一種基於gsm技術的環境監測物聯網網關的製作方法
2023-07-21 02:38:31 1
專利名稱：一種基於gsm技術的環境監測物聯網網關的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種網關，具體涉及一種基於GSM技術的環境監測物聯網網關。
背景技術：
隨著世界工業化的不斷發展，環境問題越來越受到人們的關注。如石油洩漏、太湖藍藻等許多人為的環境汙染事件時有發生，因此急需一套環境監測物聯網系統來取代現有的環境監測系統。現有的環境監測系統大多採用環境監測站對一個區域的環境進行監測，每個環境監測站設有若干個獨立的監測節點，每個節點直接向網關發送監測的數據。該種以點代面的監測手段，對於不同的地區和多變的環境狀況，不能夠很準確地反映所監測環境的實際情況和發展趨勢。新型的環境監測物聯網系統利用節點無線自組網技術，將所需要的環境信息採集起來，並與網際網路技術相結合，使得採集到的數據被存儲、篩選、分析，最終能夠得到精確的區域環境參數，為環境保護和環境治理提供科學的依據。網關模塊作為環境監測物聯網的一個關鍵組成部分，是所有監測節點數據傳輸的目的地，其將數據收集起來定時發送到計算機。計算機再通過網際網路將數據上傳到伺服器，以供專家系統使用。大部分網關，均採用串口、USB等有線接口與伺服器進行數據交互，這樣一來限制了網關的安裝位置，並且限定了網關的附近必須安裝PC，這樣大大增加了實施成本。如圖1所示，目前大多數的物聯網網關，採用了串口、485、USB等有線接口與PC連接，這樣的方案導致了在物聯網的實施現場必須安裝一臺PC，如果現場的PC還不是伺服器，那麼將會大大提高現場安裝的成本和增加物聯網施工的空間。不僅如此，大量的數據線和電源線還可能降低物聯網本身方便安裝，施工靈活的特性。GSM 是 Global System For Mobile Communications 的縮寫。由歐洲電信標準組織ETSI制訂的一個數字移動通信標準。它的空中接口採用時分多址技術。自90年代中期投入商用以來，被全球超過100個國家採用，不受計算機PC的束縛。
實用新型內容本實用新型提供了一種基於GSM技術的環境監測物聯網網關，能夠方便可靠地與遠端伺服器連接，長期穩定地向伺服器發送由環境監測物聯網的節點上匯總的數據。為實現上述目的，本實用新型提供了一種基於GSM技術的環境監測物聯網網關，其特點是，該網關包含處理單元，以及分別通過接口與該處理單元電路連接的GSM模塊、GPS定位模塊、射頻模塊和圖像採集模塊；上述的射頻模塊與外接的物聯網無線連接。該網關還包含模塊化電源單元，其分別與上述的處理單元、GSM模塊、GPS定位模塊和圖像採集模塊電路連接，並分別向處理單元、GSM模塊GPS定位模塊和圖像採集模塊提供電壓大小不同的電源。上述的GSM模塊通過GSM網絡無線連接外接的網際網路，並通過網際網路網絡連接外接的遠端伺服器。上述的處理單元採用ARM處理器。上述的射頻模塊包含與處理單元電路連接的射頻晶片，與該射頻晶片電路連接的射頻功率放大器，以及與該射頻功率放大器電路連接的天線。上述的射頻模塊的通訊頻率為2. 4GHz。該網關還包含存儲模塊，其與圖像採集模塊電路連接。上述的處理單元、GSM模塊、GPS定位模塊、射頻模塊、圖像採集模塊和模塊化電源單元集成在一個電路板上，進行板級集成。射頻模塊與物聯網連接，接收物聯網數據發送至處理單元，處理單元對數據進行壓縮和加密後傳輸至GSM模塊，GSM模塊通過GSM網絡傳輸入網際網路，並通過網際網路傳輸至遠端伺服器，用戶在遠端伺服器實時查看本網關監測的物聯網信息。圖像採集模塊實時監測網關安裝處的情況，並傳輸至處理單元，處理單元通過GSM模塊通過GSM網絡傳輸入網際網路，並通過網際網路傳輸至遠端伺服器，用戶在遠端伺服器實時查看本網關安裝處的情況。GPS定位模塊定位網關的地理位置和時間，傳輸至處理單元，處理單元通過GSM模塊通過GSM網絡傳輸入網際網路，並通過網際網路傳輸至遠端伺服器，用戶在遠端伺服器監控本網關的地理位置。本實用新型一種基於GSM技術的環境監測物聯網網關和現有技術相比，其優點在於，本實用新型採用了 GSM模塊通過GPRS、MMS/SMS多種通道進行數據上傳至遠端伺服器，解決了項目實施中的布線難題，並且使得傳統的依附於PC而存在的網關擺脫了 PC的束縛，能夠單獨成為一個數據設備，從而使物聯網的子網結構更加精簡和靈活；本實用新型設有GPS模塊，可以實時報告自身的地理位置，使得網關地理位置的獲得更加的客觀、準確，減少了布置和移動網關時，需要花大力測算位置而帶來的成本，使得整個系統更加智能化；本實用新型內部集成了圖像採集單元，可以在一定範圍內監測網絡空間環境的情況，上傳其監測周圍環境的圖像信息，豐富了網絡的監測內容；本實用新型採用了模塊化電源單元，對網關中各個模塊進行模塊化電源管理，大大增加了系統低功耗控制的靈活性，為系統提供了多樣化的運行功耗類型，以此把網關運行時的平均功耗降到最低；本實用新型的各個電路模塊集成在一塊電路板上，進行板級集成，減少了現有技術中實現整體功能所需要的空間；減少了功能模塊間的接線和接頭，增加了系統的穩定性和抗幹擾能力；便於系統進行模塊化電源管理，從而實現低功耗控制；本實用新型各模塊通過接口連接，不需要大量布線，或者使用額外的無線接入設備，提供了施工效率，又降低了方案成本。
圖1為現有技術物聯網網關的系統連接示意圖；[0029]圖2為本實用新型一種基於GSM技術的環境監測物聯網網關的結構示意圖；圖3為本實用新型一種基於GSM技術的環境監測物聯網網關的模塊化電源單元的電源供應示意圖；圖4為本實用新型一種基於GSM技術的環境監測物聯網網關在物聯網系統中的連接示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖說明本實用新型的具體實施方式
。本實用新型公開了一種基於GSM技術的環境監測物聯網網關，可以很大程度的優化整個物聯網網絡結構，壓縮了網關的物理和數據空間，使得數據的上傳通道最小化，增加了項目施工的靈活度，從而使物聯網便捷，靈活的特性得以更好的體現。如圖2所示，一種基於GSM技術的環境監測物聯網網關，該網關包含處理單元1，以及分別通過串口與處理單元1電路連接的GSM模塊2、GPS定位模塊3、射頻模塊4，以及通過並行數據接口與處理單元1電路連接的圖像採集模塊5。處理單元1運用了 ARM-cortex構架，其擁有快速嵌套中斷機制，可以實時的處理外部請求。處理單元1根據系統需要，實時的發送指令給各個模塊，即時的獲取各個模塊的數據，然後在處理單元1內部進行壓縮和加密，然後通過GSM模塊2上傳數據。GSM模塊2具有可以進行GPRS、匪S/SMS協議通訊的上行數據接口，提供了多樣化的通道，基於上述功能，網關可以根據數據上傳的需要，靈活的切換數據上傳的通道與方式。GSM模塊2接入GSM網絡，通過GSM網絡與hternet網際網路連接，並通過網際網路與外接的遠端伺服器建立通信連接，進行信息交互。GPS定位模塊3與外接的全球定位系統(GPS)連接通信，通過該GPS定位模塊3實現對本實用新型一種基於GSM技術的環境監測物聯網網關本機的地理位置和時間進行查詢，以便上層系統可以方便的進行GIS功能開發。射頻模塊4包含射頻晶片、射頻功率放大器和天線，其中射頻晶片與處理單元1電路連接，射頻功率放大器與射頻晶片電路連接，天線與射頻功率放大器電路連接。該射頻模塊4工作在2. 4GHz的通訊頻率下。射頻模塊4與外接的物聯網無線連接，通過射頻模塊4網關無線接收監測節點採集的數據。圖像採集模塊5可採用攝像頭，可以在可視範圍內，對本網關安裝位置的情況進行監控，並且通過GSM模塊2向遠端伺服器上傳圖像數據。同時，可以通過遠端伺服器對本機具有的圖像採集模塊5的參數進行實時設置，以改變其上傳數據的質量和其他光學參數，用於提供更詳細的圖像信息。本網關還包含有存儲模塊，該存儲模塊為本地的SD或microSD卡，其與圖像採集模塊5電路連接，圖像採集模塊5可以自動將採集的圖像直接存放到本地的存儲模塊內，以便進行機備份，在需要的時候回調查看。本網關還包含有硬體看門狗電路。如圖3所示，網關還包含有模塊化電源單元6，該模塊化電源單元6分別與處理單元1、GSM模塊2、GPS定位模塊3和圖像採集模塊5電路連接，並分別對處理單元1、GSM模塊2、GPS定位模塊3和圖像採集模塊5提供電壓大小不同的電源。如圖所示，模塊化電源
5單元6向GSM模塊2提供4. 6V的電源，向處理單元1、硬體看門狗電路、GPS定位模塊3和圖像採集模塊5分別提供3. 3V的電源。模塊化電源單元6採用上述對各模塊根據各模塊的需要提供不同電壓的電源，大大增加了網關系統低功耗控制的靈活性，為系統提供了多樣化的運行功耗類型，以此把網關運行時的平均功耗降到最低。本實用新型的處理單元1、GSM模塊2、GPS定位模塊3、射頻模塊4圖像採集模塊5和模塊化電源單元6集成在一個電路板上，進行板級集成。減少了現有技術中實現整體功能所需要的空間；減少了功能模塊間的接線和接頭，增加了系統的穩定性和抗幹擾能力；便於系統進行模塊化電源管理，從而實現低功耗控制。如圖4所示，本實用新型一種基於GSM技術的環境監測物聯網網關在工作中系統連接的構架，網關通過射頻模塊4與物聯網無線連接，通信監測接收物聯網節點實施區域中各節點的數據。網關的GSM模塊2接入GSM網絡，通過GSM網絡與網際網路連接，由於網際網路通過伺服器數據通道與遠端伺服器連接，網關即通過網際網路與遠端伺服器建立通信連接。與傳統的具有本地伺服器(或PC)的網絡相比，整個系統連接的構架比較精簡，不需要大量布線，也不需要使用額外的無線接入設備。本實用新型一種基於GSM技術的環境監測物聯網網關的工作流程如下射頻模塊4與物聯網連接，接收物聯網節點實施區域中各節點的數據，發送至處理單元1，處理單元1對數據進行壓縮和加密後傳輸至GSM模塊2，GSM模塊2通過GSM網絡傳輸入網際網路，並通過網際網路傳輸至遠端伺服器，用戶在遠端伺服器實時查看本網關監測的物聯網信息。圖像採集模塊5實時監測網關安裝處的情況，並傳輸至處理單元1，處理單元1通過GSM模塊2通過GSM網絡傳輸入網際網路，並通過網際網路將圖像信息傳輸至遠端伺服器，用戶在遠端伺服器實時查看本網關安裝處的圖像信息，實時監控安裝處的情況。GPS定位模塊3定位網關的地理位置和時間，傳輸至處理單元1，處理單元1通過GSM模塊2通過GSM網絡傳輸入網際網路，並通過網際網路傳輸至遠端伺服器，用戶在遠端伺服器監控本網關的地理位置。儘管本實用新型的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求1.一種基於GSM技術的環境監測物聯網網關，其特徵在於，該網關包含處理單元(1)，以及分別通過接口與所述處理單元(1)電路連接的GSM模塊(2)、GPS定位模塊(3)、射頻模塊(4)和圖像採集模塊(5);所述的射頻模塊(4)與外接的物聯網無線連接。
2.如權利要求1所述的基於GSM技術的環境監測物聯網網關，其特徵在於，該網關還包含模塊化電源單元(6)，其分別與所述的處理單元(1)、GSM模塊(2)、GPS定位模塊(3)和圖像採集模塊(5)電路連接，並分別向處理單元(1)、GSM模塊(2)、GPS定位模塊(3)和圖像採集模塊(5)提供電壓大小不同的電源。
3.如權利要求1所述的基於GSM技術的環境監測物聯網網關，其特徵在於，所述的GSM模塊(2)通過GSM網絡無線連接外接的網際網路，並通過網際網路網絡連接外接的遠端伺服器。
4.如權利要求1所述的基於GSM技術的環境監測物聯網網關，其特徵在於，所述的處理單元(1)採用ARM處理器。
5.如權利要求1所述的基於GSM技術的環境監測物聯網網關，其特徵在於，所述的射頻模塊(4)包含與所述的處理單元(1)電路連接的射頻晶片，與所述的射頻晶片電路連接的射頻功率放大器，以及與所述的射頻功率放大器電路連接的天線。
6.如權利要求1或5所述的基於GSM技術的環境監測物聯網網關，其特徵在於，所述的射頻模塊(4)的通訊頻率為2. 4GHz。
7.如權利要求1所述的基於GSM技術的環境監測物聯網網關，其特徵在於，該網關還包含存儲模塊，其與所述的圖像採集模塊(5)電路連接。
8.如權利要求2所述的基於GSM技術的環境監測物聯網網關，其特徵在於，所述的處理單元(1)、GSM模塊(2)、GPS定位模塊(3)、射頻模塊(4)、圖像採集模塊(5)和模塊化電源單元(6 )集成在一個電路板上，進行板級集成。
專利摘要本實用新型公開了一種基於GSM技術的環境監測物聯網網關，該網關包含處理單元，以及分別通過接口與該處理單元電路連接的GSM模塊、GPS定位模塊、射頻模塊和圖像採集模塊；射頻模塊與外接的物聯網無線連接。本實用新型採用了GSM模塊通過GPRS、MMS/SMS多種通道進行數據上傳至遠端伺服器，解決了項目實施中的布線難題，並且使得傳統的依附於PC而存在的網關擺脫了PC的束縛，能夠單獨成為一個數據設備，從而使物聯網的子網結構更加精簡和靈活。
文檔編號H04W88/16GK202340316SQ20112049478
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月2日 優先權日2011年12月2日
發明者周明海, 李煜華, 李英姿 申請人:上海波頓無線傳感技術有限公司