专利名称：实现无电环境下长期工作的物网网关及实现方法
技术领域：
本发明涉及一种网关领域，尤其涉及一种实现无电环境下长期工作的物网网关及实现方法。
背景技术：
常在远端配置的网关都是有固定电源，并能给设备长期供电的，或者如车载系统设备，长期有蓄电池供电。但这样的网关设备在某些极端环境下却无法适用，比如大多数的第一产业(农、林、畜牧业等)等领域。在上述提及到的极端环境下，由于不能提供长期供电的设备，因此如网关等就不能工作，因此就不能应用现代化的手段来获得极端环境下的数据，并对其进行控制或监控。 然而，这种环境下才更需要自动化的采集、控制等监控。为此，考虑到现有内置电池的技术的发展，也可以将网关内设置内置电池，但是网关用于接收并传输前端采集到的信号的，网关需要M小时开机，内置电池的使用寿命就非常短，过非常短的周期就需要进行更断，不仅成本高，而且带来的维护成本也非常高。一个物联网中设置多个这种网关，网关M小时开机导致内置电池使用寿命短，会给整个物联网的运营带来诸多不便运营成本增加、运营监管维度增加等。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种实现无电环境下长期工作的物网网关，以解决现有技术中不能在无电环境下长期工作的技术问题。本发明的第二目的在于提供一种物联网网关实现无电环境下长期工作的方法，以解决现有技术中不能在无电环境下长期工作的技术问题。一种实现无电环境下长期工作的物联网网关，所述物网网关用于接收并传输前端各种传感设备的采集数据，包括微控制器、内置电源模块、复位晶振模块、通讯接口模块，其中内置电源模块用于提供电力；复位晶振模块包括晶振芯片、可编程分频器和复位模块，所述晶振芯片和可编程分频器是用于利用晶振芯片的基准频率引脚得到正逻辑输入的频率，再利用分频比使输出频率变成预设置时钟所需的低频信号，用于定时或事件触发式地向微控制器提供时钟信号，所述复位模块用于触发网关复位；微控制器分别连接内置电源模块和复位晶振模块，用于在复位晶振模块的唤醒下，通过通讯接口模块接收数据并传输数据至后端接口后，停止工作，进入设备休眠状态。较佳地，本网关还包括一个SMS模块，所述SMS模块连接微控制器，用于通过短信指令远程设置、修改复位晶振的触发时间间隔。 较佳地，所述通讯接口模块还包括GSM Modem,微控制器利用串口向GSM Modem收发一系列的GSM 07. 05标准所定义的AT命令集，以控制收发SMS0
较佳地，所述复位模块包括CPU、包括复位控制寄存器在内的若干个寄存器，所述该些寄存器连接CPU，所述复位控制寄存储器，用于保存器械复位的所有复位源的当前状态位信息、含义及初始化条件，CPU接收复位源产生的主复位信息5ΓΛΧ57，与CPU和外设相关的寄存器按预先的设定被强制变为一个已知的“复位状态”，复位后，初始化代码应该检查RCON并确定复位源，在读取了 RCON寄存器中所有复位状态位后，应将其清零，这样才能确保RCON值在器件下一次复位后能提供有意义的结果。一种物联网网关实现无电环境下长期工作的方法，包括(1)在网关内设置内置电源模块和复位晶振模块；(2)当本网关工作时，首先网关判断供电类型如果没有外接电源，而是内置电池供电时，则全设备进入低功耗运行模式，网关正常采集数据后将数据包上传至后端，然后网关停止工作，进入设备休眠模式；(3)网关对复位晶振模块预设启动间隔时间当检测到设备无外接电源时，复位晶振模块开始工作，到达指定时间间隔时，唤醒网关设备开始工作，上传数据后自动休眠， 直到复位晶振模块的下一次唤醒，如此循环从而使整个网关可以达到长期定时上传数据的功能。较佳地，对复位晶振模块的设置可以为以下方式的其中之一本网关直接预设触发间隔时间；通过无线网络远程设置、修改模组触发间隔时间；还利用SMS模块，通过指令短信的方式远程设置、修改复位晶振模块的触发时间间隔。较佳地，还包括设置GSM Modem,微控制器利用串口向GSM Modem收发一系列的 GSM 07. 05标准所定义的AT命令集，以控制收发SMS。较佳地，还包括利用晶振芯片的基准频率引脚得到正逻辑输入的频率，再利用分频比使输出频率变成预设置时钟所需的低频信号，用于定时或事件触发式地向微控制器提供时钟信号。本方法还包括设置包括CPU、包括复位控制寄存器在内的若干个寄存器，所述该些寄存器连接CPU，所述复位控制寄存储器，用于保存器械复位的所有复位源的当前状态位信息、含义及初始化条件；CPU接收复位源产生的主复位信息.O 了，与CPU和外设相关的寄存器按预先的设定被强制变为一个已知的“复位状态”；复位后，初始化代码应该检查RCON并确定复位源，在读取了 RCON寄存器中所有复位状态位后，应将其清零，这样才能确保RCON值在器件下一次复位后能提供有意义的结^ ο本网关的定时上传功能，能够最大限度的利用内置电池电量，使网关设备工作尽可能长的时间，在某些农林、矿山等特殊环境和特殊需要的场合发挥巨大作用。本网关使用内置MOOmAH工业锂电池，在网关设备每天上传两次数据的情况下，全设备能够连续工作 90天以上。
图1为实现无电环境下长期工作的物网网关的原理图；图2为晶振芯片示意图；图3为复位模块的一种实例原理图。
具体实施例方式以下结合附图，具体说明本发明。实例一种实现无电环境下长期工作的物联网网关，所述物联网网关用于接收并传输前端各种传感设备的采集数据，包括微控制器11、电源模块16(包括内置电源模块)、复位晶振模块12、通讯接口模块。其中通讯接口模块可以包括射频收发模块M、无线通讯模块25、 3G通讯模块17、GPS模块18及SMS模块20。这些模块都是现有技术，在此就不再详细说明。在本实例中，还包括用于存储数据的数据存储模块19、扩展模块接口 13等。在本实例中，内置电源模块用于提供电力；复位晶振模块12 包括晶振芯片、可编程分频器和复位模块，所述晶振芯片和可编程分频器是用于利用晶振芯片的基准频率引脚得到正逻辑输入的频率，再利用分频比使输出频率变成预设置时钟所需的低频信号，用于定时或事件触发式地向微控制器提供时钟信号，所述复位模块用于触发网关复位；微控制器11 分别连接内置电源模块和复位晶振模块12，用于在复位晶振模块的唤醒下，通过通讯接口模块接收数据并传输数据至后端接口后，停止工作，进入设备休眠状态。(1)晶振模块设计本网关晶振采用精工爱普生的时标IC SPG8650B模块。精工爱普生时标IC模块由晶振SPG8650B和可编程分频器两级构成，在本网关运行中需要正确的时钟信号，而且是低频信号。在本设计中采用分频IC(触发器串联计数IC)将晶振输出信号进行分频。如图 2所示，即利用基准频率CTL3引脚得到正逻辑输入的频率，再利用分频比CTL4从而使输出频率变为1/100，得到8. 83kHz频率输出，即设计所需时钟信号。由于分频器是现有技术即可实现，在此就再详细说明。(2)复位模块复位模块可以利用微控制模块11的CPU，也可以自己独立设置一 CPU。复位模块可以包括CPU、包括复位控制寄存器在内的若干个寄存器，所述该些寄存器连接CPU，所述复位控制寄存储器，用于保存器械复位的所有复位源的当前状态位信息、含义及初始化条件，CPU接收复位源产生的主复位信息JTMJT ,与CPU和外设相关的寄存器按预先的设定被强制变为一个已知的“复位状态”，复位后，初始化代码应该检查RCON并确定复位源，在读取了 RCON寄存器中所有复位状态位后，应将其清零，这样才能确保RCON值在器件下一次复位后能提供有意义的结果。也就是说，眷复位模块结合了所有复位源并控制器件(CPU)的主复位信号JFJHT来进行复位(请参阅图3，其为一种实施例)。以下列出了器件的复位源
· POR 上电复位· MCLR 引脚复位· SffR RESET 指令· WDTR 定时器复位· BOR 欠压复位· CM 配置不匹配复位· TRAPR 陷阱冲突复位· IOPUffR 非法操作码/未初始化的W寄存器复位任何激活的复位源都会产生fflllf信号。许多与CPU和外设相关的寄存器均会被强制变为一个已知的“复位状态”。大多数寄存器都不受复位影响；它们的状态在POR时未知，而在所有其他复位时不变。 任何类型的器件复位都会将RCON复位寄存器中相应的状态位置1，以表明复位类型。上电复位会将除BOR和POR位(RC0N<1 0>)以外的所有位清零，BOR和POR位被置1。在代码执行过程中的任何时候将任何位置1或清零。RCON位仅用作状态位。在控制软件中将特定的复位状态位置1不会导致器件复位发生。RCON寄存器和状态位值，RCON寄存器的状态位在不同的复位情形下会分别被置1
或清零。^RCON:复位控制寄存器(请参图以下表1，其为复位控制寄存器一种结构示例
表)
权利要求
1.一种实现无电环境下长期工作的物联网网关，所述物联网网关用于接收并传输前端各种传感设备的采集数据，其特征在于，包括微控制器、内置电源模块、复位晶振模块、通讯接口模块，其中内置电源模块用于提供电力；复位晶振模块包括晶振芯片、可编程分频器和复位模块，所述晶振芯片和可编程分频器是用于利用晶振芯片的基准频率引脚得到正逻辑输入的频率，再利用分频比使输出频率变成预设置时钟所需的低频信号，用于定时或事件触发式地向微控制器提供时钟信号，所述复位模块用于触发网关复位；微控制器分别连接内置电源模块和复位晶振模块，用于在复位晶振模块的唤醒下，通过通讯接口模块接收数据并传输数据至后端接口后，停止工作，进入设备休眠状态。
2.如权利要求1所述的物联网网关，其特征在于，还包括一个SMS模块，所述SMS模块连接微控制器，用于通过短信指令远程设置、修改复位晶振的触发时间间隔。
3.如权利要求2所述的物联网网关，其特征在于，所述通讯接口模块还包括GSM Modem,微控制器利用串口向GSM Modem收发一系列的GSM 07. 05标准所定义的AT命令集， 以控制收发SMS。
4.如权利要求1所述的物联网网关，其特征在于，所述复位模块包括CPU、包括复位控制寄存器在内的若干个寄存器，所述该些寄存器连接CPU，所述复位控制寄存储器，用于保存器械复位的所有复位源的当前状态位信息、含义及初始化条件，CPU接收复位源产生的主复位信息,与CPU和外设相关的寄存器按预先的设定被强制变为一个已知的“复位状态”，复位后，初始化代码应该检查RCON并确定复位源，在读取了 RCON寄存器中所有复位状态位后，应将其清零，这样才能确保RCON值在器件下一次复位后能提供有意义的结果。
5.一种物联网网关实现无电环境下长期工作的方法，其特征在于，包括(1)在网关内设置内置电源模块和复位晶振模块；(2)当本网关工作时，首先网关判断供电类型如果没有外接电源，而是内置电池供电时，则全设备进入低功耗运行模式，网关正常采集数据后将数据包上传至后端，然后网关停止工作，进入设备休眠模式；(3)网关对复位晶振模块预设启动间隔时间当检测到设备无外接电源时，复位晶振模块开始工作，到达指定时间间隔时，唤醒网关设备开始工作，上传数据后自动休眠，直到复位晶振模块的下一次唤醒，如此循环从而使整个网关可以达到长期定时上传数据的功能。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对复位晶振模块的设置可以为以下方式的其中之一本网关直接预设触发间隔时间； 通过无线网络远程设置、修改模组触发间隔时间；还利用SMS模块，通过指令短信的方式远程设置、修改复位晶振模块的触发时间间隔。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括设置GSM Modem,微控制器利用串口向GSM Modem收发一系列的GSM 07. 05标准所定义的AT命令集，以控制收发SMS0
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括利用晶振芯片的基准频率引脚得到正逻辑输入的频率，再利用分频比使输出频率变成预设置时钟所需的低频信号，用于定时或事件触发式地向微控制器提供时钟信号。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，设置包括CPU、包括复位控制寄存器在内的若干个寄存器，所述该些寄存器连接CPU， 所述复位控制寄存储器，用于保存器械复位的所有复位源的当前状态位信息、含义及初始化条件；CPU接收复位源产生的主复位信息MHSf,与CPU和外设相关的寄存器按预先的设定被强制变为一个已知的“复位状态”；复位后，初始化代码应该检查RCON并确定复位源，在读取了 RCON寄存器中所有复位状态位后，应将其清零，这样才能确保RCON值在器件下一次复位后能提供有意义的结果。
全文摘要
一种实现无电环境下长期工作的物联网网关，所述物联网网关用于接收并传输前端各种传感设备的采集数据，包括微控制器、内置电源模块、复位晶振模块、通讯接口模块，其中内置电源模块用于提供电力；复位晶振模块包括晶振芯片、可编程分频器和复位模块，所述晶振芯片和可编程分频器是用于利用晶振芯片的基准频率引脚得到正逻辑输入的频率，再利用分频比使输出频率变成预设置时钟所需的低频信号，用于定时或事件触发式地向微控制器提供时钟信号，所述复位模块用于触发网关复位；微控制器分别连接内置电源模块和复位晶振模块，用于在复位晶振模块的唤醒下，通过通讯接口模块接收数据并传输数据至后端接口后，停止工作，进入设备休眠状态。本网关的定时上传功能，能够最大限度的利用内置电池电量，使网关设备工作尽可能长的时间，在某些农林、矿山等特殊环境和特殊需要的场合发挥巨大作用。
文档编号H04W88/16GK102547944SQ20121006319
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月11日 优先权日2012年3月11日
发明者凌育韶, 刘雪岩, 宗瞻, 徐刚 申请人:上海宜云物联科技有限公司