一种多功能通信网关的制作方法

1.本实用新型涉及智能设备技术领域，尤其涉及一种多功能通信网关。


背景技术：

2.工业互联网是我国智能制造高质量快速发展的重要抓手，工业企业中各智能设备，通过对应的工业网关可以将产生的生产数据进行回传，以便工作人员对其进行分析。
3.现有的工业网关为了细分产品系列，会将不同的物理接口进行拆分，组合成不同的型号进行销售，用户需要选择多种不同型号的工业网关才能满足智能设备回传数据的要求。
4.但是，不同型号的工业网关的执行标准、评价标准和使用的工业协议等可能千差万别，使得用户在进行网关选取时面临较大困难。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种多功能通信网关，通过将工业场景中使用的多类物理接口集成在一张主板上，使得工业网关具备全量交付能力，用户只需要选取一类网关即可满足要求。
6.本实用新型提供一种多功能通信网关，包括：
7.电路主板和供电模块，所述电路主板与所述供电模块连接；
8.所述电路主板上设置有控制模块、5g模块、wifi模块、以太网接口模块、存储模块、串口通信接口模块、远程控制模块和调试模块；
9.所述5g模块和所述wifi模块分别通过pcie接口或usb接口与所述控制模块通信连接，所述以太网接口模块通过rgmii接口或qsgmii接口与所述控制模块通信连接，所述存储模块通过usb接口与所述控制模块通信连接，所述串口通信接口模块和所述调试模块分别通过uart接口与所述控制模块通信连接，所述远程控制模块通过gpio接口与所述控制模块通信连接。
10.可选的，所述5g模块包括第一5g模组和第二5g模组；
11.所述第一5g模组通过pcie接口与所述控制模块通信连接，所述第二5g模组通过usb接口与所述控制模块通信连接；
12.所述第一5g模组和所述第二5g模组中各设置有一个sim卡槽，所述第二5g模组为所述第一5g模组的备用5g模组。
13.可选的，所述电路主板上还设置有协处理器模块；
14.所述以太网接口模块通过sfp接口连接所述协处理器模块，所述协处理器模块与所述控制模块通信连接。
15.可选的，所述协处理器模块中包括多个协处理器，所述以太网接口模块包括2个光纤接口、2个千兆以太网接口和4个百兆以太网接口；
16.其中，1个所述光纤接口和1个所述千兆以太网接口组成第一网络接口，所述第一
网络接口通过第一协处理器与所述控制模块通信连接；
17.其余1个所述光纤接口和1个所述千兆以太网接口组成第二网络接口，所述第二网络接口通过第二协处理器与所述控制模块通信连接，所述第一协处理器和所述第二协处理器相同，所述第二网络接口为所述第一网络接口的备用网络接口；
18.4个所述百兆以太网接口组成第三网络接口，所述第三网络接口通过第三协处理器与所述控制模块通信连接，所述第一协处理器和所述第三协处理器不同。
19.可选的，所述串口通信接口模块包括2路rs232复用串口或2路rs485复用串口。
20.可选的，所述远程控制模块包括4路遥信接口和2路遥控接口。
21.可选的，所述电路主板上还设置有hub模块，所述hub模块包括多个hub；
22.所述存储模块包括tf卡和1个usb接口和3个m.2接口，所述tf卡与第一hub连接；
23.所述1个usb接口和3个m.2接口分别通过第二hub与所述第一hub连接，所述第一hub与所述控制模块通信连接。
24.可选的，所述电路主板上还设置有芯片扩展模块，所述芯片扩展模块通过spi接口与所述控制模块通信连接，所述芯片扩展模块包括至少一个ai芯片接口。
25.可选的，所述电路主板上还设置有存储单元扩展模块，所述存储单元扩展模块包括ssd接口、ddr接口、sdhc接口和qspi接口中的至少一种。
26.可选的，所述控制模块采用64位arm架构的四核处理器。
27.本实用新型实施例提供的多功能通信网关，通过在多功能通信网关的电路主板上设置控制模块、5g模块、wifi模块、以太网接口模块、存储模块、串口通信接口模块、远程控制模块和调试模块，为多功能通信网关提供了工业场景中常用的各种物理接口，以使多功能通信网关具备了全量交付能力，可以满足工业场景中用户的多种使用需求，提高了用户的使用体验。
附图说明
28.图1为本实用新型提供的多功能通信网关的结构示意图一；
29.图2为本实用新型提供的多功能通信网关的结构示意图二；
30.图3为本实用新型提供的多功能通信网关的结构示意图三；
31.图4为本实用新型提供的多功能通信网关的结构示意图四。
具体实施方式
32.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.在本实用新型的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
34.需要说明的是，本实用新型实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示例子、例证或说明。本实用新型中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
35.工业互联网是我国智能制造高质量快速发展的重要抓手。工业企业面临着设备和数据采集的难题；一方面是工业行业标准碎片化问题突出，物理接口、工业协议无统一规范；二是国内企业自动化/智能化程度相对较低，数据采集、数据回传困难重重。
36.市场上各种工业网关产品功能性能良莠不齐，网关的接入能力和关键指标没有统一的执行标准和规范的评价体系。因此用户面临着工业网关设备硬件选型的难题。
37.并且，现有在用的5g工业网关只注重设备的体积大小和美观程度，没有为用户考虑物理接入能力的设计，不能满足复杂场景应用的需求。
38.有鉴于此，本实用新型提供一种多功能通信网关，通过将工业场景中通用的物理接口集成在工业网关的主板电路中，例如，lte/5g通信模组、光口、网口、wifi、蓝牙等，使得该工业网关成为一种全量化的工业网关，用户只需要选择该类网关，即可满足用户在不同场景下的需求，提升了用户的使用体验。
39.下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案以及本实用新型的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以独立实现，也可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。
40.图1为本实用新型实施例提供的一种多功能通信网关10的结构示意图一，如图1所示，多功能通信网关10包括电路主板101和供电模块102。
41.本实用新型实施例中，电路主板101与供电模块102相连接，供电模块102用于对电路主板101进行工作供电，供电模块102与市电相连接，为多功能通信网关10进行工作供电。
42.本实用新型实施例中，电路主板101可以为一种基于现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array，fpga)的电路主板，电路主板101上可以设置多个工业场景中使用的物理接口，通过fpga硬件可以重构网关体系结构，整合常用的物理接口，例如，5g通信模组、千兆网口、存储模块等，使得本实用新型实施例提供的多功能通信网关成为一种具备全量交付能力的网关，可以满足用户在不同场景下的使用要求，
43.本实用新型实施例中，供电模块102中还包括一个超级电容，用于将输入的市电转换为电路主板101可以使用的工作电压。
44.示例性的，超级电容可以为15v/32f，可以将220v的交流电转化为12v的直流电，可以对电路主板101提供驱动电压。
45.图2为本实用新型实施例提供的一种多功能通信网关10的结构示意图二，在图1所示实施例的基础上，对本实用新型实施例提供的多功能通信网关中的电路主板的结构进行进一步介绍，如图2所示，电路主板101中包括：
46.控制模块1011、5g模块1012、wifi模块1013、以太网接口模块1014、存储模块1015、串口通信接口模块1016、远程控制模块1017和调试模块1018。
47.其中，5g模块1012通过高速串行计算机扩展总线标准(peripheral component interconnect express，)接口或通用串行总线(universal serial bus，usb)接口与控制模块1011通信连接，wifi模块1013通过pcie接口或usb接口与控制模块1011通信连接。
48.以太网接口模块1014通过吉比特介质独立接口(reduced gigabit media independent interface，rgmii)或差分吉比特介质独立接口(pcs for quad-serial gigabit media independent interface，qsgmii)与控制模块1011通信连接，存储模块1015通过usb接口与控制模块1011通信连接，其中，qsgmii又可以称为4串行千兆媒体独立接口。
49.串口通信接口模块1016通过通用异步收发传输器(universal asynchronous receiver/transmitter，uart)中的uart1-2接口与控制模块通信1011连接，调试模块1017通过uart0接口与控制模块通信1011连接。
50.远程控制模块1018通过通用输入/输出端口(general purpose i/o ports，gpio)接口与控制模块1011通信连接。
51.本实用新型实施例中，电路主板101上设置有5g模块1012，可以使多功能通信网关10通过控制模块1011对5g模块1012进行控制，以使通信网关10可以通过5g网络来进行信息或数据的传输。
52.电路主板101上设置有wifi模块1013，可以使多功能通信网关10通过控制模块1011对wifi模块1013进行控制，以使通信网关10可以通过无线网络来进行信息或数据的传输。
53.电路主板101上设置有以太网接口模块1014，可以使多功能通信网关10通过控制模块1011对以太网接口模块1014进行控制，以使通信网关10可以通过局域网来进行信息或数据的传输。例如，通过光纤接口，千兆以太网接口等组成的局域网来进行信息或数据的传输。
54.电路主板101上设置有存储模块1015，可以使多功能通信网关10通过控制模块1011对以存储模块1015进行控制，以使通信网关10可以存储设备产生的数据和信息等，例如，存储模块中可以包括tf卡等存储介质。
55.本实用新型实施例中，电路主板101上还设置有串口通信接口模块1016，例如，串口通信接口模块1016中可以包括rs232接口，通过串口通信接口模块1016，通信网关10可以外接其他各种通用设备，例如，电脑、机床等，以满足用户的多样化使用需求。
56.电路主板101上还设置有远程控制模块1017，例如，远程控制模块1017中可以包括遥信接口，通过远程控制模块1017通信网关10可以对某些设备进行远程控制，例如，对某些电力设备发送开关信号，以实现对电力设备进行控制。
57.电路主板101上还设置有调试模块1018，用户可以通过调试模块1018对多功能通信网关10进行调试，以使网关对用户的设备进行适应，满足使用需求。
58.本实用新型实施例提供的多功能通信网关，通过在多功能通信网关的电路主板上设置控制模块、5g模块、wifi模块、以太网接口模块、存储模块、串口通信接口模块、远程控制模块和调试模块，为多功能通信网关提供了工业场景中常用的各种物理接口，以使多功能通信网关具备了全量交付能力，可以满足工业场景中用户的多种使用需求，提高了用户的使用体验。
59.图3为本实用新型实施例提供的多功能通信网关的结构示意图三，在图2所示实施例的基础上，进一步对本实用新型提供的多功能通信网关进行说明，如图3所示：
60.本实用新型实施例中，5g模块1012中包括第一5g模组和第二5g模组，其中，第一5g
模组通过pcie接口与控制模块1011连接，第二5g模组通过usb接口与控制模块1011连接。
61.其中，第一5g模组和第二5g模组为m.2接口的5g模组，第一5g模组和第二5g模组中各设置有一个sim卡槽，每一个sim卡槽都可以使用任一运营商的sim卡来实现5g联网功能。
62.本实用新型实施例中，第二5g模组为第一5g模组的备用5g模组，即，在多功能通信网关的正常使用中，通过第一5g模组来进行5g联网功能，若第一5g模组出现故障时，可以切换到第二5g模组来进行5g联网功能的实现，通过双5g模组的设置，使得多功能通信网关具备了容灾备份的能力。
63.本实用新型实施例中，电路主板101中还设置有协处理器模块1019，协处理器模块1019中包括多个协处理器，以太网接口模块1014通过协处理器模块1019与控制模块1011进行通信连接，协处理器模块1019与控制模块1011共同对以太网接口模块1014进行控制，以实现多功能通信网关的负载均衡。
64.本实用新型实施例中，以太网接口模块1014包括2个光纤接口、2个千兆以太网接口和4个百兆以太网接口。
65.本实用新型实施例中，以太网接口模块1014中1个光纤接口和1个千兆以太网接口组成第一网络接口，第一网络接口通过第一协处理器与控制模块1011通信连接。
66.具体的，1个光纤接口和1个千兆以太网接口分别通过光模块接口(small form pluggable，sfp)与第一协处理器通信连接，第一协处理器通过rgmii接口控制模块1011通信连接。
67.其余1个光纤接口和其余1个千兆以太网接口组成第二网络接口，第二网络接口通过第二协处理器与控制模块1011通信连接。
68.具体的，1个光纤接口和1个千兆以太网接口分别通过sfp与第二协处理器通信连接，第二协处理器通过rgmii接口控制模块1011通信连接。
69.4个百兆以太网接口组成第三网络接口，第三网络接口通过第三协处理器与控制模块通信连接。
70.具体的，4个百兆以太网接口分别通过sfp与第三协处理器通信连接，第三协处理器通过qsgmii接口控制模块1011通信连接。
71.本实用新型实施例中，第一协处理器与第二协处理器相同，第二协处理器与第三协处理器不同，例如，第一协处理器与第二协处理器的型号可以为88e1512，第三协处理器的型号可以为88e1545。
72.本实用新型实施例中，第一协处理器与第二协处理器相同，第一网络接口和第二网络接口的组成相同，第二协处理器和第二网络接口的组合可以作第一协处理器和第一网络接口的组合的备用，通过双组合的设置，使得多功能通信网关具备了容灾备份的能力。
73.本实用新型实施例中，电路主板101中还设置有多端口转发器hub模块1020，hub模块1020中包括有多个hub，存储模块1015通过hub模块1020与控制模块1011通信连接。
74.本实用新型实施例中，存储模块1015中包括1个tf卡、1个usb接口和3个m.2接口。
75.本实用新型实施例中，存储模块1015中的tf卡通过usb接口与第一hub通信连接，第一hub通过usb接口与控制模块1011通信连接。
76.存储模块1015中的1个usb接口和3个m.2接口与第二hub通信连接，第二hub用过usb接口与第一hub通信连接。
77.本实用新型实施例中，通过两级hub的设置增加了usb接口和m.2接口，便于多功能通信网关安装蓝牙模块、远距离无线电(long range radio，lora)模块、紫峰技术(zigbee technology，zigbee)模块等，增加了多功能通信网关的使用场景。
78.本实用新型实施例中，usb接口可以为usb2.0接口，也可以为usb3.0接口，本实用新型实施例对usb接口的类型不进行限制。
79.本实用新型实施例中，串口通信接口模块1016中包括2路通用串口，例如，一路通用串口可以为rs232，另一路通用串口可以为rs485，2路通用串口分别通过uart1-2与控制模块1011通信连接。
80.本实用新型实施例中，rs232标准采用的接口是9针或25针的d型插头，常用的一般是9针插头，又称9针引脚，其定义如下所示：
81.(1)接收线信号检出(received line signal detection，rsd)，用来表示dce已接通通信链路，告知dte准备接收数据。当本地的modem收到由通信链路另一端(远地)的modem送来的载波信号时，使rlsd信号有效，通知终端准备接收，并且由modem将接收下来的载波信号解调成数字数据后，沿接收数据线rxd送到终端。
82.(2)接收数据(received data，rxd)，通过rxd线终端接收从modem发来的串行数据(dce
→
dte)。
83.(3)发送数据(transmitted data，txd)，通过txd终端将串行数据发送到modem(dte
→
dce)。
84.(4)数据终端准备好(data terminal ready，dtr)，有效时(on)状态，表明数据终端可以使用。
85.(5)地线-gnd。
86.(6)数据装置准备好(data set ready，dsr)，有效时(on)状态，表明通信装置处于可以使用的状态。
87.(7)请求发送(request to send)，用来表示dte请求dce发送数据，即当终端要发送数据时，使该信号有效(on状态)，向modem请求发送。它用来控制modem是否要进入发送状态。
88.(8)清除发送(clear to send，cts)，用来表示dce准备好接收dte发来的数据，是对请求发送信号rts的响应信号。当modem已准备好接收终端传来的数据并向前发送时，使该信号有效，通知终端开始沿发送数据线txd发送数据。
89.(9)振铃指示(ringing，r)，当modem收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效(on状态)，通知终端，已被呼叫。
90.本实用新型实施例中，远程控制模块1017中包括4路遥信接口和2路遥控接口，4路遥信接口和2路遥控接口分别通过通用型输入/输出(general-purpose input/output，gpio)与与控制模块1011通信连接。
91.其中，遥信接口可以用于测量开关的位置信号、变压器内部故障综合信号、保护装置的动作信号、通信设备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号，遥控接口可以用于远程对开关控制设备进行控制，例如，分合闸、开关空调等，遥信接口和遥控接口常用于电网调度的场景中。
92.本实用新型实施例提供的多功能通信网关，通过在多功能通信网关的电路主板上
设置控制模块、双5g模组、wifi模块、双以太网接口模块、存储模块、串口通信接口模块、远程控制模块和调试模块，为多功能通信网关提供了工业场景中常用的各种物理接口，以使多功能通信网关具备了全量交付能力，可以满足工业场景中用户的多种使用需求，通过双5g模组和双以太网接口模块的设计，使得多功能通信网关具备了容灾备份的能力。
93.图4为本实用新型实施例提供的多功能通信网关的结构示意图四，在图3所示实施例的基础上，进一步对本实用新型提供的多功能通信网关进行说明，如图4所示：
94.本实用新型实施例中，多功能通信网关10的电路主板101上还设置有存储单元扩展模块1021。
95.其中，存储单元扩展模块1021可以用于扩展多功能通信网关10中的存储模块，其中包括多个外接存储介质的存储接口，即存储单元扩展模块1021提供了更大的存储数据能力接口，用户可以通过存储单元扩展模块1021来实现更大容量的数据存储能力。
96.本实用新型实施例中，存储单元扩展模块1021中包括固态驱动器(solid state disk，ssd)接口、双倍速率同步动态(synchronous dynamic random，ddr)接口、高容量sd存储卡(secure digital high capacity，sdhc)接口和6线串行外设接口(qspi serial peripheral interface，qspi)接口中的至少一种。
97.本实用新型实施例中，多功能通信网关10还可以通过存储单元扩展模块1021中上述的存储接口配备大容量的存储介质，例如，2tb的ssd硬盘，以使用户可以直接使用多功能通信网关10来进行大容量的数据存储。
98.本实用新型实施例中，多功能通信网关10的电路主板101上还设置有芯片扩展模块1022。
99.本实用新型实施例中，芯片扩展模块1022通过串行外设接口(serial peripheral interface，spi)接口与控制模块1011通信连接。
100.本实用新型实施例中，spi接口通常包括4个引脚，其定义如下所示：
101.(1)主设备数据输入(master input slave output，miso)主设备数据输入，从设备数据输出。
102.(2)主设备数据输出(master output slave input，mosi)主设备数据输出，从设备数据输入。
103.(3)时钟信号(serial clock，sclk)，由主设备产生，用于控制数据发送和接收的时序。
104.(4)片选信号(chip select，cs)从设备使能信号，由主设备控制。
105.本实用新型实施例中，芯片扩展模块1022用于提供芯片扩展接口，可以外接多个芯片，例如人工智能(artificial intelligence，ai)芯片，以使多功能通信网关10可以实现多种增值功能，例如，接入摄像头以实现用户识别的功能。
106.本实用新型实施例中，芯片扩展模块1022接入的芯片所产生的数据，例如，图片，视频等，可以存储于存储单元扩展模块1021中接入的存储介质。
107.本实用新型实施例中，多功能通信网关10的电路主板101上还设置有本地通讯模块1023。
108.本地通讯模块1023可以为高速电力线载波(high speed power line carrier，hplc)和微功率无线(radio frequency，rf)双模通信组成，本地通讯模块1023用于对电路
主板101中各输入输出信号进行调节分配，以使电路主板101中各个模块运行时不会产生信号冲突，维护多功能通信网关10的正常使用。
109.本实用新型实施例中，控制模块1011可以为采用64位arm架构的四核处理器，例如，控制模块1011可以为ls1043arm+cpld构成的处理器，其核心数为4核，主频为1.6ghz，使用无风扇设计的i/o封装，支持10gbps的性能。
110.综上所述，本实用新型实施例提供的多功能通信网关，通过集成工业场景使用的物理接口，使得多功能通信网关具备了全量交付能力，便于用户更快捷的一站式选择物联感知数据采集终端，无需考虑接口类型和协议，提高了用户的使用体验。
111.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。