CN217010889U - 一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备,包括核心板和接口驱动板,核心板包括ARM处理器、SDRAM存贮电路和Nand Flash存贮模块;核心板与接口驱动板连接。其优点在于:在一个数据采集网关设备中实现了不同现场总线的通讯接入管理,大大降低了现场设备集成的难度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备。
背景技术
边缘计算网关通过数据采集、分析、处理,快速高效地实现物与物之间传感、交互和控制,它是物联网落地的根本,承担着有效降低网络传输负担、实时生成优化决策等重要功能。边缘计算网关提供敏捷地连接,对部分数据快速高效的分析和处理,提高了数据的安全性能,减轻云端的负荷,为用户提供更快的响应,将需求在边缘端解决。
随着工业互联网化、物联网化的不断发展,工业传统的通讯网关已经不能满足现场低时延、多连接、高可靠性的需求。
1、工业现场设备通讯标准化问题,不同组织、行业和企业根据应用需求提出大量的接口与协议,需要采用大量的网关设备进行协议适配转换,数据采集交互同时普遍存在着多故障、***低可靠性等问题。
2、随着工业物联网化断发展,底层设备通讯联链接数量将呈指数型增加,未来工业现场边缘计算设备的高质量、安全的数据通讯成为必然趋势。
3、工业现场对时延性、稳定性、安全性的要求越来越高,而通过逻辑运算边缘化来实现边缘计算下沉易成为必然要求。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备。
为了实现上述目的,本实用新型采用了如下技术方案:一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备,包括核心板和接口驱动板,核心板包括ARM处理器、SDRAM存贮电路和Nand Flash存贮模块;
ARM处理器的SDRAM总线接口与SDRAM存贮电路总线接口连接,Nand Flash存贮模块的通过Nand Flash接口连接ARM处理器构成核心板;
接口驱动板包括Power电源模块、USB接口及驱动电路模块、LED指示灯电路、RTC时钟电路模块、安全加密驱动芯片模块、报警蜂鸣器驱动电路模块、Debug Uart调试接口电路模块、M-BUS总线接口及驱动电路模块、以太网接口及驱动电路模块、RS485接口及驱动电路模块、CAN接口及驱动电路模块;
ARM处理器上设有若干接口分别与Power电源模块、USB接口及驱动电路模块、LED指示灯电路、RTC时钟电路模块、安全加密驱动芯片模块、报警蜂鸣器驱动电路模块、DebugUart调试接口电路模块、M-BUS总线接口及驱动电路模块、以太网接口及驱动电路模块、RS485接口及驱动电路模块、CAN接口及驱动电路模块连接。
进一步的,ARM处理器采用Cortex-A9 4核S5P4418芯片,主频可达1.4GHz。
进一步的,SDRAM存贮电路包含2片512M DDR3内存构成1G的内存存贮空间。
进一步的,RS485接口及驱动电路模块包括4个完全独立电气隔离RS485接口,采用三级防雷防静电设计。
进一步的,RS485接口及驱动电路模块通过SN65HVD30DR驱动芯片同ARM处理器进行串口通讯。
进一步的,LED指示灯电路包含一路红色电源指示灯、一路三色通讯指示灯,一路故障指示灯。
进一步的,M-BUS总线接口及驱动电路模块采用TSS721A通过UART接口同ARM处理器的进行通讯交互。
进一步的,安全加密驱动芯片模块是指加密芯片。
本实用新型的有益效果是:在一个数据采集网关设备中实现了不同现场总线的通讯接入管理,大大降低了现场设备集成的难度;在通过统一的MQTT实现同平台统一接口降低了平台数据接入的复杂程度,不需要考虑现场复杂的总线接口和通讯协议;采用嵌入式智能边缘网关采用低功耗ARM设计,***性能稳定可靠,节能环保。采用Linux***使得应用编程简单便捷;配置化管理设计实现云边端通讯的一体化应用。接口丰富,内置楼宇现场大部分通讯协议,通过配置即可实现数据的采样交互,大大降低了应用难度。
附图说明
图1是功能模块图。
图2是核心板接口示意图。
图3是多协议数据通讯模块的功能框图。
图4是应用配置管理模块功能框图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图1-4,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,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。
实施例1参照图1-4,一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备,包括核心板和接口驱动板,核心板包括ARM处理器、SDRAM存贮电路和Nand Flash存贮模块;
ARM处理器的SDRAM总线接口与SDRAM存贮电路总线接口连接,Nand Flash存贮模块的通过Nand Flash接口连接ARM处理器构成核心板;
接口驱动板包括Power电源模块、USB接口及驱动电路模块、LED指示灯电路、RTC时钟电路模块、安全加密驱动芯片模块、报警蜂鸣器驱动电路模块、Debug Uart调试接口电路模块、M-BUS总线接口及驱动电路模块、以太网接口及驱动电路模块、RS485接口及驱动电路模块、CAN接口及驱动电路模块;
ARM处理器上设有若干接口分别与Power电源模块、USB接口及驱动电路模块、LED指示灯电路、RTC时钟电路模块、安全加密驱动芯片模块、报警蜂鸣器驱动电路模块、DebugUart调试接口电路模块、M-BUS总线接口及驱动电路模块、以太网接口及驱动电路模块、RS485接口及驱动电路模块、CAN接口及驱动电路模块连接。
一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备,主要包括核心板S01和接口驱动板S10组成,核心板S01主要功能是主运算处理单元及存贮单元构成。接口驱动板S10按照楼宇现场的需求设计的相应的接口驱动电路,接口驱动板主要功能实现同楼宇现场外部设备、***的数据交互,满足工业抗干扰性设计要求。
如图2所示,核心板S01主要包括ARM处理器S02、SDRAM存贮电路S03-S04、NandFlash存贮模块S05组成。
ARM处理器S02采用Cortex-A9 4核S5P4418芯片,主频可达1.4GHz。
SDRAM存贮电路包含2片512M DDR3内存构成1G的内存存贮空间。
Nand Flash存贮模块采用1片4G eMMC Flash芯片,主要用于智能边缘节点的数据存贮。该容量设计基本满足楼宇现场中大规模数据容量的边缘存储需求。
如图3所示,接口驱动板S10包括Power电源模块S30、USB接口及驱动电路模块S11、LED指示灯电路S13、RTC时钟电路模块S14、安全加密驱动芯片模块S15、报警蜂鸣器驱动电路模块S16、Debug Uart调试接口电路模块S18、M-BUS总线接口及驱动电路模块S17、以太网接口及驱动电路模块S19-S20、RS485接口及驱动电路模块S21-S22-S23-S24、CAN接口及驱动电路模块S25。
Power电源模块采用交流AC9~24V电源为整流变压和为整个网关不通单元提供电源支撑。电源设计上支持反接、抗脉冲群、抗静电等保护,电源能抵御GB/T 17626.5-2008标准4级(4KV)8/20uS雷击测试。
RTC时钟电路模块在板载3V RTC时钟芯片RS8025,设计了掉电电池,当RTC备份电池断电后可以运行3年以上。
安全加密驱动芯片模块是指在硬件底板上集成了加密芯片,为应用程序提供专业的加密防护,可以有效防止用户的应用程序被盗。本控制网关内部应用程序通过该加密芯片实现防盗功能。
如图3所示,一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备,设计了4路RS485接口及驱动电路模块采用完全独立电气隔离RS485接口,采用三级防雷防静电设计,支持4KV雷击防护。通过SN65HVD30DR驱动芯片同核心板的UART进行串口通讯。通过RS485接口同楼宇现场的对应总线设备对接,进行数据交互。楼宇嵌入式智能边缘网关设备应用软件上构建了协议池,对Modbus Rtu ,Bacnet RTSP,DLT645等通讯协议用户可以动态通过配置获取现场设备数据。每路RS485接口可实现64个从设备的通讯,最远距离可达1000米,内部设计了120Ω阻抗电阻。
一种楼宇嵌入式智能边缘网关设备,考虑到楼宇现场不同内外网网络完全性问题,设计了2个以太网接口及驱动电路模块,以太网接口及驱动电路模块采用高性能100M/10M自适应工业网卡,支持AUTO MDI/MDIX。内部集成了MQTT服务应用,可以实现同云端MQTTServer的连接及数据通讯;实现楼宇云边端的通讯。可以实现云端MQTT Server的参数配置管理,可以配置交互通讯还是数据上报模式。
M-BUS总线接口及驱动电路模块主要用于楼宇内部水表的通讯,M-BUS总线接口及驱动电路模块采用TSS721A驱动芯片通过UART接口同核心板进行通讯交互。
LED指示灯电路主要为用户提供现场调试警示。包含一路红色电源指示灯、一路三色通讯指示灯,一路故障指示灯。当电源上电电源指示灯常亮,三色通讯指示灯指RS485/CAN/M-BUS接口通讯指示灯,当正常通讯的时候闪亮指示;一路故障指示灯永远跟云端MQTTServer连接出现故障的或异常掉线的时候的故障指示,采用黄色指示灯。
报警蜂鸣器驱动电路模块用于现场紧急警报或者提示发声,用户通过PWM驱动实现进行不同的警示报警。在程序内部对一些采样数据通过配置界面可以驱动蜂鸣器报警。
一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备,核心板和接口驱动板集成在一个外壳内,外壳背面设有横向的凹槽,凹槽的上下侧壁上设有限位凸起。可对应的卡合限位在建筑物的轨道上,并通过轨道移动,凹槽的上下侧壁还设有***上下侧壁的自动复位的卡合凸起,轨道上设有对应卡合凸起的内凹。
以上,仅为本实用新型较佳的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备,包括核心板和接口驱动板,其特征在于:核心板包括ARM处理器、SDRAM存贮电路和Nand Flash存贮模块;
ARM处理器的SDRAM总线接口与SDRAM存贮电路总线接口连接,Nand Flash存贮模块的通过Nand Flash接口连接ARM处理器构成核心板;
接口驱动板包括Power电源模块、USB接口及驱动电路模块、LED指示灯电路、RTC时钟电路模块、安全加密驱动芯片模块、报警蜂鸣器驱动电路模块、Debug Uart调试接口电路模块、M-BUS总线接口及驱动电路模块、以太网接口及驱动电路模块、RS485接口及驱动电路模块、CAN接口及驱动电路模块;
ARM处理器上设有若干接口分别与Power电源模块、USB接口及驱动电路模块、LED指示灯电路、RTC时钟电路模块、安全加密驱动芯片模块、报警蜂鸣器驱动电路模块、Debug Uart调试接口电路模块、M-BUS总线接口及驱动电路模块、以太网接口及驱动电路模块、RS485接口及驱动电路模块、CAN接口及驱动电路模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备,其特征在于:ARM处理器采用Cortex-A9 4核S5P4418芯片,主频可达1.4GHz。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备,其特征在于:SDRAM存贮电路包含2片512M DDR3内存构成1G的内存存贮空间。
4.根据权利要求1所述的一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备,其特征在于:RS485接口及驱动电路模块包括4个完全独立电气隔离RS485接口,采用三级防雷防静电设计。
5.根据权利要求1所述的一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备,其特征在于:RS485接口及驱动电路模块通过SN65HVD30DR驱动芯片同ARM处理器进行串口通讯。
6.根据权利要求1所述的一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备,其特征在于:LED指示灯电路包含一路红色电源指示灯、一路三色通讯指示灯,一路故障指示灯。
7.根据权利要求1所述的一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备,其特征在于:M-BUS总线接口及驱动电路模块采用TSS721A通过UART接口同ARM处理器的进行通讯交互。
8.根据权利要求1所述的一种嵌入式楼宇智能边缘网关设备,其特征在于:安全加密驱动芯片模块是指加密芯片。
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