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一种 物联网网关及物联网系统

阅读：773发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种物联网网关及物联网系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供一种物联网网关及物联网系统，包括MCU、现场总线接口控制单元、串口控制单元、Ethercat接口控制单元、隔离单元、LoRa接口控制单元和电源单元，MCU与现场总线接口控制单元、串口控制单元、Ethercat接口控制单元、隔离单元和电源单元电连接，隔离单元与LoRa接口控制单元电连接。本网关与PLC主站和其它的现场总线从站之间通过两个现场总线接口用通讯线缆直接连接；对于一些信号实时性要求比较高、距离比较短布线方便的从站之间通过Ethercat接口用通讯线缆直接连接；对于一些信号实时性要求不是很高、距离比较远布线不方便的从站之间通过无线接口连接，减少了布线；本网关通过无线或有线的方式来实现通讯，简化了主站与从站之间布线的难度，便于排查通讯故障。，下面是一种物联网网关及物联网系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种物联网网关，其特征在于：包括MCU、现场总线接口控制单元、串口控制单元、Ethercat接口控制单元、隔离单元、LoRa接口控制单元和电源单元，所述MCU分别与现场总线接口控制单元、串口控制单元、Ethercat接口控制单元、隔离单元和电源单元电连接，所述隔离单元与LoRa接口控制单元电连接。
2.根据权利要求1所述的物联网网关，其特征在于：所述MCU还与Ethercat通讯状态指示灯、以太网通讯状态指示灯、电源指示灯电连接。
3.根据权利要求1或2所述的物联网网关，其特征在于：所述现场总线接口控制单元与两个总线接口电连接，所述串口控制单元采用一个USB转串口芯片，所述Ethercat接口控制单元与Ethercat接口电连接，所述LoRa接口控制单元与LoRa接口电连接。
4.根据权利要求3所述的物联网网关，其特征在于：所述Ethercat接口控制单元包括一主控芯片和两个Ethercat专用PHY芯片，所述主控芯片与两个Ethercat专用PHY芯片电连接，所述Ethercat专用PHY芯片与Ethercat接口电连接，Ethercat接口通过网线与Ethercat接口从站进行数据传输；所述现场总线接口控制单元包括一主控芯片和两个以太网专用PHY芯片，所述主控芯片与两个以太网专用PHY芯片电连接，所述以太网专用PHY芯片与总线接口电连接，总线接口通过线缆与PLC主站和现场总线从站进行数据传输，LoRa接口通过天线与外部LoRa从站进行数据传输。
5.根据权利要求1或2所述的物联网网关，其特征在于：所述电源单元包括24V转5V单元、5V转3.3V单元和5V转ISO3.3V单元，所述24V转5V单元分别与5V转3.3V单元和5V转ISO3.3V单元电连接，5V转3.3V单元为MCU供电，5V转ISO3.3V单元为LoRa接口控制单元供电。
6.根据权利要求5所述的物联网网关，其特征在于：24V转5V单元的输入电压为18V-
30V，一般工作电压为24V。
7.根据权利要求1所述的物联网网关，其特征在于：所述MCU通过串口与Ethercat接口控制单元、隔离单元和串口控制单元电连接，所述MCU通过SPI接口与现场总线接口控制单元电连接。
8.根据权利要求3所述的物联网网关，其特征在于：本物联网网关的防护等级为IP20。
9.根据权利要求5所述的物联网网关，其特征在于：所述24V转5V单元芯片为LM2596，所述5V转3.3V单元芯片为LT8609，所述5V转ISO3.3V单元芯片为ADUM5000，所述隔离单元芯片为ADUM5401数字隔离器，所述LoRa接口控制单元采用Semtech公司的SX1272芯片。
10.一种采用权利要求1所述的物联网网关的物联网系统，其特征在于：包括物联网网关，所述物联网网关通过串口与PC机进行数据传输，所述物联网网关通过两个总线接口用的网线与PLC主站以及现场总线从站进行数据传输，所述物联网网关通过Ethercat网线与Ethercat从站进行数据传输，所述物联网网关通过天线与无线从站模块进行数据传输。

说明书全文

一种物联网网关及物联网系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及现场总线模块领域，尤其涉及一种物联网网关及物联网系统。

背景技术

[0002] 目前现场总线模块大量应用在了工业现场中，模块主站与从站之间需要连接较多的通讯线缆，但是在一些工业现场由于设备之间离得比较远、设备之间存在有过多的障碍物从而加大了现场总线从站设备与主站设备之间的布线难度。并且当线路中间的某一个从站出现问题时会导致这个线路中的该故障模块后面的一些从站出现通讯故障。随着物联网技术的逐渐成熟和发展，物联网技术也逐渐应用到了一些工业现场。因此，研发一种物联网网关及物联网系统是个亟待解决的问题。发明内容

[0003] 本实用新型要解决以上技术问题，提供一种物联网网关及物联网系统，网关与设备之间通过无线或有线的方式来实现通讯。

[0004] 为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

[0005] 一种物联网网关，包括MCU、现场总线接口控制单元、串口控制单元、Ethercat接口控制单元、隔离单元、LoRa接口控制单元和电源单元，所述MCU分别与现场总线接口控制单元、串口控制单元、Ethercat接口控制单元、隔离单元和电源单元电连接，所述隔离单元与LoRa接口控制单元电连接。

[0006] 进一步的，所述MCU还与Ethercat通讯状态指示灯、以太网通讯状态指示灯、电源指示灯电连接。

[0007] 进一步的，所述现场总线接口控制单元与两个总线接口电连接，所述串口控制单元采用一个USB转串口芯片CH340B，使得网关可以和PC机直接通过USB进行连接，所述Ethercat接口控制单元与Ethercat接口电连接，所述LoRa接口控制单元与LoRa接口电连接。

[0008] 进一步的，所述Ethercat接口控制单元包括一主控芯片(采用的是一TI的AM437X系列的一颗MPU)和两个Ethercat专用PHY芯片(KSZ8081)，AM437X与MCU之间通过并口直接连接，AM437X与两个Ethercat专用PHY芯片(KSZ8081)电连接，Ethercat专用PHY芯片与Ethercat接口电连接，Ethercat接口通过网线与Ethercat接口从站进行连接通讯。现场总线接口控制单元包括一主控芯片(采用的是ST的STM32F4系列的一颗处理器)和两个以太网专用PHY芯片(BCM5241)，STM32F4与这两个以太网专用PHY芯片电连接，这两个以太网专用PHY芯片与总线接口电连接，总线接口通过线缆与PLC主站以及其它的现场总线从站进行连接通讯，LoRa接口通过天线与外部LoRa从站进行通讯。

[0009] 进一步的，所述电源单元包括24V转5V单元、5V转3.3V单元和5V转ISO3.3V单元，所述24V转5V单元分别与5V转3.3V单元和5V转ISO3.3V单元电连接，5V转3.3V单元为MCU供电，5V转ISO3.3V单元为LoRa接口控制单元供电。

[0010] 进一步的，24V转5V单元的输入电压为18V-30V，一般工作电压为24V。

[0011] 进一步的，所述MCU通过串口与Ethercat接口控制单元、隔离单元和串口控制单元电连接，所述MCU通过SPI接口与现场总线接口控制单元电连接。

[0012] 进一步的，本物联网网关的防护等级为IP20。

[0013] 进一步的，所述MCU可以选用芯片为ST的STM32F4系列的一颗处理器。所述24V转5V单元芯片为LM2596，所述5V转3.3V单元芯片为LT8609，所述5V转ISO3.3V单元芯片为ADUM5000。所述隔离单元芯片为ADUM5401数字隔离器。所述LoRa接口控制单元采用Semtech公司的SX1272芯片。

[0014] 一种采用上述物联网网关的物联网系统，包括物联网网关，所述物联网网关通过串口与PC机进行数据传输，所述物联网网关通过两个总线接口用的网线与PLC主站以及现场总线从站进行数据传输，所述物联网网关通过Ethercat网线与Ethercat从站进行数据传输，所述物联网网关通过天线与无线从站模块进行数据传输。

[0015] 本实用新型具有的优点和积极效果是：本网关与PLC主站和其它的现场总线从站之间通过两个现场总线接口用通讯线缆直接连接；对于一些信号实时性要求比较高、距离比较短布线方便的从站之间通过Ethercat接口用通讯线缆直接连接；对于一些信号实时性要求不是很高、距离比较远布线不方便的从站之间通过无线(LoRa)接口连接，减少了布线；通过一路串口与PC机连接可以获得一些数据参数或者对网关进行一些参数配置；网关负责将Ethercat接口和LoRa无线接口接收到的数据转换后通过以太网接口和PLC进行数据的交互；本网关通过无线或有线的方式来实现通讯，简化了主站与从站之间布线的难度，便于排查通讯故障。
附图说明

[0016] 图1是本实用新型物联网网关的原理框图；

[0017] 图2是本实用新型物联网系统的原理框图；

[0018] 图3是本实用新型实物的三视图(3-a是主视图，3-b是侧视图，3-c是前视图)。

[0019] 图中：1、总线接口；2、Ethercat接口；3、LoRa接口；4、串行接口；5、Ethercat通讯状态指示灯；6、以太网地址设定拨码开关；7、以太网通讯状态指示灯；8、电源指示灯；9、外部供电端子。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。

[0021] 如图1所示，一种物联网网关，包括MCU、现场总线接口控制单元、串口控制单元、Ethercat接口控制单元、隔离单元、LoRa接口控制单元和电源单元，所述MCU分别与现场总线接口控制单元、串口控制单元、Ethercat接口控制单元、隔离单元和电源单元电连接，所述隔离单元与LoRa接口控制单元电连接。所述MCU还与Ethercat通讯状态指示灯、以太网通讯状态指示灯、电源指示灯电连接。所述MCU通过串口与Ethercat接口控制单元、隔离单元和串口控制单元电连接，所述MCU通过SPI接口与现场总线接口控制单元电连接。所述现场总线接口控制单元与两个总线接口电连接，所述串口控制单元采用一个USB转串口芯片CH340B，使得网关可以和PC机直接通过USB进行连接，所述Ethercat接口控制单元与Ethercat接口电连接，所述LoRa接口控制单元与LoRa接口电连接，LoRa接口通过天线与外部LoRa从站进行通讯。本物联网网关的防护等级为IP20。

[0022] 所述电源单元包括24V转5V单元、5V转3.3V单元和5V转ISO3.3V单元，所述24V转5V单元分别与5V转3.3V单元和5V转ISO3.3V单元电连接，5V转3.3V单元为MCU供电，5V转ISO3.3V单元为LoRa接口控制单元供电。24V转5V单元的输入电压为18V-30V，一般工作电压为24V。

[0023] 所述MCU可以选用芯片为ST的STM32F4系列的一颗处理器。所述24V转5V单元芯片为LM2596，所述5V转3.3V单元芯片为LT8609，所述5V转ISO3.3V单元芯片为ADUM5000。所述隔离单元芯片为ADUM5401数字隔离器。所述LoRa接口控制单元采用Semtech公司的SX1272芯片。所述Ethercat接口控制单元采用的是一TI的AM437X系列的一颗MPU和两颗Ethercat专用PHY芯片(KSZ8081)。AM437X与MCU之间通过并口直接连接，AM437X与两颗Ethercat专用PHY芯片(KSZ8081)电连接，Ethercat专用PHY芯片与Ethercat接口电连接，Ethercat接口通过网线与Ethercat接口从站进行连接通讯。现场总线接口控制单元采用的是ST的STM32F4系列的一颗处理器和两颗以太网专用PHY芯片(BCM5241)，STM32F4与两颗以太网专用PHY芯片(BCM5241)电连接，这两个以太网专用PHY芯片与总线接口电连接，总线接口通过线缆与PLC主站以及其它的现场总线从站进行连接通讯。

[0024] 如图2所示，一种采用上述物联网网关的物联网系统，包括物联网网关，所述物联网网关通过串口与PC机进行数据传输，所述物联网网关通过两个总线接口用的专用网线与PLC主站以及其它的现场总线从站进行连接通讯，所述物联网网关通过Ethercat专用网线与Ethercat从站连接进行通讯，所述物联网网关通过天线与无线从站模块进行通讯。Ethercat主站接口支持的从站模块有倍福的EP1XXX、EP2XXX、EP23XX、EP3XXX、EP4XXX等倍福的常用Ethercat从站模块。LoRa主站接口支持的LoRa从站模块有GXWL-AI1AO1-0091、GXWL20-DIO8AI4R等。

[0025] 本物联网网关是一个系列的产品，支持的总线类型有PROFINET，EtherNET/IP，MODBUS-TCP，PROFIBUS。

[0026] 当选用PROFINET总线协议时：可连接的PLC主机有S7-1500、S7-300等市面上所有的带PROFINET接口的PLC主站；可以和市场上所以的PROFINET从站进行连接。

[0027] 当选用PROFIBUS总线协议时：可连接的PLC主机有S7-1500、S7-300等市面上几乎所有的带PROFIBUS接口的PLC主站；可以和市场上所以的PROFIBUS从站进行连接。

[0028] 当选用EtherNET/IP总线协议时：可连接的PLC主机有AB、欧姆龙等厂商的市面上几乎所有的带EtherNET/IP接口的PLC主站；可以和市场上所以的EtherNET/IP从站进行连接。

[0029] 本产品带有两路现场总线接口(可选配为PROFIBUS，PROFINET，MODBUS-TCP和EtherNET/IP)、一路无线LoRa接口、一路Ethercat主站接口和一路串口，防护等级IP20。本产品的工作过程为：首先模块上电工作后会先通过LoRa接口和Ethercat接口扫描接口下面包含的从站并完成组网操作，组网完成后MCU会将LoRa接口和Ethercat接口采集的信息转换到以太网协议中通过以太网现场总线接口上传给PLC。同时也可以通过串口来配置这些接口所带的从站或者获得这些接口所连接从站的信息。

[0030] 以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

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