4G/5G数传模块 系列串口 转 4G DTU设备
选型表
1. 概述
QK-G400 QK-G40 两个系列是广州全控科技自主研发的通用远程数据采集控制工业级设备，G400 是一款基于全网通网络的无线数据传输终端设备， 提供全透明数据通道，可以方便的实现远程、无线、 网络化的通信方式，让您的设备轻松实现与 Internet 的无线连接，具有体积小、稳定性高、抗干扰强、组网灵活、安装简单、维护成本低等特点。广泛用于工业控制，铁路，安防，消防等领域。典型应用方案如图 1.1。
图 1.1 产品典型应用
说明：
G400 是 5.08 端子接口、G40 标准 DB9 接口、G200 是 5.08 端子接口。
QK-G200 是 2G 通用 DTU ，QK-G400 是 4G 版本通用 DTU,没有特别说明的地方功能通用。
G400 、G40 、G200 、DTU 、RTU 均为相同代名词。
特殊模式：产品可以支持点对点、点对多点模式，请联系销售人员。
您有任何要求致电我们，我们会为您精心开发！
订购信息
型号 | 功能 | 备注 |
QK-G400T | 增强型 RS-485 接口4G DTU 设备 | 工业级(推荐) |
QK-G400T | RS-485 接口 4G DTU 设备 | 工业级经济型 |
QK-G40A | RS-232 接口4G DTU设备 | 工业级经济型 |
QK-G40T | RS-485接口 4G DTU 设备 | PLC 专用 |
QK-G400N | 以太网接口4G DTU 设备 | 工业级 |
2. 性能特点
2.1 产品优势
内置低功耗高性能的嵌入式处理器 高可靠全网通模块；
解决虚假连接问题，再也不用担心设备无法连接服务器。
多重软硬件可靠设计，复合式看门狗技术，使设备安全运行；
支持 RS232/RS485 硬件接口；
丰富的接口，您想要的都有，还有 CAN 422 等接口，请联系我们
支持多种工作模式；
低功耗快速启动，体验极速启动！
支持主备中心地址，保证全网通连接的可靠性；
支持 域名和 IP 两种连接服务器方 式；
支持 心跳包功能，可保证终端 永远在线；
智能心跳模式，放心使用，保您永远在线！
支持注册包功能，全网通连上则首先发送指定数据包，方便服务器对终端的识别；
支持 AT 命令、配置工具、远程等对 DTU 进行参数配置和查询；
多种配置模式，您可放心使用！
工业级工作温度- 4 0~ + 8 5 度；
工业级设计标准，放心使用
支持配置参数掉电保存；
网络状态灯指示；
在线指示灯准确反馈设备工作状态！
收发各 7KB ，采用动态划分技术，提高缓存区使用效率
每帧可设置为 1024B 长度，适合大数据量连续传输
具有设备电源关断功能，方便用户控制
数据全透明传输，用户无需了解复杂的 TCP/IP 、PPP 等协议
支持数据中心动态域名或 IP 地址访问
支持 APN 虚拟专网业务
2.2 无线参数
项目 | 内容 |
标准及频段 | 支持 LTE-TDD：B38/B39/B40/B41 支持 LTE-FDD：B1/B3/B8 支持 TD-SCDMA：B34/B39 支持 WCDMA：B1/B8 支持 GSM：900/ 1800MHz |
带宽 | 1.4/3/5/ 10/ 15/20MHz |
接收灵敏度 | GSM900：- 109dBM GSM1800：- 108dBM LTE-FDDB1：- 101dBM LTE-FDDB3：- 101.5dBM LTE-FDDB8：- 102.5dBM LTE-TDDB38：- 101dBM LTE-TDDB39：- 101dBM LTE-TDDB40：- 100.5dBM LTE-TDDB41：- 101dBM TD-SCDMA B34：- 112dBM TD-SCDMA B39：- 111dBM |
突出特性 | 协议栈：TCP/IP GNSS： GPS,GLONASS,BeiDou/Compass,Galileo,QZSS |
数据特征 | LTE-TDD：Max Uplink 35MbpsMax Downlink 130Mbps LTE-FDD：Max Uplink 50MbpsMax Downlink 150Mbps TD-SCDMA：Max Uplink 2.2KbpsMax Downlink 4.2Mbps HSPA＋：Max Uplink 5.76MbpsMax Downlink 5.76Mbps EDGE：Max Uplink 236.8KbpsMax Downlink 296Kbps GPRS：Max Uplink 85.6KbpsMax Downlink 107Kbps |
认证 | CCC NAL SRRC |
2.3 硬件参数
项目 | 备注 | |
串口制式 | RS232/RS485（CAN 、以太网联系销售同事） | |
串口波特率 | 300~ 115200bits/s 默认（57600,8位数据, 无奇偶校验, 1位停止） | |
串口协议 | l 透明传输 l MODBUS l 专用定制串口协议 | |
看门狗 | 硬看门狗+软看门狗 | |
远程升级 | 支持 |
2.4 电气参数
项目 | 最小值 | 典型 | 最大值 | 单位 | 备注 |
环境温度 | -40 | 40 | +85 | 度 | |
储藏温度 | -40 | 40 | +85 | 度 | |
环境湿度 | 10 | 60 | +95 | 相对湿度 | |
工作电压 | 7.5 | 12 | 26 | V | 直流 |
平均电流 | 20 | 50 | 100 | mA | 射频发射的功率不同时段有些不同 |
天线阻抗 | 50 | Ω | |||
大气压力 | 54 | 106 | KPa | ||
海拔高度 | 3000 | m | 若超过 3000 时，应按照 GB/T 3859.2 规定降额 |
3. 产品安装
3.1 机械尺寸
产品安装机械尺寸如图 3.1 产品机械尺寸所示。
图 3.1 产品机械尺寸
3.2 天线和 SIM 卡安装
该产品必须正确安装及设置后才能达到预期的设计要求。
该产品的天线接口采用 50Ω SMA 母头底座，外接天线必须使用适合工作波段的天线， 如果采用其它不匹配天线将影响设备的使用，严重的可能会导致产品损坏。
产品安装如图 3.2所示：
图 3.2 产品安装
在安装 SIM 卡前，首先要把 DTU 外壳上的 SIM 卡抽屉取出（SIM 卡抽屉与天线接口 同侧），取出时用一个尖锐物体（比如镊子）按压抽屉旁的黄色小点，使抽屉弹出。
用尖锐物品，按 1 黄色处，卡座会弹出；
天线为 2 处 SMA 接口，天线各类见附表；
注意：在 DTU 通电的情况下严禁插拔 SIM 卡。
3.3 串口线缆安装
端子连接数据信号线和电源线，12Pin，用户数据和电源线缆建议使用：14~24AWG。使用一字起子将线缆固定在可插拔端子排的接线孔内，将所有的线缆连接完成并检查无误后将端子排插入设备的底部对应的位置。
必须注意，连接的线序应准确无误，线头绝缘层剥离的长度约 7mm(为了安全起见，绝缘层剥离长度不宜过长)。
图 3.3 接口说明
接口说明如表 3. 1 所示。
表 3.1 接口说明
接口 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
RS-485 | V- | V+ | RST | GND | A | B | GPI1 | GPI2 | 5VO | GND | TXD | RXD |
表 3.2所示为 RS-485 接口设备说明，保留接口请务使用，如有特殊需求请联系我们。
表 3.2 RS-485 设备说明
编号 | 接口名称 | 管脚说明 | 备注 |
1 | V- | 电源输入地 | |
2 | V+ | 电源输入正极 | 9V~+26V ，直流 |
3 | RST | 保留接口 | 可做关断使用，请咨询技术 |
4 | GND | RS-232 信号地 | |
5 | A | RS-485 A | |
6 | B | RS-485 B | |
10 | GND | UART 地 | 设备配置、调试使用 |
11 | TXD | UART 发送 | 设备配置、调试使用 |
12 | RXD | UART 接收 | 设备配置、调试使用 |
3.4 电源选择和安装
该产品可以使用 7V～26V 的宽范围电压供电，电源纹波控制在 300mV 以内。该产品在 进行无线通信时瞬间电流会很大，并且变化快速，所以外部电源的内阻要尽量小。
当使用 7V 供电时，电源线缆要尽量粗。
注意： 电源端子极性要注意，电源极性错误可能会导致产品和电源设备的严重损坏。
3.5 LED 指示定义
设备面板从上到下有两个 LED 分别是：4G/GPRS 在线指示灯、4G/GPRS 信号指示灯， 用来指示设备的工作状态， 方便用户观察设备的工作状况。
图 3.4 指示灯说明
指示灯详细说明如表 3.3所示。
表 3.3 指示灯说明
编号 | 接口名称 | 管脚说明 | 备注 |
1 | 在线指示灯 | 常亮：连上服务器 闪烁：有数据通讯 | |
2 |
信号指示灯 | 暗 1 秒亮 1 秒：系统启动成功，正在初始化 暗 3 秒闪一下：找到网络注册成功 暗 3 秒闪两下：正在拨号，拨号成功 |
4. 设备配置
为方便用户对设备进行配置，全控科技提供了基于 windows 配置软件，兼容目前市面 上的大多数 32bit ，64bit 的系统，实现一键配置的功能。
从配置界面上来分，包括“ 图形配置方式”和“AT 命令配置方式。
从距离来分，包括“本地串口配置” 、”远程网络配置”。
注意：
在成功修改了波特率后，设备重启后，应使用上一次成功修改后的波特率，否则会出现连接不上设备的错误。
设备出厂默认的串口参数为：波特率：57600 数据位：8 停止位：1 校验位：None
4.1 本地串口配置
4.1.1 硬件连接
QK-G400 系列智能数传终端配置，先接好串口线（USB 转 uart ttl 电平）， 与电脑相连接。接线说明如表 4.1所示。
USB 转 uart ttl 电平 | QK-G400T |
电源正极引脚 | |
数字地引脚 | GND（P10） |
发送引脚 | TXD/UART 发送（P11） |
接收引脚 | RXD/UART 接收(P12） |
表 4.1 硬件连接示意图
设备也可以使用 RS-485 配置，接 A 、B 线即可配置。
按照提示步骤安装 4G-DTU 智能数传终端的配置工具，安装并打开。
4.1.2 软件说明
选择好串口，点击“进入配置 ”如图
在配置工具右上角根据设备配置的串口波特率设置正解的参数，设备出厂默认的串口参数为：57600 8 1 None。
4.1.3 配置 DTU 的操作步骤
1. 单击【进入配置】，此时原来灰色的按钮变为有效。
2. 【获取信息】，如图 4.1所示，用户根据实际更改各个配置。（低版本无法自动获取信息，需要用户点击）。
图 4.1 配置界面
在上图中，灰色选项是用户无法修改的，其中包含设备型号、ID 号和软硬件版本号，而其它配置项为用户可修改的。
配置选项，用户根据实际需要配置相应的参数，各个参数的说明可见配置界面的信息框有显示，图示箭头。
3. 高级配置内容
4. 导入导出功能
5. 单击【修改配置】，配置的参数在设备初始化完成后生效；
用户在修改各项配置之后，必须提交修改才能将参数写入设备中，否则修改是无效的。 提交修改后退出配置，设备将进行初始化工作，被修改的参数在初始化完 成时生效。
6. 单击【获取信息】，此时修改后的信息出现在界面上（高版本软件自动获取配置）；
此步方便用户观察所修改的参数是否写入设备。
7. 【退出配置状态】。
4.2 远程网络配置
远程配置和本地配置基本上相同，设备连接成功后会的设备 ID,选择 ID 后进入配置。
4.2.1 远程配置界面
该方式适合工作人员在不方便到工程安装现场进行设备调试时使用。
远程无线配置步骤 如图 4.2所示，如下：
图 4.2 远程配置界面
1. 前期准备，用配置工具建立 TCP 服务器，等待 DTU 连接；
Ø 远程配置的首要条件是 DTU 能够连接服务器并且正常的收发数据。
Ø 首先在配置工具中选择【远程配置】；
Ø 然后设置服务器端口号；中端口号设置为 9000（用户根据实际值设置）；最后启动服务，等待用户设备连接到配置软件。
2. DTU 连接成功显示连接信息，单击【进入配置】；
DTU 连接配置工具后，会显示当前的连接信息，如图 4. 1 所示。有多个设备同时连接上配置工具时，请选择需要的设备，然后用户单击【进入配置】，由于网络原因，远程配置可能会比本地配置响应时间稍长，请耐心等候。
3. 获取配置信息，修改配置，提交修改，其它和本地配置基本上相同；
图 4.3 远程配置获取信息界面
4. 【退出配置】：当用户配置完成之后，单击【退出配置】或者【重启设备】。
4.3 AT 命令配置方式
设备可以采用 AT 指令的配置方式，本地配置软件可以采用通用的串口调试器，如基于 windows 的丁丁串口等，这里采用 sscom3.2 为例，如下图 4.4，必须先配置串口参数， 串口号按实际选择，波特率缺省为 57600bps ，发送+++ in set,注意勾选发送新行，如果收到返回“OK ”，设备从透传模式转到配置模式。
图 4.4 SSCOM32
注意：AT 指令的配置方式比较复杂，请致电我们，我们为您服务。
5. 数据传输
一般 DTU 采用透传数据模式，可以将串口数据发送到云端，也可以发送到指定建立的服务器。
自主技术可以保证到数据字节，数据帧的同步，确保同本地得到数据一致性。
详细设置如图 5.1服务器建立，使用通用的 tcp/udp 测试工具。
创建 TCP 服务器；
花生壳的映射端口和创建的 TCP 服务器端口相同，启动服务器。
（通常客户会遇到问题，如果您遇到问题请致电我们，我们将为您解决相关难题）。
图 5.1 服务器建立
大约 30 秒后建立连接，如下图所示。下图 5.2 测试效果，这是通用测试软件所做的自动的收发测试，正常使用情况下误码率为 0 ，不会丢失数据包。
图 5.2 测试效果
6. 应用案例
6.1 DTU 与公网上的数据中心服务器相连
本节以实例的形式介绍 DTU 组网通信过程。整个应用过程如图 6.1所示，大致可以分为 4 步，下面分别介绍。
图 6.1 DTU 使用流程
6.1.1 建立数据服务中心
建立数据中心方法比较多：
采购阿里、腾讯、百度服务器，费用较高；
公司网络建立服务器，通过路由器映射。前提是公司网络有公网IP ，如果没有可以借助花生壳内网穿透；
借助全控云服务器。
如任何问题可以咨询我们。
6.1.2 DTU 配置
DTU 配置可以参考 4设备配置，有多种方案可以配置设备。
6.1.3 数据交互测试
以上两部完成后，可以借助 PC 电脑等工具对设备进行测试，完成数据收发验证，最后可以接上用户设备验证设备通信情况。
6.2 案例
6.2.1 远程饲料水分监控
本应用方案实现了用户远程监控饲料水分 。其主要的原理是：
位于工业现场的饲料水分传感器通过与无线数传设备（DTU）相连 ，无线数传设备（DTU）通过 4G 网络将饲料水分传感器的数据发送到互联网的服务器上。用户通过登陆互联网服务器平台查看数据和在服务器平台上对位于工业现场的水分传感器进行控制。
1. 概述
随着科学技术的飞速发展，水分传感器已成为现代饲料制作业、饲料加工业的标准设备，以高精准度、高可靠性、抗干扰能力强、适用范围广、体积小、重量轻、功耗小等优点，被广泛应用于饲料、粮食烘干、烧结料、污泥、烟丝、烟叶、原油、煤炭、砂石、食品、化工等行业。
在水分传感器通信中，水分传感器可以与通用计算机直接相连，或通过通信处理单元、 通信转换单元构成的网络，以实现数据的传输与交换。
如果希望构成“集中管理，分散控制 ”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化（FA） 系统发展的需求，传统的通信电缆布线方式虽然能够满足系统需求，但是安装繁琐、布线麻烦、维护不方便、 ……也因此造成不稳定因素大大增加。
2. 通信方式的选择
通常，与水分传感器通信方式主要有以下几种：
● 水分传感器通过数据线与电脑直接相连，利用电脑对水分传感器进行数据的查看与直接控制。这种方式需要进行布线，存在安装不方便，维护成本比较昂贵，传输的距离受到通信方式的限制等缺点；
● 工作人员使用便携电脑到设备现场进行数据更新。这种方式使得实时性大大降低，也加大了工作人员的劳动强度，增加了企业运作的人力成本开支；
● 通过 4G/3G/2G 无线数据传输的方式对水分传感器进行监制。这种方式优点在于组网方便、建设和维护成本低、通信可靠、不受时间和空间的限制，能够对水分传感器中的数据进行实时更新。
3. 系统组成
无线数据传输可以采用 4G 方式，也可以采用 3G 、2G 等其他方式。就目前的网络状况而言，4G 的数据传输速度快，适应于城市和乡村无线上网，并且可以全国漫游。但 3G、2G 在偏远地区的网络覆盖比 4G 好。如果用户的设备安装在偏远的地区，建议使用 3G 、2G 的方式进行数据传输。
本方案中整套系统由用户设备（水分传感器）、4G 无线数传设备（DTU）QK-G400 、服务器三大部分组成，方案如图 6.2远程饲料水分监控所示。
从图 6.2远程饲料水分监控中我们可以看出，位于工业现场的水分传感器通过快速传输通道与 DTU 连接，DTU 再通过 4G 网络、Internet与接入互联网的服务器建立连接， 从而实现通信。
图 6.2 远程饲料水分监控
采用以上方案的优点在于用户对数据的更新不受时间和地点的限制，无论是何时何地，用户只要拥有了一台可以上网的计算机，就可以随时与工业现场中的水分传感器进行通信。
6.2.2 UPS 的线监控
1. 概述
在 UPS 通讯中，UPS系统可以与通用计算机直接相连，或通过通信处理单元、通信转换单元构成的网络，以实现数据的传输与交换。
通讯方式的选择：通常与 UPS通信方式主要有以下两种：
UPS 通过数据线与电脑直接相连，利用电脑对其进行直接监控。这种通讯方式需要工作人员时刻在现场监控，比较受时间和空间的限制。
通过 4G 无线数据传输的方式对 UPS 进行监控。这种方式优点在于组网方便、建设和维护成本低、通信可靠、不受时间和空间的限制，能够对 UPS 进行实时监控
综上所述，使用 4G 无线通信方式是一种理想的选择。
本应用方案实现了用户远程监控 UPS 。其主要的原理是：
位于工业现场的 UPS 通过串口（RS-232）直接与无线数传设备（DTU）相接。登录互联网的服务器，互联网服务器通过 Internet 、4G 网络与无线数传设备（DTU）建立连接，以实现对 UPS 远程控制。
2. 系统组成
本方案中整套系统由用户设备（UPS）、4G 无线数传设备（DTU）、云服务器三大部分组成。方案如图 6.3 UPS在线监控。
图 6.3 UPS 在线监控
7. 常见问题
1. DTU 指示灯不亮
分析：QK-G400 没有电源指示灯，5 秒后设备网络灯将有闪烁，或者给设备重新上电，设备指示灯有短亮。
2. 在 DTU 正常工作下，超过 30 秒没有连接成功服务器
分析：可能由于网络环境不好，导致连接超时，如果超过 1 分钟没有连接成功，检测卡是否接好，天线是否正常，客户可通过配置工具获取信号强度，检测设备是否正常。
同时要检测服务器是否能正常工作。
3. DTU 无法配置
检查配置波特率是否正确，如果为 RS-485 接口最好加上终端电阻。
下载支持
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