一种全网通4G路由模块的制作方法

一种全网通4g路由模块
技术领域
1.本发明涉及射频无线通信技术领域，具体涉及一种全网通4g路由模块。


背景技术：

2.随着物联网的快速发展，通信带宽及速度的提升，无线通信技术得到越来越广泛的应用，路由模块作为系统硬件的重要组成部分，发挥着越来越大的作用；为了方便客户集成应用，缩短产品开发周期，因此需要一种模块来解决无线通信功能，只需要增加很少的外部接口电路即可实现无线上网、数据路由功能；
3.现有的路由模块因为功率的限定，通常只采用一种天线类型，通过天线接口连接外设天线的方式具有较优的信号传输效果，但需要系统硬件提供额外的外设天线，且在外设天线故障时，路由模块不能正常工作；通过板载天线具有较优的使用便利性，但传输能力不及外设天线。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种全网通4g路由模块，解决以下技术问题：
5.如何保证路由模块数据传输的稳定性。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种全网通4g路由模块，包括主板，所述主板上设置有arm处理器、微处理器监控芯片、4g天线接口和板载天线，所述微处理器监控芯片与所述arm处理器通过中断、复位、i/o口连接对数据传输进行实时监控，所述arm处理器根据4g天线接口是否连接外设天线及数据传输的质量选择使用板载天线和外设天线中的一种。
8.作为本发明进一步的方案：所述主板上还包括存储模块、4g数传模块、以太网收发器、电源模块组、gps天线接口、网口隔离模块和20pin连接器。
9.作为本发明进一步的方案：所述arm处理器检测4g天线接口是否连接外设天线：
10.若4g天线接口未连接外设天线，使用板载天线进行数据收发；
11.若4g天线接口连接有外设天线，预设通过外设天线进行数据收发，并根据预设周期内数据传输的质量值判断是否更改天线类型：
12.若外设天线数据传输的质量值大于预设阈值，使用预设的外设天线进行数据收发；
13.若外设天线数据传输的质量值小于预设阈值，将天线类型更改为板载天线，并计算预设周期内板载天线传输的质量值：
14.若板载天线传输的质量值小于外设天线数据传输的质量值，将天线类型更改为外设天线，且在预设周期内不再将传输的质量值与预设阈值进行比较；
15.若板载天线传输的质量值大于等于外设天线数据传输的质量值，将天线类型保持为板载天线，并发出外设天线故障信号。
16.作为本发明进一步的方案：通过公式作为本发明进一步的方案：通过公式
获得质量值q
传
，其中，vu表示上行速率，vd表示下行速率，d表示延迟值，γ1、γ2和γ3为预设的修正比例系数，且γ1、γ2和γ3均大于0，v
u标
表示上行速率标准值，v
d标
表示下行速率标准值。
17.作为本发明进一步的方案：所述主板上还设有温度测量模块。
18.作为本发明进一步的方案：所述温度测量模块测量主板上的实时温度值f，所述arm处理器根据实时温度值f对路由模块的运行状况进行监控，具体步骤如下：
19.建立实时温度值f相对时间变化的温度曲线f(t)，并对温度曲线进行求导，获得温度变化曲线f’(t)，将主板的实时温度值f(t)与预设的温度阈值f1及f2进行比较，其中，f1大于f2：
20.若f(t)≥f1，则判定主板温度过高，生成温度异常信号，并断开模块电源；
21.若f1＞f(t)≥f2，将温度变化曲线f’(t)与温度变化阈值f’1进行比较：
22.若f’(t)≥f’1，则判定主板温度变化存在异常，生成温度变化异常信号，并断开模块电源；
23.若f’(t)＜f’1，则判定主板温度变化正常、温度偏高，此时不再根据数据传输的质量值判断是否更改天线类型；
24.若f(t)＜f2，将温度变化曲线f’(t)与温度变化阈值f’1进行比较：
25.若f’(t)≥f’1，则判定主板温度正常、温度变化存在异常，此时不再根据数据传输的质量值判断是否更改天线类型；
26.若f’(t)＜f’1，则判定主板温度和温度变化均正常。
27.作为本发明进一步的方案：所述主板上还设有指示灯组，所述指示灯组包括lan指示灯、net指示灯、状态指示灯和电源指示灯。
28.作为本发明进一步的方案：所述主板上还设有安装孔，所述安装孔数量为4个，所述安装孔均布在所述主板的四个角的位置。
29.作为本发明进一步的方案：所述20pin连接器与所述arm处理器连接，所述20pin连接器包括电源输入引脚、以太网接口引脚、uart接口引脚和i/o口。
30.作为本发明进一步的方案：所述以太网收发器与所述arm处理器通过rmii口连接。
31.本发明的有益效果：
32.(1)本发明通过同时设置4g天线接口和板载天线，并且通过4g天线接口是否连接外设天线及数据传输的质量选择使用板载天线和外设天线中的一种，一方面，在系统硬件不具有设置外设天线条件时，依然能够通过板载天线实现数据收发功能，保证了路由模块的正常运行，另一方面，当设置外设天线时，根据数据传输的质量选择外设天线和板载天线中的一种，能够选择到信号较优的一种天线类型，进而能够提升路由模块数据传输的稳定性。
33.(2)本发明通过在主板上设置有温度测量模块，一方面，温度测量模块能够实时测量主板上的温度，在主板温度过高时及时发出信号，另一方面，温度是影响路由模块传输质量的重要因素之一，因此在温度异常或温度变化异常的情况下，默认传输质量值较差的原因是因为温度异常或温度变化异常引起的，因此，不再进行更改天线类型的判断，减少了模块运算的工作量，同时，在温度或温度变化超出预设阈值时，先发出温度异常或温度变化异常信号，再断开模块电源，能够保证人员及时发现路由模块的故障并保证了路由模块的使
用安全性。
附图说明
34.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
35.图1是本发明路由模块的俯视图；
36.图2是本发明路由模块的仰视图；
37.图3是本发明天线类型选择的逻辑框图；
38.图4是本发明主板温度状态判断逻辑框图。
39.图中：1、安装孔；2、主板；3、4g天线接口；4、指示灯组；5、gps天线接口；6、板载天线；7、4g数传模块；8、温度测量模块；9、电源模块组；10、微处理器监控芯片；11、以太网收发器；12、arm处理器；13、网口隔离模块；14、20pin连接器；15、存储模块。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
41.请参阅图1-4所示，本发明为一种全网通4g路由模块，包括主板2，所述主板2上设置有arm处理器12、微处理器监控芯片10、4g天线接口3和板载天线6，微处理器监控芯片10与所述arm处理器12通过中断、复位、i/o口连接对数据传输进行实时监控，arm处理器12根据4g天线接口3是否连接外设天线及数据传输的质量选择使用板载天线6和外设天线中的一种。
42.本发明通过同时设置4g天线接口3和板载天线6，并且通过4g天线接口3是否连接外设天线及数据传输的质量选择使用板载天线6和外设天线中的一种，一方面，在系统硬件不具有设置外设天线条件时，依然能够通过板载天线6实现数据收发功能，保证了路由模块的正常运行，另一方面，当设置外设天线时，根据数据传输的质量选择外设天线和板载天线6中的一种，能够择优选择信号较优的一种天线类型，进而能够提升路由模块数据传输的稳定性；
43.主板2上还包括存储模块15、4g数传模块7、以太网收发器11、电源模块组9、gps天线接口5、网口隔离模块13和20pin连接器14。
44.arm处理器12与电源模块组9、存储模块15、4g数传模块7、以太网收发器11通过主板2分别连接，4g天线接口3和gps天线接口5可使用u.fl射频接口，能够大大减小了安装尺寸；以太网收发器11支持自适应10/100based-t的以太网通信接口，引脚位置可根据需求定义，方便用户集成开发，在硬件上满足将来可能存在的系统升级需求；电源模块组9包括给所述arm处理器12、存储模块15和4g数传模块7、微处理器监控芯片10和以太网收发器11供电的电路，用于保证各模块工作时的电力供应；arm处理器12及其外围电路用于接收各模块发送的数据，并经过运算处理后向对应模块发送数据及指令信息；4g数传模块7通过usb接口与所述arm处理器12相连，通过与arm处理器12的配合，实现移动通信网络数据和有线以太网之间的数据路由转发，并且还支持gps定位导航功能；arm处理器12可选用nuc970理器
芯片，通过usb接口连接sim7600实现了移动远程通信功能，且支持移动通信网络数据和有线以太网之间的数据路由转发，支持智能防掉线、在线检测、在线维持、掉线自动重拨，保证设备稳定运行；主板2外形尺寸可采用60mm(长)
×
40mm(宽)，其中连接器高度为5.72mm，pcb板厚1.6mm，印制板正面元器件小于3.0mm，印制板背面元器件高度小于5.8mm，避免与载板相接时，导致无法安装，印制板背面最大高度小于5.8mm。
45.arm处理器12检测4g天线接口3是否连接外设天线：
46.若4g天线接口3未连接外设天线，使用板载天线6进行数据收发；
47.若4g天线接口3连接有外设天线，预设通过外设天线进行数据收发，并根据预设周期内数据传输的质量值判断是否更改天线类型：
48.若外设天线数据传输的质量值大于预设阈值，使用预设的外设天线进行数据收发；
49.若外设天线数据传输的质量值小于预设阈值，将天线类型更改为板载天线6，并计算预设周期内板载天线6传输的质量值：
50.若板载天线6传输的质量值小于外设天线数据传输的质量值，将天线类型更改为外设天线，且在预设周期内不再将传输的质量值与预设阈值进行比较；
51.若板载天线6传输的质量值大于等于外设天线数据传输的质量值，将天线类型保持为板载天线6，并发出外设天线故障信号。
52.本发明通过4g天线接口3是否连接外设天线及数据传输的质量选择使用板载天线6或外设天线，在4g天线接口3未连接外设天线时，选用板载天线6作为天线类型，因此在一些系统硬件不具备外设天线条件时依然能够实现路由模块的功能，在4g天线接口3连接外设天线时，因为外设天线的传输性能一般高于板载天线6，因此选用外设天线作为预设天线类型，而在一些特殊情况下，例如外设天线反生故障问题时，能够根据预设周期内数据传输的质量值及时将天线类型更改为板载天线，保证路由功能的稳定运行。
53.通过公式获得质量值q
传
，其中，vu表示上行速率，vd表示下行速率，d表示延迟值，γ1、γ2和γ3为预设的修正比例系数，且γ1、γ2和γ3均大于0，v
u标
表示上行速率标准值，v
d标
表示下行速率标准值。
54.作为本发明的一种实施方式，数据传输的质量值q
传
可根据上行速率、下行速率及延迟值来确定，当上行速率和下行速率高于标准值时，说明数据传输质量较优，当延迟值d越小时，说明数据传输质量较优，其中上行速率标准值v
u标
和下行速率标准值v
d标
会根据带宽或网速具体条件做出适应性调整。
55.主板2上还设有温度测量模块8。
56.温度测量模块8测量主板2上的实时温度值f，arm处理器12根据实时温度值f对路由模块的运行状况进行监控，具体步骤如下：
57.建立实时温度值f相对时间变化的温度曲线f(t)，并对温度曲线进行求导，获得温度变化曲线f’(t)，将主板2的实时温度值f(t)与预设的温度阈值f1及f2进行比较，其中，f1大于f2：
58.若f(t)≥f1，则判定主板2温度过高，生成温度异常信号，并断开模块电源；
59.若f1＞f(t)≥f2，将温度变化曲线f’(t)与温度变化阈值f’1进行比较：
60.若f’(t)≥f’1，则判定主板2温度变化存在异常，生成温度变化异常信号，并断开模块电源；
61.若f’(t)＜f’1，则判定主板2温度变化正常、温度偏高，此时不再根据数据传输的质量值判断是否更改天线类型；
62.若f(t)＜f2，将温度变化曲线f’(t)与温度变化阈值f’1进行比较：
63.若f’(t)≥f’1，则判定主板2温度正常、温度变化存在异常，此时不再根据数据传输的质量值判断是否更改天线类型；
64.若f’(t)＜f’1，则判定主板2温度和温度变化均正常。
65.本发明通过在主板2上还设置有温度测量模块8，一方面，温度测量模块8能够实时测量主板2上的温度，在主板2温度过高时及时发出信号，另一方面，温度是影响路由模块传输质量的重要因素之一，因此在温度异常或温度变化异常的情况下，默认传输质量值较差的原因是因为温度异常或温度变化异常引起的，因此，不再进行更改天线类型的判断，减少了模块运算的工作量，同时，在温度或温度变化超出预设阈值时，先发出温度异常或温度变化异常信号，再断开模块电源，能够保证人员及时发现路由模块的故障并保证了路由模块的使用安全性。
66.主板2上还设有指示灯组4，指示灯组4包括lan指示灯、net指示灯、状态指示灯和电源指示灯。
67.主板2上还设有安装孔1，安装孔1数量为4个，安装孔1均布在主板2的四个角的位置。
68.网口隔离模块13与以太网收发器11通过传输线连接。
69.20pin连接器14与arm处理器12连接，20pin连接器14包括电源输入引脚、以太网接口引脚、uart接口引脚和i/o口。
70.以太网收发器11与arm处理器12通过rmii口连接。
71.本发明以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。