接至rs232通信单元和rs485通信单元。
43.可选的，第一rs232通信单元和第二rs232通信单元中的每两个集成于一rs232通信芯片。具体的，rs232通信单元可以采用双通道集成芯片，及第一rs232通信单元和rs232通信单元，可以两两组合通过一个双通道的rs232通信芯片实现232信号通信。在一具体的实施例中，通过rs232通信芯片u16及其外围电路实现两路rs232通信。在一实施例中，可以通过rs485芯片u24及其外围电路实现rs485通信。
44.可选的，如图6和图8所示，gpi电路330包括多个gpi子单元，每一gpi子单元均包括第一光耦、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一保险丝、第一二极管、第二二极管和第一电容；第一光耦的第一端连接第一电阻的第一端和第二电阻的第一端，第一电阻的第一端连接cpu110的一gpio管脚，第二电阻的第一端连接一电源电压，第一光耦的第三端连接第三电阻的第一端和第一电容的第一端，第一光耦的第二端、第一光耦的第四端和第一电容的第二端、第四电阻的第一端和第一二极管的阳极均接地，第三电阻的第二端、第四电阻的第二端和第一二极管的阴极连接一gpi接口230的信号端；gpi接口230的电源端连接第一保险丝的第一端和第二二极管的阴极，第二二极管的阳极接地，第一保险丝的第二端连接供电电路。具体的，在gpi电路330中，通过多个gpi子单元实现与gpi接口230的一一对应连接。每一个gpi子单元中，当外部gpi信号输入高电平时，光耦导通。使得内部信号cpu_gpi被拉低。反之，gpi输入低电平，cpu_gpi连接到vcc3v3_sys高电平；这样起到一个控制cpu_gpi收到的高低电平的作用。
45.可选的，如图7和图8所示，gpo电路340包括多个gpo子单元，每一gpo子单元均包括第一三极管、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二保险丝、第三二极管和第四二极管；第六电阻的第一端连接cpu110的一gpio管脚，第六电阻的第二端连接第七电阻的第一端和第一三极管的基极，第一三极管的集电极连接第八电阻的第一端、第三二极管的阴极和一gpi接口230的信号端，第八电阻的第二端和第二保险丝的第一端连接供电电路，第二保险丝的第二端和第四二极管的阴极连接gpi接口230的电源端，第七电阻的第二端、第一三极管的发射极、第三二极管的阳极和第四二极管的阳极均接地。具体的，在gp0电路中，通过多个gpo子单元实现与gpo接口240的一一对应连接。每一个gpo子单元中，当内部信号cpu_gpo为高电平时，输出的信号gpo被三极管导通到地，为低电平；反之，cpu_gpo为低电平时，输出的信号gpo连接到+12v，为高电平。以此来控制输出信号gpo的高低电平状态。
46.可选的，如图9、图10和图11所示，第一phy电路310包括型号为rtl8211f的第一网络芯片，第一网络接口210包括rj45连接器j2，连接器j2的信号管脚连接第一网络芯片的信号管脚；第二phy电路320包括型号为rtl8211f的第二网络芯片，第二网络接口220包括带poe的rj45连接器j3，连接器j3的信号管脚连接第二网络芯片的信号管脚，连接器j3的电源管脚连接供电电路130。具体的，第一phy电路310和第二phy电路320可以均由型号为rtl8211f的网络芯片及其外围电路组成，实现网络信号的传输。同时连接第一网络芯片的rj45连接器j2为普通的连接器，连接第二网络芯片的rj45连接器j3为可以进行poe供电的
连接器。该连接器j3可以通过连接器m2连接至供电电路130的供电端，供电电路130中，可以通过连接器j1连接外部电源，并通过电源转换芯片u3和电源转换芯片u4进行电源转换以对内部电路供电。
47.可选的，如图12所示，rtc电路120包括型号为hym8563的rtc芯片。具体的，rtc电路120中，通过rtc芯片u18实现cpu110的时钟信号rtc电路为设备提供系统时间，其中rtc电路120可以连接一电池，其电池的作用是在设备掉电以后，为芯片继续供电，保证系统时间继续运转。
48.在一实施例中，继电器电路如图13所示，通过cpu控制其工作状态。
49.可选的，如图14所示，本技术的分布式物联网网关中，还包括连接cpu110的无线通信电路。具体的，即可以通过无线通信电路实现该网关设备与外部设备通信，其中无线通信电路可以包括wifi通信电路和蓝牙通信电路。在一实施例中，该wifi通信电路和蓝牙通信电路可以采集成芯片实现。如采用信号ap6275s及其外围电路设备的wif通信和蓝牙通信。
50.在本技术的分布式物联网网关中，还可以包括与cpu110的spi接口连接的显示电路，显示电路中通过显示屏显示该网关的工作状态和工作参数等。
51.在本技术的分布式物联网网关中，还设有usb接口和连接usb接口的usb电路。即通过usb接口进行数据传输。
52.可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。