CN212660356U - 用于智慧路灯***的通信网关及智慧路灯*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于智慧路灯***的通信网关及智慧路灯***，包括主处理器以及与主处理器通信连接的从处理器；所述从处理器至少包括第一从处理器和第二从处理器，所述第一从处理器和第二从处理器均连接有多个通信模块；本实用新型扩展了多种通信方式，既有无线通信，也有有线通信，可以与多种智慧路灯***的终端层设备所扩展的通信方式通信，实现路灯底层数据的采集和上传，同时考虑了多种远程通信方式，方便应用层控制命令的下发。
Description
技术领域
本实用新型涉及网关技术领域，特别涉及一种用于智慧路灯***的通信网关及智慧路灯***。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
随着物联网技术的蓬勃发展以及被迅速推广应用，城市建设己由传统型城市向新型智慧城市转变。智慧路灯作为智慧城市建设的重要组成部分，运用远程通信网络并通过远程集中管理控制为现代社会提供智能化服务，智慧路灯己然成为一种发展趋势。目前，智慧路灯的建设大多采用“终端层、网络层、应用层”三层技术结构、“两层通信体系”架构方案，其中通信网络技术至关重要。
本实用新型发明人发现，伴随着物联网技术以及无线通信技术的迅速发展，同时涌现出了大量不同类型的通信网络。智慧路灯***功能的多样性和厂家的不同，使智慧路灯通信***形成了异构网络环境。解决异构网络之间的互联互通问题，需要具有普适性的通信网关。现有的智慧路灯网关，针对性强，协议和功能单一，兼容性差。
实用新型内容
为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种用于智慧路灯***的通信网关及智慧路灯***，扩展了多种通信方式，既有无线通信，也有有线通信，可以与多种智慧路灯***的终端层设备进行通信，实现路灯底层数据的采集和上传，同时考虑了多种远程通信方式，方便应用层控制命令的下发。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
本实用新型第一方面提供了一种用于智慧路灯***的通信网关。
一种用于智慧路灯***的通信网关，包括主处理器以及与主处理器通信连接的从处理器；
所述从处理器至少包括第一从处理器和第二从处理器，所述第一从处理器和第二从处理器均连接有多个通信模块。
作为可能的一些实现方式，所述主处理器通过SPI总线与从处理器通信连接。
作为可能的一些实现方式，所述第一从处理器分别通过通信接口与Zigbee通信模块、电力载波模块、433M无线模块、RS485接口模块和IO传输模块连接。
作为进一步的限定，所述第一从处理器通过UART接口与Zigbee通信模块、电力载波模块和RS485模块连接。
作为进一步的限定，所述第一从处理器通过TTL接口与433M无线模块连接。
作为进一步的限定，所述第一从处理器通过GPIO接口与IO传输模块连接。
作为可能的一些实现方式，所述第二从处理器分别通过通信接口与NB-IoT通信模块、GPRS通信模块、4G通信模块、以太网通信模块和LoRa模块连接。
作为进一步的限定，所述第二从处理器通过UART接口与4G通信模块、GPRS通信模块和以太网通信模块连接。
作为进一步的限定，所述第二从处理器通过TTL接口与NB-IoT通信模块连接。
作为进一步的限定，所述第二从处理器通过SPI接口与LoRa模块连接。
作为可能的一些实现方式，所述主处理器分别与蓝牙模块和WIFI模块连接。
作为进一步的限定，所述主处理器通过I2C总线与WIFI模块连接，所述主处理器通过UART接口与蓝牙模块连接。
作为进一步的限定，所述主处理器与USB接口模块连接。
本实用新型第二方面提供了一种智慧路灯***。
一种智慧路灯***，包括本实用新型第一方面所述的用于智慧路灯***的通信网关、至少一个移动设备和至少一个控制终端；
所述主处理器与移动设备通信连接，所述第一从处理器和/或第二从处理器与控制终端通信连接。
作为可能的一些实现方式，所述第一从处理器和/或第二从处理器与多个智慧路灯终端设备通信连接。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型所述的智慧路灯通信网关及智慧路灯***，硬件方面均具有强兼容性，扩展了多种通信方式，既有无线通信，也有有线通信，可以与多种智慧路灯***的终端层设备进行通信，实现路灯底层数据的采集和上传。
2、本实用新型所述的智慧路灯通信网关及智慧路灯***，考虑了多种远程通信方式，方便应用层控制命令的下发。
3、本实用新型所述的智慧路灯通信网关及智慧路灯***，所选用的通信模块内置对应的通信协议栈，网关内设置Linux操作***，软件上可编程，预留二次开发功能，既可用于城市路灯***、也可用于乡镇路灯***和偏远地区等多种应用场合。
4、本实用新型所述的智慧路灯通信网关及智慧路灯***，通过手机APP实现与网关的人机对话功能，使网关工作参数的设置方便灵活。
附图说明
构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1为本实用新型实施例1提供的智慧路灯通信网关的功能结构示意图。
图2为本实用新型实施例1提供的智慧路灯通信网关的硬件模块示意图。
图3为本实用新型实施例2提供的智慧路灯通信网关的软硬件模块示意图。
图4为本实用新型实施例3提供的智慧路灯***的架构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
如图1和图2所示，本实用新型实施例1提供了一种用于智慧路灯***的通信网关，网关硬件包括主控单元、第一层通信单元、第二层通信单元和电源管理单元；
主控单元是整个智慧路灯网关的控制核心，负责接收来自于路灯终端设备上传的数据以及应用服务平台下发的控制指令，并对接收的数据信息进行协议转换，然后把数据转发至目的通讯网络。
主控单元内设置Linux操作***，选用32位嵌入式微控制器(EMCU)，例如基于ARMCortex-M3内核的STM32系列和基于ARM926EJ-S内核的AT91SAM9X5系列，均为通用型嵌入式微控制器。具有丰富的网络/连接***设备接口。主控单元用于提供Linux操作所需的工作环境和网关的多类型通信方式。主控单元与手机安卓APP无线通信，实现人机对话功能，将所需显示信息显示在手机屏幕上，终端设备所需设置的阈值，通过手机APP进行设置。
主控单元与手机Android安卓APP之间通过蓝牙或WIFI进行通信。
第一层通信为路灯终端数据信息采集网络，为近距离本地通信网络。考虑智慧路灯功能的多样性和终端设备厂家的不一致性，第一层通信兼容多种终端设备的通信方式，本实施例兼容当前近距离通信常用的方式，包括Zigbee、LoRa、433M、WIFI等无线通信方式和RS485、IO传输等有线通信方式。因此第一层通信模块包括Zigbee通信模块、LoRa通信模块、433M无线模块、WIFI无线模块、RS485接口和IO传输模块。
第二层通信负责智慧路灯网关与应用层服务平台的信息交互，为远程通信网络。本实施例兼容当前远距离通信常用的方式，采用NB-IoT、GPRS、4G、以太网、电力线载波PLC等多种通信方式。因此第二层通信模块包括NB-IoT通信模块、GPRS通信模块、4G通信模块、以太网通信模块、电力线载波(PLC)模块等。
为满足网关的强兼容性，主控单元采用多个嵌入式微控制器，以满足第一层通信模块和第二层通信模块的扩展需求。多个嵌入式微控制器采用一主多从工作方式，主EMCU内设置Linux操作***，用于提供Linux操作所需的工作环境，与手机安卓APP无线通信；从EMCU用于第一层通信模块和第二层通信模块的扩展。
电源管理单元负责给网关设备上所有通信单元以及其他元器件供电，包括智慧路灯网关设备底板电源、第一层通信单元所有模块电源和第二层通信单元所有模块电源。电源输入额定电压为AC100～220V交流电，频率为50Hz，输出电压为DC3.3V、DC3.8V、DC5V、±12V等满足路灯网关设备所有器件的工作电压和功率的要求。
下面以具体芯片进行详细介绍：
用STM32系列的STM32F103为嵌入式微控制器，主控单元采用一主二从微处理器，分别为主EMCU和从EMCU1和从EMCU2。
STM32F103多达9个通信接口，包括：2个I2C接口、3个USART接口、2个SPI接口、1个CAN2.0B接口、1个USB2.0全速接口。
第一层和第二层通信模块分别用E18-MS1PA2-IPX型Zigbee通信模块、E19-433M20SC型LoRa通信模块、CC1310-TC-005型433M无线模块、ESP8266型WIFI无线模块、E840-TTL-NB03型NB-IoT通信模块、E840-TTL-GPRS03型GPRS通信模块、E840-TTL-4G04型4G通信模块、E810-TTL-ETH02型以太网模块、PL-701电力载波模块，具体的通信模块及其接口方式如表1所示。
表1：通信模块及其接口方式。
| 通信模块 | 选用型号 | 接口方式 |
| Zigbee通信模块 | E18-MS1PA2-IPX | UART |
| LoRa通信模块 | E19-433M20SC | SPI |
| 433M无线模块 | CC1310-TC-005 | TTL接口 |
| WIFI无线模块 | ESP8266 | I<sup>2</sup>C |
| NB-IoT通信模块 | E840-TTL-NB03 | TTL接口 |
| GPRS通信模块 | E840-TTL-GPRS03 | UART |
| 4G通信模块 | E840-TTL-4G04 | UART |
| 以太网模块 | E810-TTL-ETH02 | UART |
| 电力载波模块 | PL-701 | UART |
| RS485 | RS485 | |
| IO传输 | GPIO |
采用一主二从微处理器，主EMCU内设置Linux操作***，通过蓝牙或WIFI无线方式与手机APP之间交换信息，主EMCU与蓝牙模块之间接口方式为异步串口UART，与WIFI模块之间接口方式为I2C，主EMCU引出USB接口，用于网关数据的导入和导出。
主EMCU与从EMCU通过SPI交换数据。从EMCU1扩展有Zigbee通信模块、电力载波模块、433M无线模块、RS485和IO传输模块。从EMCU2扩展有LoRa通信模块、以太网模块、NB-IoT通信模块、GPRS通信模块和4G通信模块。
实施例2：
本实用新型实施例1提供了一种用于智慧路灯***的通信网关，网关硬件包括主控单元、第一层通信单元、第二层通信单元和电源管理单元，详细结构设置与实施例1的相同，这里不再赘述。
其中，在实施例1所述的网关上设置网关软件，如图3所示，本实施例所述的网关软件提供可编程性。网关硬件设备之上为硬件驱动层，主要包括MPU初始化、串口通信初始化、定时器初始化、中断响应初始化几个部分，用于实现无线网络通信、串口通信的驱动。硬件驱动层首先要对串口相关的配置结构进行定义，使能串口和GPIO口。串口设置包括波特率、帧结构和校验方式。硬件驱动层之上为通信协议转换和数据传输管理。
具体的网关软件采用现有的方式，本领域可根据现有的方法或者算法实现网关软件设计以实现硬件驱动，这里不再赘述。
实施例3：
本实用新型实施例3提供了一种智慧路灯***，包括本实用新型实施例1或实施例2所述的用于智慧路灯***的通信网关、至少一个移动设备和至少一个控制终端；
所述主处理器与移动设备通信连接，所述从EMCU1和/或第二从EMCU2与控制终端通信连接，具体的可以采用手机终端里面搭载的特定APP来实现远程控制和数据接收。
所述从EMCU1和/或第二从EMCU2与多个智慧路灯终端设备通信连接。
具体的，如图4所示，智慧路灯***包括“终端层、网络层、应用层”三层技术结构和“两层通信体系”。
第一层通信向下由路灯、传感器等终端设备组成，其中传感器可以是环境传感器进行环境参数采集，可以是视频车检器、客流统计摄像机分别检测车流量、人流量，也可以是摄像机，记录路灯终端采集的图像信息；
第二层通信向上的主站控制中心可以是PC机或者手机APP应用服务器，在应用服务器端对上传的数据进行分析并根据实际应用需求下发控制指令；
第一层通信与第二层通信之间使用具有通信协议转换功能和数据转发功能的网关设备进行连接，根据路灯实际应用需求，网关设备可以安装在箱变处，也可以部署在车流、人流较多的重要路段或路口。
利用实施例1所述的网关，承担路灯终端设备与应用服务平台之间通信数据信息的解析和转发任务，在第一层(本地)通信网络以及第二层(远程)通信网络，将路灯终端设备采集的数据或者服务平台反馈的信息上传、下发时，能够对接收到的数据信息进行解析处理和转发。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于智慧路灯***的通信网关，其特征在于，包括主处理器以及与主处理器通信连接的从处理器；
所述从处理器至少包括第一从处理器和第二从处理器，所述第一从处理器和第二从处理器均连接有多个通信模块。
2.如权利要求1所述的用于智慧路灯***的通信网关，其特征在于，所述主处理器通过SPI总线与从处理器通信连接。
3.如权利要求1所述的用于智慧路灯***的通信网关，其特征在于，所述第一从处理器分别通过通信接口与Zigbee通信模块、电力载波模块、433M无线模块、RS485接口模块和IO传输模块连接。
4.如权利要求3所述的用于智慧路灯***的通信网关，其特征在于，所述第一从处理器通过UART接口与Zigbee通信模块、电力载波模块和RS485模块连接；
或者，
所述第一从处理器通过TTL接口与433M无线模块连接；
或者，
所述第一从处理器通过GPIO接口与IO传输模块连接。
5.如权利要求1所述的用于智慧路灯***的通信网关，其特征在于，所述第二从处理器分别通过通信接口与NB-IoT通信模块、GPRS通信模块、4G通信模块、以太网通信模块和LoRa模块连接。
6.如权利要求5所述的用于智慧路灯***的通信网关，其特征在于，所述第二从处理器通过UART接口与4G通信模块、GPRS通信模块和以太网通信模块连接；
或者，
所述第二从处理器通过TTL接口与NB-IoT通信模块连接；
或者，
所述第二从处理器通过SPI接口与LoRa模块连接。
7.如权利要求1所述的用于智慧路灯***的通信网关，其特征在于，所述主处理器分别与蓝牙模块和WIFI模块连接。
8.如权利要求7所述的用于智慧路灯***的通信网关，其特征在于，所述主处理器通过I2C总线与WIFI模块连接，所述主处理器通过UART接口与蓝牙模块连接；
或者，
所述主处理器与USB接口模块连接。
9.一种智慧路灯***，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的用于智慧路灯***的通信网关、至少一个移动设备和至少一个控制终端；
所述主处理器与移动设备通信连接，所述第一从处理器和/或第二从处理器与控制终端通信连接。
10.如权利要求9所述的智慧路灯***，其特征在于，所述第一从处理器和/或第二从处理器与多个智慧路灯终端设备通信连接。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113365401A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-09-07 | 江苏集萃深度感知技术研究所有限公司 | 基于多频段的路灯照明通讯*** |
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2020
- 2020-09-09 CN CN202021960845.2U patent/CN212660356U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN113365401A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-09-07 | 江苏集萃深度感知技术研究所有限公司 | 基于多频段的路灯照明通讯*** |
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