一种智能实验综合管理网关论文和设计-朱昌洪

全文摘要

本实用新型公开了一种智能实验综合管理网关，涉及网络技术领域，通过控制模块与RF射频模块、ZigBee模块、LoRa网关模块、485通讯模块及GSM模块连接，使智能实验综合管理网关能够进行射频、ZigBee、485、GSM及LoRa标准协议通讯，同时，通过设置树莓派本身还能够进行UDP\/TCP、WiFi、以太网及蓝牙等通信，从而提供多个网络通讯接口，实现通过多个接口及相应的协议对应智能管理实验室设备，通过树莓派控制管理相应的实验室设备及方便进行试验和管理。本实用新型具有更完整的功能，满足大部分的通讯需求，且树莓派本身自带WiFi模块、BLE（蓝牙）模块、RJ45接口、4个USB接口、HDMI接口、15‑针头MIPI相机界面接口、音频输出接口及GPIO接口等，通过树莓派嫩巩固进行更过的试验及试验控制。

主设计要求

1.一种智能实验综合管理网关，其特征在于：包括：控制模块，所述控制模块为树莓派；RF射频模块，与所述控制模块连接；485通讯模块，与所述控制模块连接；GSM模块，与所述控制模块连接；ZigBee模块，与所述控制模块连接，所述控制模块通过ZigBee模块实现对使用ZigBee节点的模块进行通讯；以及LoRa网关模块，与所述控制模块连接，与所述树莓派形成一个LoRa网关。

设计方案

1.一种智能实验综合管理网关，其特征在于：包括：

控制模块，所述控制模块为树莓派；

RF射频模块，与所述控制模块连接；

485通讯模块，与所述控制模块连接；

GSM模块，与所述控制模块连接；

ZigBee模块，与所述控制模块连接，所述控制模块通过ZigBee模块实现对使用ZigBee节点的模块进行通讯；以及

LoRa网关模块，与所述控制模块连接，与所述树莓派形成一个LoRa网关。

2.根据权利要求1所述的智能实验综合管理网关，其特征在于：还包括：

USB扩展器，与所述控制模块连接，用于扩展所述控制模块的USB接口；

显示模块，与所述控制模块连接；

摄像头，与所述控制模块连接；

电源模块，与所述控制模块连接；及

音响模块，与所述控制模块连接。

3.根据权利要求1所述的智能实验综合管理网关，其特征在于：所述树莓派采用的型号为Raspberry Pi 3 Model B+。

4.根据权利要求1所述的智能实验综合管理网关，其特征在于：控制模块、RF射频模块、485通讯模块、GSM模块、ZigBee模块以及LoRa网关模块安装在一个箱体中，所述箱体上相应的开设需要连接的开口，方便与所述控制模块、RF射频模块、485通讯模块、GSM模块、ZigBee模块以及LoRa网关模块的连接和测试。

5.根据权利要求4所述的智能实验综合管理网关，其特征在于：所述箱体的底部的四角设有四个脚，用于支撑所述智能实验综合管理网关。

6.根据权利要求4所述的智能实验综合管理网关，其特征在于：所述箱体的底部开设有开口，且所述开口处安装有散热风扇，所述散热风扇与所述控制模块连接，用于对所述智能实验综合管理网关进行散热。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及网络技术领域，尤其涉及一种智能实验综合管理网关。

背景技术

近年来，物联网技术已经开始广泛应用于智慧城市和智慧校园建设，将物联网技术应用于高校实验室管理，可以有效地解决高校实验室管理存在的问题，也为全面提升高校实验室信息化管理水平带来了新的机遇，高校实验室管理智慧化已经成为未来高校实验室建设的必然发展趋势。

随着高校的扩招，实验室中的人数明显增加，教育部加大了对高校的建设经费，实验室出现了越来越大和越来越多的趋势，这导致了使用能源增加，管理难度增加和实验室建设成本上升。特别是很多院校都相继建立了开放型实验室，进行实验的人员、时间不确定，实验的内容不统一，实验仪器的安全性，这都给实验教学和资产安全管理增加了很大困难，同时也增加了实验人员的值班工作量和工作强度，在某种程度上制约了开放实验室的建设与发展，造成了实验室管理效率下降，安全性舒适性降低，影响了学生实验的积极性，造成了实验室资源严重浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种智能实验综合管理网关，从而克服了现有管理员需要通过多种途径去管理实验室，没有能够了控制、解实验室情况的智能网关的缺点。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种智能实验综合管理网关，包括：控制模块，所述控制模块为树莓派；

RF射频模块，与所述控制模块连接；

485通讯模块，与所述控制模块连接；

GSM模块，与所述控制模块连接；

ZigBee模块，与所述控制模块连接，所述控制模块通过ZigBee模块实现对使用ZigBee节点的模块进行通讯；以及

LoRa网关模块，与所述控制模块连接，与所述树莓派形成一个LoRa网关。

进一步的，还包括：

USB扩展器，与所述控制模块连接，用于扩展所述控制模块的USB接口；

显示模块，与所述控制模块连接；

摄像头，与所述控制模块连接；

电源模块，与所述控制模块连接；及

音响模块，与所述控制模块连接。

进一步的，所述树莓派采用的型号为Raspberry Pi 3 Model B+。

进一步的，控制模块、RF射频模块、485通讯模块、GSM模块、ZigBee模块以及LoRa网关模块安装在一个箱体中，所述箱体上相应的开设需要连接的开口，方便与所述控制模块、RF射频模块、485通讯模块、GSM模块、ZigBee模块以及LoRa网关模块的连接和测试。

进一步的，所述箱体的底部的四角设有四个脚，用于支撑所述智能实验综合管理网关。

进一步的，所述箱体的底部开设有开口，且所述开口处安装有散热风扇，所述散热风扇与所述控制模块连接，用于对所述智能实验综合管理网关进行散热。

与现有的技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型的智能实验综合管理网关采用树莓派作为控制模块，通过控制模块与RF射频模块、ZigBee模块、LoRa网关模块、485通讯模块及GSM模块连接，使智能实验综合管理网关能够进行射频、ZigBee、485、GSM及LoRa标准协议通讯，同时，通过设置树莓派本身还能够进行UDP\/TCP、WiFi、以太网及蓝牙等通信，从而提供多个网络通讯接口，实现通过多个接口及相应的协议对应智能管理实验室设备，通过树莓派控制管理相应的实验室设备及方便进行试验和管理。本实用新型具有更完整的功能，满足大部分的通讯需求，且树莓派本身自带WiFi模块、BLE（蓝牙）模块、RJ45接口、4个USB接口、HDMI接口、15-针头MIPI相机界面接口、音频输出接口及GPIO接口等，通过树莓派嫩巩固进行更过的试验及试验控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例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个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本实用新型的智能实验综合管理网关的结构示意图；

其中：1-控制模块，2-RF射频模块，3-485通讯模块，4-GSM模块，5-ZigBee模块，6-LoRa网关模块，7-USB扩展器，8-显示模块，9-摄像头，10-音响模块，11-电源模块，12-风扇。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实施新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型所提供的智能实验综合管理网关包括：控制模块1、RF射频模块2、ZigBee模块5、LoRa网关模块6、485通讯模块3、GSM模块4、USB扩展器7、电源模块11、显示模块8、摄像头9、音响模块10及风扇12。

控制模块1为树莓派，树莓派采用Raspberry Pi 3 Model B+，Raspberry Pi 3Model B内集成有WiFi模块、BLE（蓝牙）模块、RJ45接口、4个USB接口、HDMI接口、15-针头MIPI相机界面接口、音频输出接口及GPIO接口等。

树莓派本身设有4个USB接口满足了与RF射频模块2、485通讯模块3、GSM模块4及ZigBee模块5的连接，但为了预留USB接口接鼠标键盘等带USB接口的模块进行调试，因此树莓派的USB接口连接USB扩展器7，通过USB扩展去USB接口接入更多带SUB接口的模块。USB扩展器7采用一拖四HUB集线器，采用的型号为US168。

树莓派通过网线连接树莓派的RJ45接口、通过无线网卡（采用型号为RTL8188CUS芯片的无线网卡）连接树莓派的USB接口或通过WiFi模块之间连接，实现对互联网的连接。树莓派内集成有WiFi模块，通过对树莓派设置能够开启树莓派的AP热点功能，无需外接模块（此时不通过WiFi模块去连接互联网）。

RF射频模块2包括RF射频电路和射频天线，RF射频电路与射频天线相连接。RF射频电路的TXD和RXD端通过PL2303线与USB扩展器7连接。

ZigBee模块5为ZigBee协调器，采用型号为WL-101ABCZigBeeUSB接口模块的ZigBee协调器，ZigBee模块5的USB接口与USB扩展器7的其中一个USB接口连接，通过控制模块1控制ZigBee模块5实现与使用ZigBee节点的模块进行通讯。

LoRa网关模块6采用的型号为SX1301，LoRa网关模块6与树莓派之间通过SPI总线连接，即通过树莓派的GPIO口中的Pin19（SPI_MOSI）、Pin21（SPI_MISO）、Pin23（SPI_CLK）及Pin25（Ground）连接，通树莓派对LoRa网关模块6进行测试和设置，使树莓派和LoRa网关模块6形成一个完整的LoRa网关。

485通讯模块3采用的型号为RS485C，485通讯模块3通过连接线与RS485-RS232的转换器连接，再通过RS485-RS232的转换器的USB接口与USB扩展器7的其中一个USB接口连接，从而实现树莓派能够对485通讯模块3进行通讯。使用需要对该树莓派原分配给蓝牙的串口禁用。

GSM模块4采用型号为A6，485通讯模块3通过与树莓派的GPIO口（GPIO15、GPIO14、DC 5V及GND）连接或通过USB转TTL模块与USB扩展器7的其中一个USB接口连接，通过在A6模块中插入SIM卡，通过树莓派设置，能够实现发送短信拨打电话的功能。该树莓派的GPIO14、GPIO15默认被分配给了蓝牙，所以为了能用这两个引脚接GSM模块4，必须把蓝牙禁用。

本实用新型的智能实验综合管理网关可以提供多个网络通讯接口，采用树莓派作为控制模块1，通过控制模块1与RF射频模块2、ZigBee模块5、LoRa网关模、485通讯模块3及GSM模块4连接，使智能实验综合管理网关能够进行射频、ZigBee、485、GSM及LoRa标准协议通讯，同时，通过设置树莓派本身还能够进行UDP\/TCP、WiFi、以太网及蓝牙等通信，实现通过多个接口及相应的协议对应智能管理实验室设备，从而控制相应的实验室设备及方便进行试验和管理。

继续参考图1，树莓派能够通过自身的Micro USB接口、相应的GPIO口（引脚和引脚6）或USB接口进行供电，通常采用Micro USB接口供电较为方便和安全，若网关放置位置不方便接电，采用的电源模块11为移动电源，通过安卓数据线即可与移动电源连接；若网关放置的位置方便接220v，则电源模块11为市电，通过安卓数据线及充电头接入220v。

显示模块8采用液晶显示屏，显示模块8通过HDMI-VGA与树莓派的HDMI接口连接或者树莓派通过ssh与计算机的显示器显示，通过计算机将树莓派的系统进行显示及控制使用等。

摄像头9采用CSI接口摄像头，摄像头9与树莓派的15-针头MIPI相机界面接口连接；即通过树莓派设置摄像头9对实验室进行监控。

音响模块10为音响或3.5mm的耳机与树莓派的音频输出接口连接，能够听到树莓派播放的声音。

通过树莓派本身集成的接口连接显示模块8、摄像头9及音响，采用摄像头9辅助对实验室进行监控并能够通过显示模块8进行显示，必要时通过音响进行播放相关信息等。设置时，还能够通过USB扩展器7与鼠标和键盘连接，对树莓派进行相应设置。

进一步参考图1，控制模块1、RF射频模块2、ZigBee模块5、LoRa网关模块6、485通讯模块3及GSM模块4安装在一个箱体中，箱体为中空结构的六面体，箱体上相应的开设需要连接的开口，比如需要与树莓派外部连接的Micro USB接口、USB接口、RJ45接口、HDMI接口、15-针头MIPI相机界面接口、音频输出接口及GPIO口等，开设开口方便了外接其他设备或树莓派对RF射频模块2、485通讯模块3、GSM模块4、ZigBee模块5以、LoRa网关模块6、显示模块8、摄像头9、音响模块10、电源模块11及风扇等的连接和测试。采用箱体能够有效的避免因为移动导致的模块分离、不好管理等。

箱体的底部的四角设有四个脚，用于支撑智能实验综合管理网关；箱体的底部开设有开口，底部的开口处安装有风扇12，风扇12选用散热风扇，散热风扇与树莓派的Pin4和Pin6连接，用于对智能实验综合管理网关进行散热，通过散热风扇能够对树莓派等其他模块进行降温，从而延长树莓派等模块的使用寿命，延长智能实验综合管理网关的使用寿命。

以上所揭露的仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

设计图

一种智能实验综合管理网关论文和设计

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