NB DTU/RTU软硬件设计开源资料分析（TCP协议+MQTT协议+GNSS定位）

一 、系统综述

1 项目综述

NB DTU/RTU开源产品，使用奇迹的AM21EV5/V6模组作为主控，支持NB通讯和GNSS，支持通过上位机配置相应信息，将普通产品数据通过边缘网络设备转化为网络数据。

2 产品系统框图

系统框图

功能简介

1. 电源：向SOM核心板+底板，以及扩展外设提供电源

2. SOM核心板+底板：产品核心部分

3. 上位机：配置设备参数。

4. NB天线：信号接收发送

5. DI/DO：开关量输入，输出

6. AI：模拟输入

7. SOM板和底板之间的接口使用板对板连接器

二 、组件产品资料

2.1 SOM板

产品功能描述

SOM板，是开源产品（DTU和RTU等）的公共核心板。

产品资源介绍

SOM板一共引出了4排插针，用户可用的接口有3个GPIO，可以作为普通输入输出GPIO，也可以作为串口；2个ADC；一组4线SPI；一组I2C；SPI和I2C接口也可以作为普通GPIO。两个串口固定作为AT串口和调试串口。

电源电路

AM21EV5/V6模块

GPS I-PEX座

NB I-PEX座

SIM电路

排座

电源

GPIO

UART

I2C

SPI

DI/DO

AI

板对板连接器

产品形态

SOM板形态根据AM21EV5、AM21EV6这两个不同模组和卡形态，分为6种硬件形态。分别为：

编号	卡形态	GPS
形态A	模组内置贴片卡	支持
形态B	全网通三合一卡	支持
形态C	插拔卡	支持
形态D	模组内置贴片卡	不支持
形态E	全网通三合一卡	不支持
形态F	插拔卡	不支持
形态G	5*6贴片卡	支持
形态H	5*6贴片卡	不支持

2.2 底板

产品功能描述

底板板，是开源产品（DTU和RTU等）的公共底板。

产品资源介绍

底板接口有： 电源接口；六排排针，核心板和MCU所有的IO都接在这六排排针上；绿端子两个，一个2PIN的是电源接口，一个10PIN的是DTU/RTU对外的接口。详情查看原理图。

电源电路

AM21EV5/V6模块接口

SIM电路

232/485电平转换电路

LED

绿端子

电源

GPIO

UART

DI/DO

AI

板对板连接器

产品形态

底板形态只有一种。

三 、场景应用系统级产品版本定义

3.1 开发板

产品功能描述

开发板，是专门方便用户快速上手，加快开发的硬件。是各种场景下不同功能的组合。

SOM板可以根据客户需求，使用需要的形态，底板使用PCB焊接DI/DO、AI插座的全功能版本。

产品资源介绍

电源电路

SOM板

底板

232串口

485串口

DI/DO

AI

扩展接口

普通GPIO接口

SPI接口

I2C接口

UART接口

产品软件模块

AT指令模块

TCP透传模块

网络AT模块

心跳模块

GPS模块

TCP下行数据模块

3.2 DTU形态A

产品功能描述

DTU (Data Transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。

DTU形态A，使用SOM板的形态A，带GPS，单一网络贴片卡。底板使用PCB未焊接DI/DO、AI插座的版本。

产品资源介绍

电源电路

SOM板

底板

232串口

485串口

扩展接口

普通GPIO接口

SPI接口

I2C接口

UART接口

产品软件模块

AT指令模块

TCP透传模块

网络AT模块

心跳模块

GPS模块

TCP下行数据模块

3.3 DTU形态B

产品功能描述

DTU (Data Transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。

DTU形态B，使用SOM板的形态B，带GPS，三合一全网通卡。底板使用PCB未焊接DI/DO、AI插座的版本。

产品资源介绍

电源电路

SOM板

底板

232串口

485串口

扩展接口

普通GPIO接口

SPI接口

I2C接口

UART接口

产品软件模块

AT指令模块

TCP透传模块

网络AT模块

心跳模块

GPS模块

TCP下行数据模块

3.4 DTU形态C

产品功能描述

DTU (Data Transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。

DTU形态C，使用SOM板的形态C，带GPS，插拔卡。底板使用PCB未焊接DI/DO、AI插座的版本。

产品资源介绍

电源电路

SOM板

底板

232串口

485串口

扩展接口

普通GPIO接口

SPI接口

I2C接口

UART接口

产品软件模块

AT指令模块

TCP透传模块

网络AT模块

心跳模块

GPS模块

TCP下行数据模块

3.5 DTU形态D

产品功能描述

DTU (Data Transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。

DTU形态D，使用SOM板的形态D，单一网络贴片卡。底板使用PCB未焊接DI/DO、AI插座的版本。

产品资源介绍

电源电路

SOM板

底板

NB天线

232串口

485串口

扩展接口

普通GPIO接口

SPI接口

I2C接口

UART接口

产品软件模块

AT指令模块

TCP透传模块

网络AT模块

心跳模块

TCP下行数据模块

3.6 DTU形态E

产品功能描述

DTU (Data Transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。

DTU形态E，使用SOM板的形态E，三合一全网通卡。底板使用PCB未焊接DI/DO、AI插座的版本。

产品资源介绍

电源电路

SOM板

底板

NB天线

232串口

485串口

扩展接口

普通GPIO接口

SPI接口

I2C接口

UART接口

产品软件模块

AT指令模块

TCP透传模块

网络AT模块

心跳模块

TCP下行数据模块

3.7 DTU形态F

产品功能描述

DTU (Data Transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。

DTU形态F，使用SOM板的形态F，插拔卡。底板使用PCB未焊接DI/DO、AI插座的版本。

产品资源介绍

电源电路

SOM板

底板

NB天线

232串口

485串口

扩展接口

普通GPIO接口

SPI接口

I2C接口

UART接口

产品软件模块

AT指令模块

TCP透传模块

网络AT模块

心跳模块

TCP下行数据模块

3.8 RTU形态A

产品功能描述

RTU (Data Transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。

RTU形态A，使用SOM板的形态A，带GPS，单一网络贴片卡。底板使用PCB焊接DI/DO、AI插座的版本。

产品资源介绍

电源电路

SOM板

底板

GPS天线

NB天线

232串口

485串口

DI/DO

AI

扩展接口

普通GPIO接口

SPI接口

I2C接口

UART接口

产品软件模块

AT指令模块

TCP透传模块

网络AT模块

心跳模块

GPS模块

TCP下行数据模块

3.9 RTU形态B

产品功能描述

RTU (Data Transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。

RTU形态B，使用SOM板的形态B，带GPS，三合一全网通卡。底板使用PCB焊接DI/DO、AI插座的版本。

产品资源介绍

电源电路

SOM板

底板

GPS天线

NB天线

232串口

485串口

DI/DO

AI

扩展接口

普通GPIO接口

SPI接口

I2C接口

UART接口

产品软件模块

AT指令模块

TCP透传模块

网络AT模块

心跳模块

GPS模块

TCP下行数据模块

3.10 RTU形态C

产品功能描述

DTU (Data Transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。

DTU形态C，使用SOM板的形态C，带GPS，插拔卡。底板使用PCB焊接DI/DO、AI插座的版本。

产品资源介绍

电源电路

SOM板

底板

GPS天线

NB天线

232串口

485串口

DI/DO

AI

扩展接口

普通GPIO接口

SPI接口

I2C接口

UART接口

产品软件模块

AT指令模块

TCP透传模块

网络AT模块

心跳模块

GPS模块

TCP下行数据模块

3.11 RTU形态D

产品功能描述

RTU (Data Transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。

RTU形态D，使用SOM板的形态D，单一网络贴片卡。底板使用PCB焊接DI/DO、AI插座的版本。

产品资源介绍

电源电路

SOM板

底板

NB天线

232串口

485串口

DI/DO

AI

扩展接口

普通GPIO接口

SPI接口

I2C接口

UART接口

产品软件模块

AT指令模块

TCP透传模块

网络AT模块

心跳模块

TCP下行数据模块

3.12 RTU形态E

产品功能描述

RTU (Data Transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。

RTU形态E，使用SOM板的形态E，三合一全网通卡。底板使用PCB焊接DI/DO、AI插座的版本。

产品资源介绍

电源电路

SOM板

底板

NB天线

232串口

485串口

DI/DO

AI

扩展接口

普通GPIO接口

SPI接口

I2C接口

UART接口

产品软件模块

AT指令模块

TCP透传模块

网络AT模块

心跳模块

TCP下行数据模块

3.13 RTU形态F

产品功能描述

RTU (Data Transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。

RTU形态F，使用SOM板的形态F，插拔卡。底板使用PCB焊接DI/DO、AI插座的版本。

产品资源介绍

电源电路

SOM板

底板

NB天线

232串口

485串口

DI/DO

AI

扩展接口

普通GPIO接口

SPI接口

I2C接口

UART接口

产品软件模块

AT指令模块

TCP透传模块

网络AT模块

心跳模块

TCP下行数据模块

3.14 其它形态

开源项目除了上述使用TCP协议的形态，还有使用MQTT协议的形态，硬件没有改动，和上述所有形态一样，只是软件协议上有改动。

四 、电源方案

采用220V转5V直流电源。

五 、天线方案

NB天线：小辣椒天线，通过I-PEX线和外壳连接。

标准尺寸。

GPS天线：小辣椒天线，通过I-PEX线和外壳连接。

标准尺寸。

六 、产品结构及安装方式

产品结构示意图：

产品外壳尺寸：小于等于64mmX69mmX25mm

产品安装方式：通过2个固定孔固定在设备上

核心板、地板，板对板连接器结构示意图

七 、产品规格

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参数		描 述
	供电	6 - 24V直流电源
	频段	band3、band5、band8
	SIM/USIM口	内置2mm*2mm eSIM、内置5mm*6mm三合一卡、卡座
产品重量	重量	500——700g
外形尺寸	外壳尺寸(mm)	小于等于96mmX78mmX25mm
	外壳装配方式	预留两个固定孔
	外壳	金属
温度范围	工作温度	-20℃~ +80℃
	存储温度	-20℃~ +85℃
软件功能	工作模式	透传模式，非透传模式
	设备平台	无
	客户端	奇迹自主开发
	通信协议	tcp、mqtt
	设备数据上报	注册包，心跳，透传数据，定位信息
	平台下行数据	网络AT，透传数据

八 、NB DTU/RTU开源产品硬件资料包

详情请见Wiki：Cellular IoT Wiki 知识库

九 、NB DTU/RTU开源产品软件代码讲解以及使用

详情请见Wiki：Cellular IoT Wiki 知识库

十 、NB DTU/RTU开源产品固件

详情请见Wiki：Cellular IoT Wiki 知识库

十一、如何了解更多NB DTU/RTU开源产品方案

本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki：Cellular IoT Wiki 知识库（https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf）

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审核编辑 黄宇