一种组合式可重构物联网汇聚终端的硬件架构的制作方法

本发明涉及物联网信息汇聚与可重构硬件架构领域，具体而言，涉及一种组合式可重构物联网汇聚终端的硬件架构。

背景技术：

1、随着物联网技术发展，接入设备与应用场合越来越多，为满足多种数据的融入与处理需求，物联网汇聚终端的研究不断增加。由于使用场景复杂多变，不同场景通常采用不同的通信方式、感知节点和处理机制，为应对电气接口、通信协议各异的接入设备，需要采用不同的物联网汇聚设备，实现物联网信息采集与汇聚处理。

2、现有的物联网汇聚方案一般针对某个特定行业或场景设计，采用专用处理器，无法同时满足不同算力、不同功耗的物联网汇聚处理需求，对外接口种类与数量固定只能针对特定领域采集特定通信接口的数据，无法同时满足多个应用场景下的不同数据接入需求，导致物联网汇聚终端产品复杂多样、难以扩展复用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种组合式可重构物联网汇聚终端的硬件架构，采用成熟商用主板，集成对板接口模块、转换扩展模块与对外接口模块，通过定义内部连接器，配合内部连接线实现物联网汇聚终端功能模块快速替换与功能扩展。

2、实现本发明目的技术解决方案为：发明一种组合式可重构物联网汇聚终端的硬件架构，包括集成主板、对板接口模块、转换扩展模块和对外接口模块，其中集成主板上的第一插座与对板接口模块的第一插头连接，对板接口模块的内部连接器与转换扩展模块的第一内部连接器通过内部软排线连接，转换扩展模块的第二内部连接器与外接口模块的内部连接器通过内部软排线连接，对外接口模块上设置第二插座，与外部接入设备连接；集成主板完成信息快速处理后，依次通过对板接口模块、转换扩展模块和对外接口模块传输和转化，输出场景需要的信号形式。

3、进一步的，所述第一插座为板载的机械母座接口，其类型包括usb2.0 type-a母座、usb3.0 type-a母座、usb3.0 type-c母座、百兆rj45、rs-232db9母座和hdmi-a母座；

4、所述第一插头为机械公头接口，其类型包括usb2.0 type-a公头、usb3.0type-a公头、usb3.0 type-c公头、百兆水晶头、rs-232db9公头和hdmi-a公头，与第一插座匹配，实现触点连接信号通联。

5、进一步的，所述转换扩展模块包括usb转换类模块、电源转换类模块、音视频转换类模块、网络交换机和usb hub，其中usb转换类模块包括usb转以太网、usb转串口、usb转hdmi、usb转vga和usb转dp，电源转换类模块包括12v转5v、12v转3.3v，音视频转换类模块包括hdmi转vga和hdmi转dp。

6、所述第二插座为机械母座接口，涵盖第一插座(10)的所有形态，包括usb系列的usb2.0 type-a母座、usb3.0 type-a母座、usb3.0 type-c母座，串口系列的ttldb9母座、rs-232db9母座、rs-485db9母座、rs-422db9母座，以太网系列的百兆rj45、千兆rj45，音视频系列的hdmi-a母座、hdmi-c母座，dc电源母座，也可以为定制工业插座。

7、进一步的，内部连接器采用14pin与20pin两种规格的接线端子，包括usb系列、串口系列、以太网系列及多媒体系列接口；内部软排线也有两个规格分别为14pin与20pin，其中：

8、14pin的内部连接器的类型包括usb系列的usb2.0、usb3.0 type-a，串口系列的ttl、rs-232、rs-485、rs-422，以太网系列的千兆、百兆；

9、20pin的内部连接器的类型包括电源、usb3.0 type-c、hdmi-a、hdmi-c、vga及dp。

10、进一步的，对usb系列、串口系列、以太网系列及多媒体系列接口及附带协议进行引脚线序规则设计，在电路设计软件中依照该规则设计原理图库、封装库，结合其他器件原理图完成模块电路设计及pcb设计，从而将通用机械接口转换为统一的内部连接器，实现常规典型接口归一化处理。

11、进一步的，内部连接器引脚线序遵循以下4点规则：①引脚首尾引脚设置为gnd；②高速信号线用gnd或nc隔开；③vbus贴近gnd设置；④差分信号线相邻设置，以保证良好的信号传输速率与电磁兼容性。

12、进一步的，采用分层布置的形式，从下往上依次为电池、集成主板、转换扩展模块和外接口模块，对板接口模块分布于成熟集成主板四周，以实现可重构的物联网汇聚终端。

13、进一步的，对板接口模块、转换扩展模块和对外接口模块均采用印刷电路板形式，板接口模块、转换扩展模块和对外接口模块的印刷电路板长、宽尺寸相同或尺寸成倍数关系，印刷电路板的边、角设置模块固定孔，模块安装孔尺寸相同，与对应模块的边、角相对距离相同，安装孔信号设置为gnd，配合铜螺柱实现模块分层安装的同时提高散热与电磁屏蔽效果。

14、本发明与现有技术对比，其显著优点为：1)通过引入成熟集成主板，加速产品集成速度的同时可根据需求替换；2)通过统一模块尺寸与固定孔位置，配合使用铜螺柱，将成熟集成主板、对板接口模块、转换扩展模块与对外接口模块分层安装，从而实现模块的任意组合、物联网汇聚终端的灵活重构；3)通过定义内部连接器引脚线序，对常规典型接口进行归一化处理，实现功能模块的快速替换与功能扩展，满足多种物联网应用场景；4)通过内部连接器引脚线序规则设计，保证良好的信号传输速率与电磁兼容性。

技术特征：

1.一种组合式可重构物联网汇聚终端的硬件架构，其特征在于，包括集成主板(2)、对板接口模块(3)、转换扩展模块(4)和对外接口模块(5)，其中集成主板(2)上的第一插座(10)与对板接口模块(3)的第一插头(11)连接，对板接口模块(3)的内部连接器(12)与转换扩展模块(4)的第一内部连接器通过内部软排线(6)连接，转换扩展模块(4)的第二内部连接器与外接口模块(5)的内部连接器通过内部软排线(6)连接，对外接口模块(5)上设置第二插座(13)，与外部接入设备连接；集成主板(2)完成信息快速处理后，依次通过对板接口模块(3)、转换扩展模块(4)和对外接口模块(5)传输和转化，输出场景需要的信号形式。

2.根据权利要求1所述的组合式可重构物联网汇聚终端的硬件架构，其特征在于，所述第一插座(10)为板载的机械母座接口，其类型包括usb2.0 type-a母座、usb3.0 type-a母座、usb3.0 type-c母座、百兆rj45、rs-232db9母座和hdmi-a母座；

3.根据权利要求1所述的组合式可重构物联网汇聚终端的硬件架构，其特征在于，所述转换扩展模块(4)包括usb转换类模块、电源转换类模块、音视频转换类模块、网络交换机和usb hub，其中usb转换类模块包括usb转以太网、usb转串口、usb转hdmi、usb转vga和usb转dp，电源转换类模块包括12v转5v、12v转3.3v，音视频转换类模块包括hdmi转vga和hdmi转dp。

4.根据权利要求1所述的组合式可重构物联网汇聚终端的硬件架构，其特征在于，所述第二插座(13)为机械母座接口，涵盖第一插座(10)的所有形态，包括usb系列的usb2.0type-a母座、usb3.0 type-a母座、usb3.0 type-c母座，串口系列的ttl db9母座、rs-232db9母座、rs-485db9母座、rs-422db9母座，以太网系列的百兆rj45、千兆rj45，音视频系列的hdmi-a母座、hdmi-c母座，dc电源母座。

5.根据权利要求2所述的组合式可重构物联网汇聚终端的硬件架构，其特征在于，内部连接器(12)采用14pin与20pin两种规格的接线端子，包括usb系列、串口系列、以太网系列及多媒体系列接口；内部软排线(6)也有两个规格分别为14pin与20pin，其中：

6.根据权利要求5所述的组合式可重构物联网汇聚终端的硬件架构，其特征在于，内部连接器(12)对usb系列、串口系列、以太网系列及多媒体系列接口及附带协议进行引脚线序规则设计，在电路设计软件中依照该规则设计原理图库、封装库，结合其他器件原理图完成模块电路设计及pcb设计，从而将通用机械接口转换为统一的内部连接器，其中：

7.根据权利要求1所述的组合式可重构物联网汇聚终端的硬件架构，其特征在于，采用分层布置的形式，从下往上依次为电池(14)、集成主板(2)、转换扩展模块(4)和外接口模块(5)，对板接口模块(3)分布于成熟集成主板(2)四周，以实现可重构的物联网汇聚终端。

8.根据权利要求1所述的组合式可重构物联网汇聚终端的硬件架构，其特征在于，对板接口模块(3)、转换扩展模块(4)和对外接口模块(5)均采用印刷电路板形式，板接口模块(3)、转换扩展模块(4)和对外接口模块(5)的印刷电路板长、宽尺寸相同或尺寸成倍数关系，印刷电路板的边、角设置模块固定孔，模块安装孔尺寸相同，与对应模块的边、角相对距离相同，安装孔信号设置为gnd，配合铜螺柱实现模块分层安装的同时提高散热与电磁屏蔽效果。

9.根据权利要求1所述的组合式可重构物联网汇聚终端的硬件架构，其特征在于，对板接口模块(3)、转换扩展模块(4)和对外接口模块(5)的数量根据应用需求可调整。

技术总结本发明公开了一种组合式可重构物联网汇聚终端的硬件架构，包括成熟集成主板、对板接口模块、转换扩展模块、对外接口模块与内部软排线，模块设置了内部连接器，配合内部软排线实现模块间的信号通联，对USB系列、串口系列、以太网系列及多媒体系列接口及附带协议进行了引脚线序规则设计，实现常规典型接口归一化处理及功能模块的快速替换，配合模块固定孔与铜螺柱，将成熟集成主板、对板接口模块、转换扩展模块与对外接口模块分层安装，从而实现模块的任意组合、物联网汇聚终端的灵活重构。技术研发人员：胡颖慧,徐玉宽,李杭,金纬地,柳玉玲受保护的技术使用者：苏州空天信息研究院技术研发日：技术公布日：2024/9/29