CN204089890U - 广域物联网***及其终端通信模块 - Google Patents

Abstract

一种广域物联网***及其终端通信模块，终端通信模块采用无线扩频电路用于发射和接收无线信号，由于无线扩频电路具有成本低、远距离传输、抗干扰的优点，另外，一方面终端通信模块只在需要向广域物联网基站传输数据时才与广域物联网基站建立连接，因此可以增加广域物联网基站服务的终端通信模块的数量；另一方面，可以使得终端通信模块在上述间隔时间段处于休眠状态，以减小功耗。因此，为物联网***的广域物联奠定了基础，使得广域物联网***可以在低成本的基础上，实现终端通信模块与广域物联网基站的远距离传输。

Description

广域物联网***及其终端通信模块

技术领域

本申请涉及物联网领域，具体涉及一种广域物联网***及其终端通信模块。

背景技术

物联网的应用领域较多，例如车辆、森林、农田、交通设施管理等，其目标对象分布地域较广，往往数公里以上，其通信数据量不大、频次不高，通常速率需求几bps至几百kbps不等，每天或者每月仅采集几次数据。

在物联网的应用中，存在现场取电困难的问题，因此通常采用电池对设备进行供电。并且，随时目标对象数量的增加，要求与信息采集传感器连接的终端通信模块的成本越来越低。

移动通信技术是目前普遍采用的实现大区域覆盖的通信技术，但其主要面向人类通信的需求，其具有高带宽和高性能的特点，也即意味着具有相对较高的功耗和成本，这与物联网应用中小数据量、低功耗和低成本的要求相违背。因此面向人类交流用途的移动通信技术与面向物联网通信用途的技术需求是矛盾的。

目前普遍使用的RFID技术、NFC技术、DSRC技术、ZigBee技术和IC卡技术等虽然在成本和功耗方面适合物联网应用，但因为其通信距离较近(数十米以下)，无法满足物联网对覆盖范围的要求。这些技术往往需辅助以移动通信技术或者有线通信网络实现，因此仍存在功耗大(如移动通信技术)和基础建设成本较高(如有线网络)的缺点。

发明内容

本申请提供的广域物联网***及其终端通信模块为广域物联网的低功耗和远距离传输提供了硬件支持。

根据本申请的第一方面，本申请提供了一种用于广域物联网***的终端通信模块，包括：

用于采集目标对象数据的数据采集电路；

用于发射和接收无线信号的无线收发电路,所述无线收发电路为无线扩频电路；

与数据采集电路和无线收发电路连接，用于控制数据采集电路采集目标对象数据，并控制无线收发电路将所述数据以无线信号的方式向外界发射的处理器；

用于为终端通信模块的各个电路供电的电源。

在一实施例中，所述终端通信模块还包括与处理器连接，用于产生唤醒处理器的周期信号的第一计时器。

在一实施例中，所述终端通信模块还包括与数据采集电路和处理器连接，用于控制数据采集电路采集目标对象数据，并在判断到所述数据异常时产生唤醒处理器的信号的故障检测电路。

在一实施例中，所述故障检测电路包括：

与数据采集电路连接，用于控制数据采集电路每隔预设时间段采集目标对象数据的第二计时器；

与数据采集电路和处理器连接，用于在判断到目标对象数据异常时产生唤醒处理器的信号的比较器。

在一实施例中，所述终端通信模块还包括用于与故障检测电路连接的接口。

在一实施例中，所述目标对象包括电表、水表、交通信号灯、照明灯、家电、定位装置、报警阀、信息板、管道、动物和植物。

根据本申请的第二方面，本申请还提供了一种广域物联网***，包括：

用于汇集目标对象数据的业务服务平台；

用于采集并发送目标对象数据的终端通信模块，所述终端通信模块采用上述任意一种终端通信模块；

分别与终端通信模块和业务服务平台无线连接，用于从终端通信模块获取并向业务服务平台转发目标对象数据的广域物联网基站。

本申请提供的一种广域物联网***及其终端通信模块，采用无线扩频电路用于发射和接收无线信号，由于无线扩频电路具有成本低、远距离传输、抗干扰的优点，因此，为物联网***的广域物联奠定了基础，使得广域物联网***可以在低成本的基础上，实现终端通信模块与广域物联网基站的远距离传输。

进一步地，终端通信模块增加了与处理器连接的第一计时器，以产生唤醒处理器的周期信号，使得处理器可以在不需要向广域物联网基站发射数据的时间段处于休眠状态。在处理器处于休眠状态时，终端通信模块与广域物联网基站处于断开状态，在第一计时器产生唤醒信号后，终端通信模块与广域物联网基站连接，进行数据传输。一方面，由于通常情况，一个广域物联网基站用于服务多个终端通信模块，通过上述唤醒机制，终端通信模块只是在唤醒状态下，即需要向广域物联网基站传输数据时才与广域物联网基站建立连接，因此可以增加广域物联网基站服务的终端通信模块的数量；另一方面，在广域物联网应用中，对目标对象数据的采集通常是间隔的，且该间隔时间较长，加之，广域物联网应用中存在现场取电困难的问题，通过上述唤醒机制，可以使得终端通信模块在上述间隔时间段处于休眠状态，以减小功耗。

附图说明

图1为本申请一种实施例中，广域物联网***的架构图；

图2为本申请一种实施例中业务服务平台的架构图；

图3为本申请一种实施例中用于广域物联网***的终端通信模块的结构示意图；

图4为本申请另一种实施例中用于广域物联网***的终端通信模块的结构示意图；

图5为本申请另一种实施例中用于广域物联网***的终端通信模块的结构示意图；

图6为本申请另一种实施例中用于广域物联网***的终端通信模块的结构示意图。

具体实施方式

请参考图1，本申请实施例提供了一种广域物联网***，包括业务服务平台101、终端通信模块102和广域物联网基站103。

业务服务平台101用于汇集目标对象数据。终端通信模块102用于采集并发送目标对象数据。广域物联网基站103分别与终端通信模块102和业务服务平台101无线连接，用于从终端通信模块102获取并向业务服务平台101转发目标对象数据的。

为了更好地理解本申请实施例提供的广域物联网***，下面广域物联网***的业务功能及其应用领域进行介绍。

通常情况下，业务服务平台101可以对汇集的目标对象数据进行分析处理后，将分析处理结果分发到相应的用户侧。同时，业务服务平台101还需要提供用户注册、服务预定、用户维护等服务。

请参考图2，具体的，业务服务平台101可以包括数据处理服务器组201、数据存储服务器组202和无线通信服务器组203。需要说明的是，为了更好地理解业务服务平台101与其他设备的连接关系，图2中还标示出了与业务服务平台101存在连接关系的其他设备。

用户使用PC或者其他终端***通过互联网与数据处理服务器组201进行用户注册与服务定制。用户信息与数据存储在数据存储服务器组202中。无线通信服务器组203用于与广域物联网基站进行无线通信。

广域物联网(Wide Area Network)作为新一代的广泛区域内物物联网的无线通信技术，其可适用于下面领域：

(1)远程抄表：支持大数量的水电气仪表远程读取，仪表可分布于广泛区域和不同环境。

(2)智慧医疗：用于远程医疗设备的数据传输，具胡高可靠性，且可以不间断地传输医疗数据。例如，不论病人处于何处(室内或室外)，都可以实现测量数据的传输；或者对病人进行定位。

(3)建筑安防及智能化：对建筑检测和控制设备数据的传输，比如，空调、门禁、水火报警阀等，以便于管理大量分散在建筑内外的设备。

(4)智慧城市：城市基础设施的远程数据采集，例如，照明灯、交通信号灯、信息板、垃圾桶、车位信息、咪表、信息点、公共交通等。

(5)跟踪定位：替代现有移动通信(2G/3G)手段用于传输车辆位置监控信息。

(6)广域范围内基础信息的采集，例如，电力、管道、气象、土壤、山川、森林、道路、桥梁、水流等。

(7)物联网(Internet Of Things，IOT)：日常生活中的万物联网，例如，植物、宠物、家电、水电表、开关等，以实现远程监测和控制。

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

实施例一

请参考图3，本实施例提供了一种用于广域物联网***的终端通信模块，包括数据采集电路301、无线收发电路302、处理器303、第一计时器304和电源305。

数据采集电路301用于采集目标对象数据。

无线收发电路302用于发射和接收无线信号。

处理器303与数据采集电路301和无线收发电路302连接，用于控制数据采集电路采集目标对象数据，并控制无线收发电路将目标对象数据以无线信号的方式向外界发射。

第一计时器304与处理器303连接，用于产生唤醒处理器303的周期信号。

电源305用于为终端通信模块的各个电路供电。

在具体实施例中，数据采集电路301通常是采用传感器来采集目标对象数据的。

由于无线收发电路302通常是以数字信号的形式进行数据的传输，因此，数据采集电路301通常是先由传感器采用到目标对象的原始数据后，经A/D转换电路，将模拟信号转换成数字信号，再发送到处理器303。

本实施例中，无线收发电路302可以采用现有技术中任意一种实现方式。

在其他实施例中，数据采集电路301也可以是能过接口与目标对象内部电路连接，用于采集目标对象的内部数据。

本实施例中，与现有技术相比，增加了与处理器303连接的第一计时器304，用于产生唤醒处理器303的周期信号。第一计时器304可以采用本领域通常使用的计时器，用于产生唤醒处理器303的周期信号具体可以是第一计时器304根据自身配置产生的一周期性的高电平使能信号。

一方面，由于通常情况，一个广域物联网基站用于服务多个终端通信模块，通过上述唤醒机制，终端通信模块只是在唤醒状态下，即需要向广域物联网基站传输数据时才与广域物联网基站建立连接，因此可以增加广域物联网基站服务的终端通信模块的数量；另一方面，在广域物联网应用中，对目标对象数据的采集通常是间隔的，且该间隔时间较长，加之，广域物联网应用中存在现场取电困难的问题，通过上述唤醒机制，可以使得终端通信模块在上述间隔时间段处于休眠状态，以减小功耗，例如，只需要使用电池对终端通信模块进行供电，即可以长时间维持终端通信模块的功耗需求。

例如，利用广域物联网***进行智能抄表，***不需要实时获取电表的读数，平时终端通信模块处于休眠状态以减少功耗，只有第一计时器工作。当第一计时器达到预设的间隔时间时，唤醒终端通信模块，终端通信模块采集到电表的读数，然后发送数据到广域物联网基站，再由广域物联网基站发送到业务服务平台，再由业务服务平台发送到供电所。

本实施例提供的用于广域物联网***的终端通信模块为广域物联网的低功耗提供了硬件支持。

优选的，无线收发电路302为无线扩频电路，具体的，无线扩频电路为低功耗长距离无线模块。采用无线扩频电路，可以实现终端通信模块与广域物联网基站的远距离通信，从而无需要使用高成本的移动通信技术来实现远距离通信。例如，采用低功耗长距离模式可以实现-148dbm的高灵敏度，在+20dbm的功率输出，能实现10km以上的通信。并且，无线扩频电路具有高抗干扰性，可以最大限度的减小终端通信模块的功耗，以适应广域物联网应用的现场环境。

本实施例提供的终端通信模块使得基站可以覆盖的范围更广，为物联网***的广域物联奠定了基础，使得广域物联网***可以在低成本的基础上，实现终端通信模块与广域物联网基站的远距离传输，为广域物联网的远距离传输提供了硬件支持。

实施例二

请参考图4，本实施例提供了另一种用于广域物联网***的终端通信模块，其与实施例一的区别在于，还包括与数据采集电路301和处理器303连接，用于控制数据采集电路301采集目标对象数据，并在判断到目标对象数据异常时产生唤醒处理器303的信号的故障检测电路。

在具体实施例中，故障检测电路包括第二计时器401和比较器402。

第二计时器401与数据采集电路301连接，用于控制数据采集电路301每隔预设时间段采集目标对象数据。第二计时器401可以采用本领域通常使用的计时器，第二计时器401可以根据自身配置产生使能数据采集电路的周期性信号，以使得数据采集电路301每隔预设时间段采集目标对象数据。

比较器402与数据采集电路301和处理器303连接，用于在判断到目标对象数据异常时产生唤醒处理器的信号。具体的，比较器402可以根据数据采集电路301采用到的目标对象数据与预设的标准值进行对比，如果超出标准值范围，则产生唤醒处理器的信号，该唤醒处理器的信号同样可以是一高电平的使能信号。

通过故障检测电路，可以确认目标对象是否处于正常状态，如果异常，则有必要将该异常信息发送到业务服务平台。例如：利用广域物联网对红绿灯路口进行监控，当红绿灯正常工作的时候，由第一计时器304每小时发送一次工作正常的数据，当红绿灯故障的时候，故障检测电路监测到故障后，立即向处理器305发送中断唤醒处理器305，进而发送故障数据给广域物联网基站，再由广域物联网基站传送给业务服务平台，业务服务平台还可以再将故障数据发送到交警监控中心。

本实施例提供的用于广域物联网***的终端通信模块不仅为广域物联网的低功耗提供了硬件支持，还为目标对象的故障检测提供了硬件支持。

实施例三

请参考图5，本实施例提供了另一种用于广域物联网***的终端通信模块，其与实施例一的区别在于，还包括用于与故障检测电路连接的接口501。本实施例中，故障检测电路与实施例二中的不同，其属于独立于终端通信模块之外的设备，在需要对目标对象进行故障检测时，将故障检测电路与接口501连接，故障检测电路在判断到目标对象数据异常时产生唤醒处理器303的信号。

实施例四

请参考图6，本实施例提供了另一种用于广域物联网***的终端通信模块，包括数据采集电路601、无线扩频电路602、处理器603和电源604。

数据采集电路601用于采集目标对象数据。

无线扩频电路602用于发射和接收无线信号。

处理器603与数据采集电路和无线收发电路连接，用于控制数据采集电路采集目标对象数据，并控制无线收发电路将目标对象数据以无线信号的方式向外界发射。

电源604用于为终端通信模块的各个电路供电。

在具体实施例中，无线扩频电路为低功耗长距离模块。采用无线扩频电路，可以实现终端通信模块与广域物联网基站的远距离通信，从而无需要使用高成本的移动通信技术来实现远距离通信。例如，采用低功耗长距离模式可以实现-148dbm的高灵敏度，在+20dbm的功率输出，能实现10km以上的通信。并且，无线扩频电路具有高抗干扰性，可以最大限度的减小终端通信模块的功耗，以适应广域物联网应用的现场环境。

本实施例提供的终端通信模块使得基站可以覆盖的范围更广，为物联网***的广域物联奠定了基础，使得广域物联网***可以在低成本的基础上，实现终端通信模块与广域物联网基站的远距离传输，为广域物联网的远距离传输提供了硬件支持。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (7)

1.一种用于广域物联网***的终端通信模块，其特征在于，包括：

用于采集目标对象数据的数据采集电路；

用于发射和接收无线信号的无线收发电路,所述无线收发电路为无线扩频电路；

与数据采集电路和无线收发电路连接，用于控制数据采集电路采集目标对象数据，并控制无线收发电路将所述数据以无线信号的方式向外界发射的处理器；

用于为终端通信模块的各个电路供电的电源。

2.如权利要求1所述的终端通信模块，其特征在于，还包括与处理器连接，用于产生唤醒处理器的周期信号的第一计时器。

3.如权利要求2所述的终端通信模块，其特征在于，还包括与数据采集电路和处理器连接，用于控制数据采集电路采集目标对象数据，并在判断到所述数据异常时产生唤醒处理器的信号的故障检测电路。

4.如权利要求3所述的终端通信模块，其特征在于，所述故障检测电路包括：

与数据采集电路连接，用于控制数据采集电路每隔预设时间段采集目标对象数据的第二计时器；

与数据采集电路和处理器连接，用于在判断到目标对象数据异常时产生唤醒处理器的信号的比较器。

5.如权利要求4所述的终端通信模块，其特征在于，还包括用于与故障检测电路连接的接口。

6.如权利要求1-5中任一项所述的终端通信模块，其特征在于，所述目标对象包括电表、水表、交通信号灯、照明灯、家电、定位装置、报警阀、信息板、管道、动物和植物。

7.一种广域物联网***，其特征在于，包括：

用于汇集目标对象数据的业务服务平台；

用于采集并发送目标对象数据的终端通信模块，所述终端通信模块采用如权利要求1-6任一项所述的终端通信模块；

分别与终端通信模块和业务服务平台无线连接，用于从终端通信模块获取并向业务服务平台转发目标对象数据的广域物联网基站。