一种适用于地质灾害监测的网关设备及采集系统的制作方法

本发明涉及网关设备领域，特别是涉及一种适用于地质灾害监测的网关设备及采集系统。

背景技术：

1、物联网网关是连接感知网络与传统通信网络的纽带。作为网关设备，物联网网关可以实现感知网络与通信网络，以及不同类型感知网络之间的协议转换，既可以实现广域互联，也可以实现局域互联。此外物联网网关还需要具备设备管理功能，运营商通过物联网网关设备可以管理底层的各感知节点，了解各节点的相关信息，并实现远程控制。

2、物联网网关依赖于物联网技术，目前物联网技术已广泛应用于智能电网，智能交通，智能医疗等领域：例如：智能电网中，利用rfid技术和传感器技术通过检测实时采集的输/变电设备的各种状态信息，提升输/变电设备监测诊断及运行管理水平，推进智能电网建设；智能医疗中，在儿童就诊问题上医院通过rfid技术实现了一卡通就诊卡，实施无纸化治疗，并可以足不出户，让专家远程会诊，给出诊疗建议；智慧农业中，已经提出了一种应用于农业监控的物联网系统，其设计并实现了一种适配多种wsn终端的物联网网关，该网关可以通过gprs、wi-fi、以太网等多种远程通信模式进行通信，适配zigbee和wi-fi传感网络类型终端，满足不同场合和环境的需求。

3、然而当前使用的物联网网关主要存在以下缺点：

4、(1)通信方式单一，传输不稳定。目前网关设备大多只支持单一通信，造成在网络不稳定或无网络的情况下导致监测数据传输不及时、预警结果无法下发的后果，无法达到监测目标的目的，进而影响灾害的预警时效。

5、(2)对多样化来源的数据无法处理。例如：遥感影像，信令，gps信息，日志文件，多媒体数据等多种来源的数据无法做到兼容处理。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种适用于地质灾害监测的网关设备及采集系统解决了现有网关通信方式单一、传输不稳定，以及对多样化来源的数据无法处理的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种适用于地质灾害监测的网关设备，包括网关外壳以及设置在网关外壳内部的arm处理器、rtc模块、安全认证模块、温湿度传感器模块、高清多媒体接口模块、usb总线控制器、rs232串口模块、rs485串口模块、lorawan网关通讯模组、emmc存储模块、ddr存储模块、无线通讯模块、poe模组、2g网络模块、3g网络模块和4g网络模块，所述arm处理器分别与rtc模块、安全认证模块、温湿度传感器模块、高清多媒体接口模块、usb总线控制器、rs232串口模块、rs485串口模块、lorawan网关通讯模组、emmc存储模块、ddr存储模块、无线通讯模块和poe模组连接，所述rs232串口模块和rs485串口模块均分别与2g网络模块、3g网络模块和4g网络模块连接。

3、上述方案的有益效果是：通过上述技术方案提供了一种网关设备，在网关设备硬件上融合了多种通信模组并且支持外挂mesh等组网设备，可针对现场的网络需求进行匹配，同时利用lora扩频技术保证了5km内的传感器数据可汇聚到网关设备中进行处理和再发送，该设备支持lora、wifi、蓝牙、以太网、rs-232串口、rs-485串口、4g、5g等多种设备接入，可以方便的实现现场全要素物联感知。本方案解决了现有网关通信方式单一、传输不稳定，以及对多样化来源的数据无法处理的问题。

4、进一步地，arm处理器用于处理多种传感器数据，rtc模块用于为arm处理器提供定时时钟信号，安全认证模块用于认证lorawan应用的硬件基础安全性，温湿度传感器模块用于测量现场环境的温度和湿度，高清多媒体接口模块用于发送未压缩的视频和音频信号，无线通讯模块用于wifi和蓝牙通信，poe模组用于提供网口的供电，emmc存储模块和ddr存储模块共同组成的存储空间用于配合arm处理器实现支持复杂解算算法与滤波算法的嵌入并保存长时间的原始数据，lorawan网关通讯模组用于提供多通道lora数据包检测器接收或下发数据。

5、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，提供了一款高度集成化、融合多种通信方式、支持边缘计算的网关设备。

6、进一步地，rs485串口模块中接口rs485的en2引脚分别与电阻r129的一端和三极管q16的集电极连接，所述电阻r129的另一端与电源电压连接，所述三极管q16的发射极接地，所述三极管q16的基极分别与接地电容c62、电阻r134的一端以及二极管d21的正极连接，所述电阻r134的另一端与二极管d21的负极、电阻r130的一端、控制器u27的di引脚和寄存器uart5的tx引脚连接，所述电阻r130的另一端与电源电压连接，所述控制器u27的ro引脚与控制器u5_485的rx引脚连接，所述控制器u27的引脚和de引脚均与接口rs485的en2引脚连接，其gnd引脚接地，其vcc引脚分别与电源电压、接地电容c63和接地电容c61连接，其a引脚分别与电阻r131的一端、电阻r132的一端、双向击穿二极管d23的一端、双向击穿二极管d24的一端和保险丝f8的一端连接，其b引脚分别与接地电阻r133、电阻r132的另一端、双向击穿二极管d22的一端、双向击穿二极管d24的另一端和保险丝f7的一端连接，所述电阻r131的另一端与电源电压连接，所述双向击穿二极管d23的另一端和双向击穿二极管d22的另一端均接地，所述保险丝f8的另一端分别与接口rs485的a2引脚和交流发电机的第一接口连接，所述保险丝f7的另一端分别与接口rs485的b2引脚和交流发电机的第二接口连接，所述交流发电机的第三接口接地。

7、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，提供了rs485串口模块的附属电路，实现了ttl转rs485。

8、进一步地，lorawan网关通讯模组中包括转换器u12，所述转换器u12的vin引脚分别与电源电压、接地电容c35、接地电容c36、电阻r72的一端和三极管q9的发射极连接，所述电阻r72的另一端分别与mos管vq8的漏极和电阻r74的一端连接，所述三极管q9的基极与电阻r74的另一端连接，其集电极分别与接地电阻r77和转换器u12的en引脚连接，所述mos管vq8的源极接地，其栅极分别与接地电阻r75和lora电源使能lora_pwr的en引脚连接，所述转换器u12的gnd引脚接地，其sw引脚与电感l3的一端连接，其fb引脚分别与电阻r71的一端和接地电阻r73连接，所述电感l3的另一端分别与电阻r71的另一端、电容cd2的正极、接地电容c37、接地电容c38和lorawan网关通讯模组的电源连接，所述电容cd2的负极接地。

9、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，控制dcdc电源的开关，进而控制lorawan网关通讯模组的供电。

10、进一步地，usb总线控制器中包括usb控制芯片u6，所述usb控制芯片u6的vss引脚接地，其xout引脚分别与晶振y1的第三引脚和电容c18的一端连接，其xin引脚分别与晶振y1的第一引脚和电容c19的一端连接，所述电容c18的另一端、晶振y1的第二引脚、晶振y1的第四引脚和电容c19的另一端均接地，所述usb控制芯片u6的dm4引脚与usb的dm4引脚连接，其dp4引脚与usb的dp4引脚连接，其dm3引脚与usb的dm3引脚连接，其dp3引脚与usb的dp3引脚连接，其dm2引脚与usb的dm2引脚连接，其dp2引脚与usb的dp2引脚连接，其dm1引脚与usb的dm1引脚连接，其dp1引脚与usb的dp1引脚连接，其vd18_o引脚与集线器hub电源连接，其vd33_i引脚分别与接地电容c20、接地电容c21和集线器hub的电源连接，其rext引脚与接地电阻r38连接，其vd18_i引脚分别与集线器hub的电源、接地电容c14和接地电容c15连接，其ovcj引脚与集线器hub的电源连接，其drv引脚与集线器hub的drv引脚连接，所述集线器hub的drv引脚还与电阻r39的一端连接，所述电阻r39的另一端与发光二极管d7的正极连接，所述发光二极管d7的负极接地，所述usb控制芯片u6的vd33_o引脚与集线器hub的电源连接，其vdd5引脚与电源电压连接，所述电源电压还与接地电容c17和接地电容c18连接，所述usb控制芯片u6的busj引脚与电阻r35的一端连接，其xbusm引脚与电阻r36的一端连接，其xrstj引脚分别与电阻r37的一端和集线器hub的rst引脚连接，其dpu引脚与集线器hub的dp引脚连接，其dmu引脚与集线器hub的dm引脚连接，所述电阻r35的另一端、电阻r36的另一端和电阻r37的另一端均与集线器hub的电源连接。

11、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，提供了usb总线控制器的附属电路，利用该电路扩展出usb的四个接口。

12、进一步地，网关设备还包括电源控制电路模块，所述电源控制电路模块的输入端分别与poe模组和直流电源连接，所述直流电源包括电池电源和太阳能电源。

13、上述进一步方案的有益效果是：通过设置电源控制电路模块进行供电，可以通过电池或太阳能进行供电。

14、进一步地，网关外壳采用铝合金材质，所述网关外壳的底部和侧部均设有散热槽，且顶部和侧部的每个接口处均填充防尘防水材料，所述网关外壳的顶部设有第一wifi接口、4g接口、gps接口、第二wifi接口、ant3接口、ant2接口、rs232和rs485接口、rs232和type-c接口以及ant1接口，所述第一wifi接口、4g接口、gps接口和第二wifi接口位于网关外壳的顶部并排设置，所述ant3接口位于第二wifi接口左侧，所述ant2接口、rs232和rs485接口、rs232和type-c接口以及ant1接口并排设置。

15、上述进一步方案的有益效果是：网关外壳采用铝合金材质，具有重量轻、结构稳定、散热性能良好的优点，通过进行防水防尘的处理，使得ip等级不低于ip67。

16、进一步地，网关外壳的侧部设有power接口、net接口、mesh模组工作状态灯、v-input接口、v-out接口、rj45网口、电池电量显示屏以及sim卡槽，所述power接口、net接口和mesh模组工作状态灯并排设置，所述v-input接口和v-out接口位于power接口、net接口和mesh模组工作状态灯下方且并排设置，所述rj45网口、电池电量显示屏和sim卡槽从左至右依次设置。

17、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，提供了网关外壳侧部上各接口的位置的设置。

18、进一步地，网关设备还包括三角支架，所述三角支架通过位于网关外壳底部的三角支架固定孔与网关外壳固定连接。

19、上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，对网关设备作了进一步补充，提供了网关设备中的三角支架，通过三角支架固定孔与网关外壳连接，便于现场安装、快速布设。

20、除此之外，本发明还采用的技术方案为：一种适用于地质灾害监测的基于网关设备的采集系统，包括网关端、设备端、应用服务端和运维平台，所述网关端分别与设备端、应用服务端和运维平台通信连接，所述网关端包括网关设备、业务服务器和应用服务器，所述设备端包括外部传感器、外部控制器和单通道lora模块。

21、上述进一步方案的有益效果是：本技术还提供了一种基于网关设备的采集系统，具有低成本与低功耗、更广的覆盖范围、支持多源异构感知数据汇聚的优点。