CN111953586A - 一种一拖八物联网网关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一拖八物联网网关，包括中心网关(1)、与中心网关连接的节点网关(2)，一个中心网关(1)连接有若干个节点网关(2)，节点网关(2)由中心网关(1)提供电源，所有节点网关(2)的数据发送到中心网关(1)后，由中心网关(1)集中打包上传至网络。本发明在降低布线成本的前提下，进一步减少实施成本，提高了布线的灵活性；在中心网关使用低成本单片机方案的情况下，可实现8个节点网关的接入；节点网关则无需考虑网络问题，设备成本更低，IP资源占用率可减少89％；中心网关采用嵌入式web页面实现一体化操作，对一拖八物联网网关进行管理与配置，优化了连接及操作流程，节点网关通过有线方式接入中心网关，并由中心网关提供电源，无需单独供电。

Description

一种一拖八物联网网关
技术领域
本发明涉及一种一拖八物联网网关，属于信息通信技术领域。
背景技术
随着物联网技术的高速发展，物联网设备的使用场景越来越丰富。智能家居、无人超市、室内导航、资产定位、智能考勤、智慧医疗等一系列概念应运而生，大量的智能设备和无线标签被连入网络，以实现物物相连。
在物联网应用***中，网关(或基站)拥有核心地位，它不仅是物联网设备与云平台数据交互的唯一通道，也是无线自组网的创建者和维护中心，因此具有举足轻重的作用。
目前的网关都是独立运行的单台硬件设备，内部集成一种或多种无线技术，采用Wi-Fi或有线方式接入以太网，若物联网网络数据量较小，实时性要求不高，网关间可采用总线方式级联，或直接通过馈线分出多路天线到各个房间。
现有技术存在如下的缺点：一是现有技术由于每台设备都必须拥有网络接入能力，因此每个网关的总体成本较高，体积也较大，最后实施安装时需要对网关逐一进行网络配置，工作量巨大，极易出错，实施成本较高；二是现有技术需要考虑同网段IP地址的可分配数，以及因此带来的管理成本，例如跨网段通信，还要考虑Wi-Fi连接的情况下无线网络的容量。另外，通常情况下设备的网线都要从弱电间引出，单独走线，不仅布线成本高，灵活性低，远距离布线还会对信号质量产生较大影响，只能通过中继设备进行改善，需要IP资源较多；三是现有技术应用范围扩大时，网关设备将因为受到无线通信范围的限制，而不得不采用多点分布，因此安装量可达成百上千，物联网实时数据更是达到海量，此时上述网关的布置方式便不再适用，连接及操作流程复杂。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术不足，提供一种降低了实施成本且节约IP资源并优化连接及操作流程的一拖八物联网网关。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种一拖八物联网网关，包括中心网关、与中心网关连接的节点网关，一个中心网关连接有若干个节点网关，节点网关由中心网关提供电源，所有节点网关的数据发送到中心网关后，由中心网关集中打包上传至网络。以上技术方案中，一个中心网关连接有若干个节点网关，节点网关由中心网关提供电源，所有节点网关的数据发送到中心网关后，由中心网关集中打包上传至网络，大大地降低了实施成本且节约IP资源并优化连接及操作流程。
作为优选，中心网关包括第一单片机、与第一单片机连接的以太网模块、与第一单片机连接的Wi-Fi模块、与第一单片机连接的第一射频模块、与第一单片机连接的第一按键开关、与第一单片机连接的第一指示灯、与第一指示灯连接的第一电源模块、与第一单片机连接的选通开关、与第一电源模块连接的第一接口电路，第一接口电路与选通开关连接，第一电源模块与选通开关连接，第一电源模块通过串口与第一单片机连接。以上技术方案中，中心网关包括第一单片机、与第一单片机连接的以太网模块、与第一单片机连接的Wi-Fi模块、与第一单片机连接的第一射频模块、与第一单片机连接的第一按键开关、与第一单片机连接的第一指示灯、与第一指示灯连接的第一电源模块、与第一单片机连接的选通开关、与第一电源模块连接的第一接口电路，第一接口电路与选通开关连接，第一电源模块与选通开关连接，第一电源模块通过串口与第一单片机连接，进一步地降低了实施成本且节约IP资源并优化连接及操作流程。
作为优选，第一射频模块包括蓝牙模块、ZigBee模块、LoRa模块、UWB模块、Sub-1G模块、低频定位模块以及各模块对应的天线。以上技术方案中，第一射频模块包括蓝牙模块、ZigBee模块、LoRa模块、UWB模块、Sub-1G模块、低频定位模块以及各模块对应的天线，进一步地降低了实施成本且节约IP资源并优化连接及操作流程。
作为优选，第一电源模块支持POE供电和直流源供电。以上技术方案中，第一电源模块支持POE供电和直流源供电，进一步地降低了实施成本且节约IP资源并优化连接及操作流程。
作为优选，节点网关包括第二单片机、与第二单片机连接的第二射频模块、与第二单片机连接的第二接口电路、与第二单片机连接的第二按键开关、与第二单片机连接的第二指示灯、与第二单片机连接的第二电源模块，第二射频模块与第二电源模块连接，第二接口电路与第二电源模块连接。以上技术方案中，，进一步地降低了实施成本且节约IP资源并优化连接及操作流程。
作为优选，第二射频模块包括蓝牙模块、ZigBee模块、LoRa模块、UWB模块、Sub-1G模块、低频定位模块以及各模块对应的天线。以上技术方案中，第二射频模块包括蓝牙模块、ZigBee模块、LoRa模块、UWB模块、Sub-1G模块、低频定位模块以及各模块对应的天线，进一步地降低了实施成本且节约IP资源并优化连接及操作流程。
作为优选，中心网关内置嵌入式web页面，可对中心网关和节点网关进行参数配置、固件升级、监测实时数据；中心网关通过第一单片机的个串口与若干个节点网关进行通信，串口通过选通开关与2个节点网关相连；中心网关对节点网关进行主动轮询，节点网关收到轮询指令后将缓存数据一次性上传。以上技术方案中，中心网关内置嵌入式web页面，可对中心网关和节点网关进行参数配置、固件升级、监测实时数据；中心网关通过第一单片机的个串口与若干个节点网关进行通信，串口通过选通开关与2个节点网关相连；中心网关对节点网关进行主动轮询，节点网关收到轮询指令后将缓存数据一次性上传，进一步地降低了实施成本且节约IP资源并优化连接及操作流程。
作为优选，第一接口电路和第二接口电路采用RS-422电器标准。以上技术方案中，第一接口电路和第二接口电路采用RS-422电器标准，进一步地降低了实施成本且节约IP资源并优化连接及操作流程。
作为优选，中心网关连接有POE交换机。以上技术方案中，中心网关连接有POE交换机，POE交换机用于给中心网关供电，进一步地降低了实施成本且节约IP资源并优化连接及操作流程。
作为优选，当缺少POE交换机时，通过电源适配器给中心网关供电，中心网关默认处在有线连接模式，通过连按三次第一按键开关打开Wi-Fi功能进入AP模式，第一指示灯相应变化，通过电脑搜索Wi-Fi找到中心网关建立的Wi-Fi网络，连接进入后，打开浏览器输入网关IP地址便进入设备页面。以上技术方案中，当缺少POE交换机时，通过电源适配器给中心网关供电，中心网关默认处在有线连接模式，通过连按三次第一按键开关打开Wi-Fi功能进入AP模式，第一指示灯相应变化，通过电脑搜索Wi-Fi找到中心网关建立的Wi-Fi网络，连接进入后，打开浏览器输入网关IP地址便进入设备页面，进一步地降低了实施成本且节约IP资源并优化连接及操作流程。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：一是在降低布线成本的前提下，进一步减少实施成本，提高了布线的灵活性；二是在中心网关使用低成本单片机方案的情况下，可实现8个节点网关的接入；节点网关则无需考虑网络问题，设备成本更低，IP资源占用率可减少89％；三是中心网关采用嵌入式web页面实现一体化操作，对一拖八物联网网关进行管理与配置，优化了连接及操作流程。节点网关通过有线方式接入中心网关，并由中心网关提供电源，无需单独供电。
附图说明
图1为本发明的有线网络接入方式的示意图。
图2为本发明的无线网络接入方式的示意图。
图3为本发明的中心网关原理图。
图4为本发明的节点网关原理图。
图中，1、中心网关，101、第一单片机，102、以太网模块，103、Wi-Fi模块，104、第一射频模块，105、第一接口电路，106、第一按键开关，107、第一指示灯，108、第一电源模块，109、选通开关，2、节点网关，201、第二单片机，202、第二射频模块，203、第二接口电路，204、第二按键开关，205、第二指示灯，206、第二电源模块，3、POE交换机，4、Wi-Fi路由器，5、电源适配器，6、电脑。
具体实施方式
以下结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。
本发明的一种一拖八物联网网关包括以下两个实施例：
实施例一，如图1、图3、图4所示。
图1中，一拖八物联网网关安装在室内，采用吸顶安装方式，一个中心网关1放置在过道中央，八个节点网关2分布在八个不同房间。中心网关1通过网线与远处弱电间的POE交换机3相连，节点网关2通过网线与中心网关1相连，POE交换机3将提供一拖八物联网网关电源和以太网模块102接入。POE交换机3通过连接第一电源模块108为中心网关1供电。
首次上电使用时，中心网关1默认处在有线连接模式，通过观察第一指示灯107可判断设备的上电和入网情况，此时在同一局域网下的电脑6通过使用网络搜索工具，便可获取到其IP地址。打开浏览器输入IP地址后便进入设备主页，主页面上显示有设备信息、网络配置、节点状态、参数配置、固件升级等菜单选项。
进入设备信息页面可查看设备产品信息。
确认过一拖八物联网网关的设备状态之后，进入网络配置页面，选择需要连接的目标地址，目标端口，本地端口以及TCP/UDP方式，配置完成后物联网数据就可以发送到指定目标了，刷新后可以在该页看到网络连接情况。
进入节点状态页面可以实时监控各个节点网关2的数据流量、设备状态、连接情况和参数信息，也可手动将节点网关2禁用。
进入参数配置页面可修改中心网关1和节点网关2的可配置参数。
进入固件升级页面可进升级操作，加载升级固件并点击开始升级，一拖八网关会自动完成固件升级并重启，原有配置信息会保留，无须重新配置。
图3为本发明的中心网关1的原理图。其中第一单片机101需要支持嵌入式web，串口数量大于4个，4路串口的TX和RX引脚分别通过第一选通开关109扩展成8路，然后连到第一接口电路105。
中心网关1与节点网关2进行通信时，采用主动轮询的方式，周期性获取每路数据，第二射频模块202将检测到的射频信号数据通过I/O口传递给第二单片机201，节点网关2对射频信号数据进行缓存，第一射频模块104将检测到的射频信号数据通过I/O口传递给第一单片机101，当主机轮询时，第一单片机101发送轮询信号给第二单片机201，第二单片机201接收到轮询信号后将缓存的射频信号数据依次通过第二接口电路203、第一接口电路105、选通开关109一次性上传给第一单片机101,第一单片机101通过以太网模块102或Wi-Fi模块103将射频信号数据上传到服务器。
中心网关1接入网络可通过以太网模块102和Wi-Fi模块103，即分别通过有线和无线两种方式，默认采用有线方式。通过第一按键开关106可触发进入AP模式，此时第一指示灯107将进行提示，随后移动设备可通过无线连接进入中心网关1进行Wi-Fi配置，使设备连入目标网络。
第一接口电路105采用RJ45接口，外观上与普通网口形式一致，但电器特性采用RS-422标准，也可用两路RS-485代替，连接方式采用通用8线制网线，其中2根作为TX的差分线，2根作为RX的差分线，2根作为电源正极，2根作为电源地。
供电可以采用直流电压源也可以采用POE方式，第一电源模块108支持两种供电方式，当两种方式同时存在时，将自动选择其中一种方式作为供电电源，第一电源模块108为中心网关1供电。
第一射频模块104包括蓝牙模块、ZigBee模块、LoRa模块、UWB模块、Sub-1G模块、低频定位模块，以及各模块对应的天线。
第一指示灯107除了用于判断设备的上电和入网情况，还可以用于指示节点网关2的连接情况，设备与目标端口的通信状态，射频模块的工作状态。
第一按键开关106除了用于开启AP模式，还可用于设备重启和复位。
图4为本发明的节点网关2的原理图。其中第二单片机201通过第二接口电路203与中心网关1相连，接口标准同样采用RJ45，电器特性遵照RS-422，同时该接口也作为电源输入口，将直流电压供给第二电源模块206。第二电源模块206为节点网关2供电。
第二射频模块202包括蓝牙模块、ZigBee模块、LoRa模块、UWB模块、Sub-1G模块、低频定位模块，以及各模块对应的天线。
第二指示灯205用于判断设备的上电状态、连接情况，通信状态以及射频模块工作状态。
第二按键开关204用于设备重启和复位，也可以用于开启某些射频模块的广播功能。
实施例二，如图2、图3、图4所示，实施例二的安装方式与实施例一相同，但是缺少POE交换机3，中心网关1采用电源适配器5供电，电源适配器5通过连接第一电源模块108为中心网关1供电，由于中心网关1默认处在有线连接模式，需要通过连按三次第一按键开关106打开Wi-Fi功能进入AP模式，第一指示灯107会有相应变化，通过Wi-Fi路由器4把有线网络信号转换成无线信号，此时通过电脑6搜索Wi-Fi便可找到中心网关1建立的Wi-Fi网络，连接进入后，打开浏览器输入网关IP地址便进入设备主页，主页面上显示有设备信息、网络配置、节点状态、参数配置、固件升级等菜单选项。确认过一拖八物联网网关的设备状态之后，进入网络配置页面，选择Wi-Fi连接入网，输入所需连入的无线网络SSID和密钥，和需要连接的目标地址，目标端口，本地端口以及TCP/UDP方式，配置完成后中心网关1就会自动连接网络，之后物联网数据就可以发送到指定目标了，刷新后可以在该页看到网络连接情况。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种一拖八物联网网关，其特征在于：包括中心网关(1)、与中心网关连接的节点网关(2)，一个中心网关(1)连接有若干个节点网关(2)，节点网关(2)由中心网关(1)提供电源，所有节点网关(2)的数据发送到中心网关(1)后，由中心网关(1)集中打包上传至网络。
2.根据权利要求1所述的一种一拖八物联网网关，其特征在于：中心网关(1)包括第一单片机(101)、与第一单片机(101)连接的以太网模块(102)、与第一单片机(101)连接的Wi-Fi模块(103)、与第一单片机(101)连接的第一射频模块(104)、与第一单片机(101)连接的第一按键开关(106)、与第一单片机(101)连接的第一指示灯(107)、与第一指示灯(107)连接的第一电源模块(108)、与第一单片机(101)连接的选通开关(109)、与第一电源模块(108)连接的第一接口电路(105)，第一接口电路(105)与选通开关(109)连接，第一电源模块(108)与选通开关(109)连接，第一电源模块(108)通过串口与第一单片机(101)连接。
3.根据权利要求2所述的一种一拖八物联网网关，其特征在于：第一射频模块(104)包括蓝牙模块、ZigBee模块、LoRa模块、UWB模块、Sub-1G模块、低频定位模块以及各模块对应的天线。
4.根据权利要求2或3所述的一种一拖八物联网网关，其特征在于：第一电源模块(108)支持POE供电和直流源供电。
5.根据权利要求4所述的一种一拖八物联网网关，其特征在于：节点网关(2)包括第二单片机(201)、与第二单片机(201)连接的第二射频模块(202)、与第二单片机(201)连接的第二接口电路(203)、与第二单片机(201)连接的第二按键开关(204)、与第二单片机(201)连接的第二指示灯(205)、与第二单片机(201)连接的第二电源模块(206)，第二射频模块(202)与第二电源模块(206)连接，第二接口电路(203)与第二电源模块(206)连接。
6.根据权利要求1或2或3或5所述的一种一拖八物联网网关，其特征在于：第二射频模块(202)包括蓝牙模块、ZigBee模块、LoRa模块、UWB模块、Sub-1G模块、低频定位模块以及各模块对应的天线。
7.根据权利要求6所述的一拖八物联网网关，其特征在于：中心网关(1)内置嵌入式web页面，可对中心网关(1)和节点网关(2)进行参数配置、固件升级、监测实时数据；中心网关(1)通过第一单片机(101)的串口与若干个节点网关(2)进行通信，串口通过选通开关(109)与2个节点网关(2)相连；中心网关(1)对节点网关(2)进行主动轮询，节点网关(2)收到轮询指令后将缓存数据一次性上传。
8.根据权利要求1或2或3或5或7所述的一拖八物联网网关，其特征在于：第一接口电路(105)和第二接口电路(203)采用RS-422电器标准。
9.根据权利要求8所述的一拖八物联网网关，其特征在于：中心网关(1)连接有POE交换机(3)。
10.根据权利要求1或2或3或5或7或9所述的一拖八物联网网关，其特征在于：当缺少POE交换机(3)时，通过电源适配器(5)给中心网关(1)供电，中心网关(1)默认处在有线连接模式，通过连按三次第一按键开关(106)打开Wi-Fi功能进入AP模式，第一指示灯(107)相应变化，通过电脑(6)搜索Wi-Fi找到中心网关(1)建立的Wi-Fi网络，连接进入后，打开浏览器输入网关IP地址便进入设备页面。
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