全文摘要
本实用新型提出了一种具有环境检测功能的安全网关，通过设置ATmega328P单片机检测网关所处环境的温湿度、震动参数和位置信息，可以降低网关处理数据的负担，ATmega328P的引脚数量以及资源合理地分配，不会造成引脚分配不均以及引脚过剩的情况；通过选用DHT12温湿度传感器，可以增强温湿度检测的可靠性与稳定性，减少电路布线，降低电路的成本和功耗；通过选用SW420震动传感器和ADXL345BCCZ加速度传感器，可以调节灵敏度，SW420震动传感器抗干扰性和可靠性强，可以减少网关的体积；整个装置合理利用单片机资源，不会造成单片机资源浪费的情况，还可以检测环境的温湿度、震动参数以及位置信息。
主设计要求
1.一种具有环境检测功能的安全网关，其包括主控芯片、电源电路、WiFi电路和网络交换电路，其特征在于：还包括感知电路；所述感知电路包括单片机，以及分别与单片机电性连接的温湿度传感器、震动传感器、加速度传感器和GPS模块；所述主控芯片分别与单片机、WiFi电路和网络交换电路电性连接，电源电路与单片电性连接。
设计方案
1.一种具有环境检测功能的安全网关，其包括主控芯片、电源电路、WiFi电路和网络交换电路，其特征在于：还包括感知电路；
所述感知电路包括单片机，以及分别与单片机电性连接的温湿度传感器、震动传感器、加速度传感器和GPS模块；
所述主控芯片分别与单片机、WiFi电路和网络交换电路电性连接，电源电路与单片电性连接。
2.如权利要求1所述的一种具有环境检测功能的安全网关，其特征在于：所述主控芯片为MT7621，单片机为ATmega328P；
所述ATmega328P的MISO引脚与MT7621的UAR TLED引脚电性连接，ATmega328P的RXD和TXD引脚分别与MT7621的UART3_TXD和UART3_RXD引脚一一对应电性连接。
3.如权利要求2所述的一种具有环境检测功能的安全网关，其特征在于：所述温湿度传感器为DHT12；
所述DHT12的输出引脚与ATmega328P的PD6\/INT0引脚电性连接。
4.如权利要求2所述的一种具有环境检测功能的安全网关，其特征在于：所述震动传感器为SW420；
所述SW420的输出引脚与ATmega328P的PD2\/AIN0引脚电性连接。
5.如权利要求4所述的一种具有环境检测功能的安全网关，其特征在于：所述加速度传感器包括ADXL345BCCZ芯片、电阻R1～R5和电容C1；
所述ADXL345BCCZ的SDA和SCL引脚分别与ATmega328P的SDA和SCL引脚一一对应电性连接，ADXL345BCCZ的INT1和INT2引脚分别通过电阻R1和电阻R2与ATmega328P的PC3和PD3引脚一一对应电性连接，ADXL345BCCZ的SDO引脚通过电阻R3接地，ADXL345BCCZ的CS引脚通过电阻R4与电源电路电性连接，ADXL345BCCZ的VS引脚通过电容C1接地，通过电阻R5与电源电路电性连接，ADXL345BCCZ的GND、GND1和GND2引脚均接地。
6.如权利要求5所述的一种具有环境检测功能的安全网关，其特征在于：所述电源电路包括5V电源、低压稳压器MIC5205-3.3BM5、电阻R6和电容C2～C6；
所述MIC5205-3.3BM5的IN引脚与分别与5V电源、电容C2的一端、C3的一端和电阻R6的一端电性连接，电容C2的另一端与电容C3的另一端均接地，电阻R6的另一端与MIC5205-3.3BM5的EN引脚电性连接，MIC5205-3.3BM5的OUT引脚分别通过电容C4～C6接地，MIC5205-3.3BM5的OUT引脚分别与电阻R4和电阻R5电性连接。
7.如权利要求2所述的一种具有环境检测功能的安全网关，其特征在于：还包括SD卡；
所述SD卡通过SDIO总线与MT7621电性连接。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及互联网领域，尤其涉及一种具有环境检测功能的安全网关。
背景技术
物联网网关作为智能家居、智能农业等物联网行业应用系统的通用型控制中心，它是传输层和感知层中间的通信网关，它接收感知层的传感网络节点采集到的现实物理世界的数据信息，并将这些数据信息通过通信网络上传至上层的应用层；应用层对这些数据信息进行存储、分析和处理等操作后，产生相应的控制命令，再通过物联网网关下发给感知层的设备，从而实现对底层传感网络节点的监控和管理。网关在使用过程中容易受到环境因素的干扰导致网关出现故障，市面上也有网关具有环境检测能力，由于增加了环境检测能力，导致网关数据交换和处理的速度降低，增加网关负担，容易造成网关数据堵塞，而且现有的网关只能检测环境的温湿度，对于网关安装位置是否偏移以及网关位置均无法检测，因此，现需一种在不增加网关数据交换能力的前提下，可以检测网关所处环境的温湿度以及网关位置是否发生偏移的安全网关。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出了一种在不增加网关数据交换能力的前提下，可以检测网关所处环境的温湿度以及网关位置是否发生偏移的安全网关。
本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种具有环境检测功能的安全网关，其包括主控芯片、电源电路、WiFi电路和网络交换电路，还包括感知电路；
感知电路包括单片机，以及分别与单片机电性连接的温湿度传感器、震动传感器、加速度传感器和GPS模块；
主控芯片分别与单片机、WiFi电路和网络交换电路电性连接，电源电路与单片电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，主控芯片为MT7621，单片机为ATmega328P；
ATmega328P的MISO引脚与MT7621的UAR TLED引脚电性连接，ATmega328P的RXD和TXD引脚分别与MT7621的UART3_TXD和UART3_RXD引脚一一对应电性连接。
进一步优选的，温湿度传感器为DHT12；
DHT12的输出引脚与ATmega328P的PD6\/INT0引脚电性连接。
进一步优选的，震动传感器为SW420；
SW420的输出引脚与ATmega328P的PD2\/AIN0引脚电性连接。
更进一步优选的，加速度传感器包括ADXL345BCCZ芯片、电阻R1～R5和电容C1；
ADXL345BCCZ的SDA和SCL引脚分别与ATmega328P的SDA和SCL引脚一一对应电性连接，ADXL345BCCZ的INT1和INT2引脚分别通过电阻R1和电阻R2与ATmega328P的PC3和PD3引脚一一对应电性连接，ADXL345BCCZ的SDO引脚通过电阻R3接地，ADXL345BCCZ的CS引脚通过电阻R4与电源电路电性连接，ADXL345BCCZ的VS引脚通过电容C1接地，通过电阻R5与电源电路电性连接，ADXL345BCCZ的GND、GND1和GND2引脚均接地。
更进一步优选的，电源电路包括5V电源、低压稳压器MIC5205-3.3BM5、电阻R6和电容C2～C6；
MIC5205-3.3BM5的IN引脚与分别与5V电源、电容C2的一端、C3的一端和电阻R6的一端电性连接，电容C2的另一端与电容C3的另一端均接地，电阻R6的另一端与MIC5205-3.3BM5的EN引脚电性连接，MIC5205-3.3BM5的OUT引脚分别通过电容C4～C6接地，MIC5205-3.3BM5的OUT引脚分别与电阻R4和电阻R5电性连接。
进一步优选的，还包括SD卡；
SD卡通过SDIO总线与MT7621电性连接。
本实用新型的一种具有环境检测功能的安全网关相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过设置ATmega328P单片机检测网关所处环境的温湿度、震动参数、加速度参数和位置信息，可以降低网关处理数据的负担，另外ATmega328P的引脚数量以及资源合理地分配给温湿度传感器、震动传感器、加速度传感器和GPS信号输入，不会造成引脚分配不均以及引脚过剩的情况；
(2)通过选用DHT12温湿度传感器，可以同时检测环境的温湿度，增强温湿度检测的可靠性与稳定性，减少电路布线，降低电路的成本，减少网关体积和功耗；
(3)通过选用SW420震动传感器和ADXL345BCCZ加速度传感器，可以调节灵敏度，输出数字信号，SW420震动传感器抗干扰性和可靠性强，体积小，可以减少网关的体积；
(4)整个装置可以合理利用单片机资源，不会造成单片机资源浪费的情况，另外，可以检测环境的温湿度、震动参数以及位置信息。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一种具有环境检测功能的安全网关的结构图；
图2为本实用新型一种具有环境检测功能的安全网关中温湿度传感器、震动传感器和GPS模块与单片机的电路图；
图3为本实用新型一种具有环境检测功能的安全网关中加速度传感器的电路图；
图4为本实用新型一种具有环境检测功能的安全网关中电源电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型的一种具有环境检测功能的安全网关，其包括主控芯片、电源电路、WiFi电路、网络交换电路和感知电路。
主控芯片，负责以太网的数据交换以及获取感知电路采集的环境参数。在本实施例中，主控芯片采用MT7621，MT7621通过PCIE总线与WIFI电路电性连接，PCIE总线是三对差分线，通过PCIE总线完成高速可靠的数据传输，其中，差分线对地的阻抗为50欧，差分线之间的阻抗为100欧。MT7621通过高速数据总线RGMII和控制总线MDIO与网络交换电路电性连接，高速数据总线RGMII分为接收和发射两部分，以满足数据的上下行传输。由于数据传输过程中会出现反射问题，为提高数据的传输质量，本实施例中在高速数据总线RGMII上串接电阻，控制总线MDIO分为数据线和时钟线，考虑数据线的驱动能力，在数据线上加上拉电阻到电源，以提高数据传输的驱动能力。MT7621通过UART总线与感知电路电性连接，其传输低速数据为全双工模式。MT7621属于主，感知电路的单片机属于从，满足双芯片协调运行工作。
感知电路，检测网关所处环境的温湿度、震动参数和位置，通过震动参数变化判断网关是否掉落或者网关是否故障，当网关位置出现偏移时，通过GPS模块可以知道网关的位置，便于工作人员检修。在本实施例中，感知电路包括单片机，以及分别与单片机电性连接的温湿度传感器、震动传感器、加速度传感器和GPS模块。在本实施例中，如图2所示，单片机选用ATmega328P，ATmega328P采用先进的RISC结构，具有32个8位通用工作寄存器，全静态工作，高达20MIPS的吞吐量，并且ATmega328P的引脚数量以及资源合理地分配给温湿度传感器、震动传感器、加速度传感器和GPS信号输入，不会造成引脚分配不均以及引脚过剩的情况，综合成本、功能和资源因素，本实施例得出ATmega328P最符合要求。如图2所示，ATmega328P的MISO引脚通过电阻R7与MT7621的UAR TLED引脚电性连接，ATmega328P的RXD和TXD引脚分别与MT7621的UART3_TXD和UART3_RXD引脚一一对应电性连接，或者ATmega328P的RXD和TXD引脚分别通过电阻R9和电阻R8与MT7621的UART0_TXD和UART0_RXD引脚一一对应电性连接，ATmega328P的RXD和TXD引脚在上述连接关系中二选一与MT7621通信。
温湿度传感器，检测网关所处环境的温湿度。在本实施例中，温湿度传感器采用DHT12温湿度传感器，DHT12数字式温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合型传感器，为DHT11的升级产品。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有较高的可靠性与卓越的长期稳定性。DHT12具有单总线和标准I2C两种通讯，且单总线通讯方式完全兼容DHT11。标准单总线接口，使系统集成变得简易快捷。具有超小的体积、较低的功耗，适合多种多样的应用场合。I2C通信方式采用标准的通信时序，用户可直接挂在I2C通信总线上，无需额外布线，使用简单。两种通信方式可自由切换，用户可自由选择，使用方便，应该领域广泛。产品为4引线，连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。如图2所示，在本实施例中，DHT12温湿度传感器的输出引脚与ATmega328P的PD6\/INT0引脚电性连接。
震动传感器和加速度传感器，主要用来监测旋转机械的振动情况，不同设备的振动标准都不同，如果超出了震动值，说明机器出现了故障，因此振动传感器起到了对振动的保护作用。在本实施例中，震动传感器采用SW420震动传感器，加速度传感器包括ADXL345BCCZ芯片、电阻R1～R5和电容C1；具体的如图2所示，SW420震动传感器的输出引脚与ATmega328P的PD2\/AIN0引脚电性连接，如图3所示，ADXL345BCCZ的SDA和SCL引脚分别与ATmega328P的SDA和SCL引脚一一对应电性连接，ADXL345BCCZ的INT1和INT2引脚分别通过电阻R1和电阻R2与ATmega328P的PC3和PD3引脚一一对应电性连接，ADXL345BCCZ的SDO引脚通过电阻R3接地，ADXL345BCCZ的CS引脚通过电阻R4与电源电路电性连接，ADXL345BCCZ的VS引脚通过电容C1接地，通过电阻R5与电源电路电性连接，ADXL345BCCZ的GND、GND1和GND2引脚均接地。
电源电路，将5V的电源转换成3.3V，供单片机使用。如图4所示，在本实施例中，电源电路包括5V电源、低压稳压器MIC5205-3.3BM5、电阻R6和电容C2～C6。其中，MIC5205-3.3BM5的IN引脚与分别与5V电源、电容C2的一端、C3的一端和电阻R6的一端电性连接，电容C2的另一端与电容C3的另一端均接地，电阻R6的另一端与MIC5205-3.3BM5的EN引脚电性连接，MIC5205-3.3BM5的OUT引脚分别通过电容C4～C6接地，MIC5205-3.3BM5的OUT引脚分别与电阻R4和电阻R5电性连接。
在本实施例中GPS模块采用ATGM332D-5N31中科微GPS模块，其脚位兼容U-BLOXNEO-6M 7M M8N，如图2所示，GPS-CON为GPS模块的接口，其中G1和G2接地。
网络交换电路通过网线与其他通信设备连接完成数据传输，由于传输距离远以及为了防止电磁干扰问题发生，增加网络变压器来隔离外界的干扰信号的影响。网络交换电路属于现有技术，在此不再累赘。
WiFi电路，通过WIFI来配置及查询设备参数。在本实施例中，WiFi电路采用现有的WiFi发射与接收电路，在此不再累赘。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920091151.0
申请日:2019-01-21
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:83(武汉)
授权编号:CN209313862U
授权时间:20190827
主分类号:H04L 12/66
专利分类号:H04L12/66;G01D21/02
范畴分类:39B;
申请人:锚丁科技（武汉）有限责任公司
第一申请人:锚丁科技（武汉）有限责任公司
申请人地址:430000 湖北省武汉市东湖新技术开发区关南四路35号东港木业生产厂房1-6层212室
发明人:鲁大军;李骏
第一发明人:鲁大军
当前权利人:锚丁科技（武汉）有限责任公司
代理人:陈凯
代理机构:42247
代理机构编号:武汉红观专利代理事务所(普通合伙)
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：环境检测论文; 加速度传感器论文; 电源电路论文; 温湿度传感器论文; 安全网关论文; 传感器技术论文; 接地系统论文; 接地保护论文; 电容传感器论文; 电容电阻论文; 温湿度论文; 主控芯片论文; 单片机论文;