一种通用数据采集网关

本申请涉及数据采集网关，尤其涉及一种通用数据采集网关。

背景技术：

1、现有数据采集网关普遍存在“协议适配单一”“硬件扩展性差”“数据预处理能力弱”三大痛点：多数网关仅支持1-2种固定工业协议(如modbus、profinet)，无法兼容温湿度传感器、电流互感器、图像传感器等多类型采集终端；硬件接口固化，新增采集设备需额外加装转换模块；且数据需全量上传至云端处理，导致带宽占用高、实时性差，难以满足工业现场，因此我们提出了一种通用数据采集网关。

技术实现思路

1、本申请提供了一种通用数据采集网关，以解决上述提出的问题。

2、本申请提供了一种通用数据采集网关，包括：

3、主控模块，所述主控模块通过标准化总线电连接可扩展接口模块、协议转换模块、边缘计算模块和通信模块；

4、电源模块，所述电源模块为主控模块、可扩展接口模块、协议转换模块、边缘计算模块和通信模块提供工作电源；

5、所述主控模块由第一核心芯片和外围电路组成，且外围电路包括时钟电路、复位电路和储存电路；

6、所述可扩展接口模块由架构设计和核心子卡参数组成，且核心子卡参数包括模拟量采集子卡、数字量采集子卡和图像采集子卡；

7、所述协议转换模块由第二核心芯片和协议适配能力组成，且协议适配能力包括工业总线接口、无线协议接口和协议配置电路；

8、所述边缘计算模块由第三核心芯片和处理能力组成，且处理能力包括内存配置、算法性能和扩展存储；

9、所述通信模块包括无线通信和有线通信。

10、优选地，所述第一核心芯片采用stm32h743vit6微控制器。

11、优选地，所述架构设计采用母板和子卡架构，母板预留4个标准化插槽，每个插槽对应独立的接口转换子卡；

12、模拟量采集子卡的核心芯片采用ad7705，输入端通过两个十千欧限流电阻接传感器模拟信号，spi接口接母板pcie mini接口的spi引脚，实现温湿度、压力模拟量采集；

13、数字量采集子卡核心芯片采用74hc595，输入端接传感器数字信号，串行数据端、时钟端接母板pcie mini接口的gpio引脚，输出端接mcu，支持开关量、脉冲信号采集；

14、图像采集子核心芯片采用ov7670图像传感器，通过i2c接口配置分辨率，并行数据端接母板pcie mini接口的并行数据引脚，实现静态图像数据采集。

15、优选地，所述第二核心芯片组成采用nxp lpc11c14作为协议处理单元，与主控模块通过uart接口通信；

16、工业总线接口集成max485芯片，max485芯片ro、di引脚接lpc11c14的uart2接口，max485芯片a、b引脚接外部rs485总线，支持modbus-rtu协议，集成dp83848以太网芯片，max485芯片rmii接口接lpc11c14的eth引脚，支持profinet、ethernet/ip协议；

17、无线协议接口集成esp8266 wi-fi模块、nrf24l01蓝牙模块，分别接lpc11c14的对应引脚，支持mqtt、ble协议；

18、协议配置电路外挂1片eeprom，i2c接口接lpc11c14，用于存储16种预设协议参数，实现协议动态切换。

19、优选地，所述第三核心芯片采用rk3308处理器，通过pcie 2.0接口与主控模块通信；

20、内存配置2gb ddr3，支持同时运行3-5种轻量化算法；

21、算法性能均值滤波算法处理时延≤10ms，异常值检测准确率≥99.5％，可过滤70％冗余数据，单网关日均数据传输量降至≤200mb；

22、扩展存储集成1个usb 2.0接口，支持外接≤2tb u盘，关键数据存储时间≥30天。

23、优选地，所述有线通信集成rtl8153以太网芯片，rtl8153以太网芯片的rj45接口通过网络变压器接云端芯片，且pcie接口接主控模块，支持1000mbps以太网通信，用于向云端上传数据；

24、无线通信集成sim868模块，sim868卡接口通过esd保护管接主控模块，实现无网络场景下的远程数据传输，同时保留lora模块接口，可外接sx1278 lora芯片，满足远距离低功耗传输需求。

25、优选地，所述电源模块包括输入电路和稳压电路；

26、输入电路支持宽电压输入，输入端串联1个自恢复保险丝、1个tvs管，防止过流、过压损坏；

27、稳压电路采用两级稳压，第一级通过dc-dc芯片将输入电压降至5v，为接口模块供电，第二级通过ldo芯片将5v降至3.3v，为主控模块、协议转换模块、边缘计算模块供电，每路输出端并联1个100μf电解电容与1个0.1μf陶瓷电容，滤除纹波。

28、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

29、本申请实施例提供的该结构，具有高适配性，通过“母板+子卡”架构，支持模拟量、数字量、图像等多类型数据采集，子卡即插即用，适配传感器类型扩展成本降低60％；动态协议转换，内置16种预设协议，支持软件指令切换，无需硬件改造即可兼容modbus、profinet、mqtt等主流协议，适配不同场景的通信需求；边缘预处理能力，集成rk3308处理器，可本地完成数据滤波、异常检测，减少70％的云端数据传输量，采集延迟从“秒级”降至“毫秒级”；高可靠性，电源模块具备过流、过压保护，接口电路集成esd防护，适应复杂现场环境。

1.一种通用数据采集网关，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种通用数据采集网关，其特征在于：所述第一核心芯片采用stm32h743vit6微控制器。

3.根据权利要求1所述的一种通用数据采集网关，其特征在于：所述架构设计采用母板和子卡架构，母板预留4个标准化插槽，每个插槽对应独立的接口转换子卡；

4.根据权利要求1所述的一种通用数据采集网关，其特征在于：所述第二核心芯片组成采用nxp lpc11c14作为协议处理单元，与主控模块通过uart接口通信；

5.根据权利要求1所述的一种通用数据采集网关，其特征在于：所述第三核心芯片采用rk3308处理器，通过pcie 2.0接口与主控模块通信；

6.根据权利要求1所述的一种通用数据采集网关，其特征在于：所述有线通信集成rtl8153以太网芯片，rtl8153以太网芯片的rj45接口通过网络变压器接云端芯片，且pcie接口接主控模块，支持1000mbps以太网通信，用于向云端上传数据；

7.根据权利要求1所述的一种通用数据采集网关，其特征在于：所述电源模块包括输入电路和稳压电路；