一种基于CAT1的即插即用物联网集控终端

技术领域

本发明属于物联网终端设备技术领域，具体涉及一种基于CAT1的即插即用物联网集控终端。

背景技术

物联网终端设备是物联网中连接感知层和传输网络层，实现采集数据、向网络发送数据以及就地物理设备控制的关键设备。

如果没有物联网终端设备的存在，那么传感数据将无法传送到指定位置，“物”联网将不复存在。物联网终端设备可从使用扩展性上分为单一功能终端与复合功能终端。单一功能终端一般外部接口较少，设计简单，仅满足单一应用或其部分扩展，其硬件方案不够灵活，通常不能随应用场合变化进行功能改造和扩充。

典型单一功能终端如汽车监控用图像传输服务终端、电力监测终端等。复合功能终端因考虑到行业应用的通用性，因此在设计时外部接口较多，功能复杂，能够满足多种场合应用。但该类终端开发难度大，成本高，目前市场上相关产品十分少见。

此外，随着2G、3G的退网成为必然选择，基于4G/5G的物联网技术将担当起开启万物互联的大任，CAT.1通信标准应运而生。在网络成本上，CAT.1可以无缝接入现有LTE网络当中、无需针对基站进行软硬件的升级或新建，也没有兼容的风险、网络覆盖成本很低。在芯片上，基于CAT.1芯片平台模组相比同等场景下的NB-IoT、2G模组，在速度和延时上具有较强优势。相比传统LTE Cat.4模组则拥有更高的集成度和更低的功耗，同时适配当前国内的4G网络。

2020年5月7日，工信部发布了《工业和信息化部办公厅关于深入推进移动物联网全面发展的通知》，明确提出关于建立移动物联网相关要求。要加快推动2G/3G物联网业务迁移转网，建立NB-IoT、4G(含LTE-Cat.1)和5G协同发展的移动物联网综合生态体系，引导新增物联网终端向NB-IoT和Cat.1迁移。

基于上述分析，可以得出物联网终端设备的发展趋势为：智能物联网终端设备具有物理设备就地管控功能，且终端设备接口丰富，方案灵活可扩展，兼容CAT.1通信标准，能够即插即用，应用简单。

对比文件1(公布号CN 11505997A一种智能物联网数据采集终端设备)公开了一种智能物联网数据采集终端设备，包括数据接收终端和若干局域网数据采集单元，旨在提高重要数据的传输效率。但该文件仅从通信的角度对优化了数据采集终端设备的网络结构和数据交互过程，未提及具体硬件方案与物理设备控制方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CAT1的即插即用物联网集控终端，以解决现有技术中存在的：“物联网终端设备硬件方案不够灵活，不能兼容CAT.1标准，无法实现物理设备就地管控，需要定制化设计而无法即插即用”的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于CAT1的即插即用物联网集控终端，包括中央处理模块，其中：所述中央处理模块分别与通信处理模块、数据处理模块、设备控制处理模块、保护处理模块及数据存储模块连接；所述通信处理模块由CAT.1模块、RS485通信模块以及以太网通信模块组成。

优选的，所述中央处理模块由嵌入式ARM构成。

优选的，所述通信处理模块通过集成CAT.1模块能够直接与云平台进行信息交互；所述通信处理模块通过集成RS485通信模块能够与本地服务器进行信息交互；所述通信处理模块通过集成以太网通信模块能够通过服务器同时与本地服务器及云平台进行信息交互。

优选的，所述数据处理模块由AD转换芯片、DA转换芯片、温度采集模块、模拟量采集模块及模拟量输出模块组成。

优选的，所述数据处理模块至少包含1个电压/电流输入接口，且所述电压/电流输入接口输入的电压/电流信号经模拟量采集模块后发送至AD转换芯片，并经AD转换芯片转换后通过数据总线送入中央处理模块；所述数据处理模块至少包含1个电压/电流输出接口，且所述中央处理模块将包含控制目标的数字量信息发送至DA转换芯片，并经DA转换芯片转换后经模拟量输出模块变换为电压/电流信号通过电压/电流输出接口输出；所述数据处理模块包含1个温度信号输入接口，且所述温度信号输入接口输入的电信号经温度采集模块后发送至AD转换芯片，并经AD转换芯片转换后通过数据总线送入中央处理模块。

优选的，所述设备控制处理模块由光电隔离电路、开关量采集模块以及开关量控制模块组成。

优选的，所述设备控制处理模块还包括开关量采集接口，且所述开关量采集接口经过开关量采集模块后发送至光电隔离模块，并经光电隔离模块发送至中央处理模块；所述设备控制处理模块还包括开关量输出接口，且所述中央处理模块经过光电隔离模块后发送至开关量输出模块，并经开关量输出模块发送至开关量输出接口。

优选的，所述保护处理模块为温度保护模块，且所述温度保护模块与数据处理模块连接。

优选的，所述数据存储模块由SD卡读写模块及FLASH读写模块组成。

优选的，所述基于CAT1的即插即用物联网集控终端还包括电源供电模块及晶振模块；所述电源供电模块对中央处理模块、通信处理模块、数据处理模块、设备控制处理模块、数据存储模块以及保护处理模块供电；所述晶振模块为中央处理模块、通信处理模块、数据处理模块、设备控制处理模块、数据存储模块以及保护处理模块供电提供精准的时钟RTC信号。

本发明的技术效果和优点，该基于CAT1的即插即用物联网集控终端：

1、本技术方案集成CAT.1标准通信模块，支持4G/5G通信制式，可直接与云平台进行数据交互；

2、本技术方案给出了一种通用的物联网集控终端硬件架构，具有接口丰富、功能可扩展、适用范围广、即插即用等优点。

附图说明

图1为本发明的功能架构示意图；

图2为本发明的硬件方案示意图。

图中：1、中央处理模块；2、通信处理模块；3、数据处理模块；4、设备控制处理模块；5、保护处理模块；6、数据存储模块；7、电源供电模块；8、晶振模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图1-2，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1-2中所示的一种基于CAT1的即插即用物联网集控终端，包括中央处理模块1，其中：所述中央处理模块1分别与通信处理模块2、数据处理模块3、设备控制处理模块4、保护处理模块5及数据存储模块6连接，中央处理模块1由嵌入式ARM构成。

所述通信处理模块2由CAT.1模块、RS485通信模块以及以太网通信模块组成。

1、所述通信处理模块2通过集成CAT.1标准协议的嵌入式通信模块，支持4G/5G通信制式，能够直接与云平台进行信息交互。

2、所述通信处理模块2通过集成RS485通信模块，支持串口通信协议，能够与本地服务器进行信息交互。

3、所述通信处理模块2通过集成以太网通信模块，支持TCP/IP通信协议，能够通过服务器同时与本地服务器及云平台进行信息交互。

具体的，所述数据处理模块3由AD转换芯片、DA转换芯片、温度采集模块、模拟量采集模块及模拟量输出模块组成。

1、所述数据处理模块3至少包含1个电压/电流输入接口，电压/电流输入接口可选配，最多支持3路；且所述电压/电流输入接口输入的电压/电流信号经过模拟量采集模块后发送至AD转换芯片，AD转换芯片将电压/电流模拟量信号转换为数字信号后通过数据总线送入ARM核芯片。

2、所述数据处理模块3至少包含1个电压/电流输出接口，电压/电流输出接口可选配，最多支持3路；且ARM核芯片通过数据总线将包含控制目标的数字量信息发送至DA转换芯片，DA转换芯片将包含控制目标的数字量信息转换为包含控制目标的模拟量信息，然后经模拟量输出模块变换为电压/电流信号后通过电压/电流输出接口输出。

3、所述数据处理模块3包含1个温度信号输入接口，且所述温度信号输入接口输入的电信号经温度采集模块后发送至AD转换芯片，AD转换芯片将电信号模拟量信号转换为数字信号后通过数据总线送入ARM核芯片。

具体的，所述设备控制处理模块4由光电隔离电路、开关量采集模块以及开关量控制模块组成。

1、所述设备控制处理模块4还包括开关量采集接口，且开关量采集接口最多为4个，但是本领域工作人员可以根据需求进行选配，所述开关量采集接口经过开关量采集模块后发送至光电隔离模块，并经光电隔离模块发送至中央处理模块1；

2、所述设备控制处理模块4还包括开关量输出接口，且开关量输出接口最多为4个，但是本领域工作人员可以根据需求进行选配，所述中央处理模块1经过光电隔离模块后发送至开关量输出模块，并经开关量输出模块发送至开关量输出接口。

具体的，所述保护处理模块5为温度保护模块，且所述温度保护模块与数据处理模块3连接，经过温度采集模块的设置，温度信号能够直接送入温度保护模块，通过设置温度保护阀值调整温度保护的上下限，在许多工业应用现场，对设备的温度监测十分必要，设置可选配的温度保护模块，可通过加装PT100传感器，实时采集监控温度数据。

具体的，所述数据存储模块6由SD卡读写模块及FLASH读写模块组成,SD卡与FLASH存储容量可指定，并且最低配置支持16G SD卡存储器与1G FLASH存储器、最高配置为支持128G SD卡存储器与4G FLASH存储器。

具体的，所述基于CAT1的即插即用物联网集控终端还包括电源供电模块7及晶振模块8。

所述电源供电模块7采用220V输入，变换为多个直流接口电压等级后对中央处理模块1、通信处理模块2、数据处理模块3、设备控制处理模块4、数据存储模块6以及保护处理模块5供电，本领域工作人员还可以根据需要增设微型电池组件，在外部电源突然异常供电后，仍能够短时正常工作，保证集控终端运行的稳定性。

所述晶振模块8为中央处理模块1、通信处理模块2、数据处理模块3、设备控制处理模块4、数据存储模块6以及保护处理模块5供电提供精准的时钟RTC信号，能够提供精确的时间基准。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。