CN103699029B - 一种能耗数据采集终端 - Google Patents
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Abstract
一种能耗数据采集终端，包括模拟量连接单元、开关量连接单元、串行通信连接单元、运算处理器、无线通信单元、供电单元，及与运算处理器和串行通信连接单元相连的嵌入式处理器。本发明即能通过串行通信方式采集仪表设备的建筑能耗数据，还能直接采集目标仪表设备输出的开关量信号及模拟量信号等，并通过2G、3G无线网络或以太网网络定时或在线实时将采集的数据上传到远程的监控系统。也可在远程监控系统下发的控制指令下，进行现场数据的技术采集和对终端的远程配置，给建筑物能耗数据采集带来极大方便。
Description
技术领域
本发明涉及建筑能耗数据采集设备领域，特别是一种能耗数据采集终端。
背景技术
目前，随着我国经济的发展城市化进程的加快，相应的建筑物和用能设施也成倍增加，各类建筑的能耗问题日益突出。因而建筑物需要建立节能监测平台，从而获得准确真实的能耗数据，便于政府部门强化监督管理，确保新建建筑全面执行建筑节能强制性标准，建立和完善能耗测评、用能标准、能耗统计、能源审计、能效公示、用能定额、节能服务等各项制度，促进既有高耗能建筑节能运行和改造。而建筑能耗监测的数据采集尤为重要，目前这类数据的采集装置一般采集能耗种类较少，稳定性较差，采集的精度不够，存储的数据有限，采集的周期固定不可随时变更等不少的缺陷。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺点，提出一种能耗数据采集终端。
本发明采用如下技术方案：
一种能耗数据采集终端，其特征在于：包括
模拟量连接单元，包括多路模拟量输入输出端以采集模拟信号；
开关量连接单元，包括多路开关量输入输出端以采开关量信号；
串行通信连接单元，用于以串行通信形式采集能耗数据；
运算处理器，与模拟量连接单元和开关量连接单元相连，用于接收并处理模拟信号和开关量信号得到能耗数据；
嵌入式处理器，与运算处理器和串行通信连接单元相连，用于控制接收和发送能耗数据；
无线通信单元，与嵌入式处理器相连，用于发送能耗数据及接收控制命令；
供电单元，与上述模拟量连接单元、开关量连接单元、运算处理器和嵌入式处理器单元相连。
进一步的，所述嵌入式处理器包括ARM核心模块、USART模块、USB模块和以太网模块，该USART模块与所述串行通信连接单元相连，该USB模块与所述无线通信单元相连，该ARM核心模块与USART模块、USB模块和以太网模块相连。
进一步的，所述模拟量连接单元的每个模拟量输入端连接有一电压跟随器电路，该电压跟随器电路采用LM321芯片。
进一步的，所述开关量连接单元的每个开关量输出端连接有一光耦隔离电路。
进一步的，所述运算处理器包括有模数转换单元，该模数转换单元与所述模拟量连接单元的输出端相连用于将模拟信号转换成数字信号。
进一步的，所述串行通信连接单元包括RS232模块和RS485模块。
进一步的，无线通信单元为3G网络通信模块。
进一步的，还包括有继电器，该继电器与所述运算处理器相连用于根据运算结果产生无源开关量。
进一步的，还包括有USB接口、SIM卡接口、TF卡接口和串行通信接口。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的能耗采集终端包括具有多路模拟量输入输出端的模拟量连接单元，具有多路开关量输入输出端的开关量连接单元、串行通信连接单元和无线通信单元，即能通过串行通信方式采集仪表设备的建筑能耗数据，还能直接采集目标仪表设备输出的开关量信号及模拟量信号等，并通过2G、3G无线网络或以太网网络定时或在线实时将采集的数据上传到远程的监控系统。也可在远程监控系统下发的控制指令下，进行现场数据的技术采集和对终端的远程配置，给建筑物能耗数据采集带来极大方便；
2、本发明的能耗数据采集终端，基于嵌入式ATMEL AT91SAM9260和Linux操作平台，采用调度式轮询任务机制，可以及时改变采集时间周期而不用重启采集终端，且及时生效，实现及时准确的对任务端口进行能耗数据采集及控制，达到正负0.1秒的采集精度，为用户或企业提供随时核对能耗情况及分析趋势提供参考。
附图说明
图1为本发明的连接结构图；
图2为本发明的模拟量连接单元主要结构图（芯片CD4051）；
图3为本发明的电压跟随器电路示意图；
图4为本发明的光耦隔离电路示意图；
图5为本发明的RS232电路示意图；
图6为本发明的RS485的电路示意图；
图7为本发明的运算处理器示意图（微处理芯片STM32F103VC）；
图8为本发明的嵌入式处理器的连接示意图；
图9为本发明继电器的电路图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1，一种能耗数据采集终端，包括
模拟量连接单元10，包括16路模拟量输入输出端，由多个单8通道数字控制模拟电子开关CD4051组成(参照图2)。每个模拟量输入端连接有一电压跟随器电路，该电压跟随器电路采用LM321芯片及外围电路组成（参照图3，其输出AD-1端接图2中CD4051的DH4脚），可将4-20mA转换为0-3V。因此，模拟量连接单元可接收0～5V的电压模拟信号或4～20mA的电流模拟信号等。实际应用中，该模拟量连接单元10可连接多功能点表，三相电度表，单相电度表，以及各类输出为模拟量信号的传感器等。
开关量连接单元20，用于采集开关量信号及接收开关量控制信号，包括4路开关量输入输出端，每个开关量输出端连接有一光耦隔离电路以实现电气隔离，该光耦隔离电路可采用PC521及其外围电路实现（参照图4）。实际应用中，该开关量连接单元20可连接开关的辅助触点，行程开关，继电器辅助触点，接触器辅助触点等。
串行通信连接单元30，用于以串行通信形式采集能耗数据，包括RS232模块31（参照图5）和RS485模块32（参照图6）。
运算处理器40，与模拟量连接单元和开关量连接单元相连，用于接收并处理模拟信号和开关量信号得到能耗数据及发送控制信号等。参照图7，该运算处理器40采用STM32F103VC的微处理芯片，该芯片内包括有模数转换单元，该模数转换单元与模拟量连接单元的输出端相连用于将模拟信号转换成数字信号。对模拟信号的转换过程如下：物理量→传感器信号→标准电信号（模拟量信号）→A/D转换→数值显示。例如，对于0～50℃的温度变送器，该变送器输出的电信号为4～20mA，将该变送器接到模拟量连接单元的输入端，地址为AIW0。根据模拟量输入值的对应关系，AIW0中的值为0～1000。
嵌入式处理器50，与运算处理器40和串行通信连接单元30相连，参照图8，基于嵌入式处理器ATMEL AT91SAM9260和Linux平台，用于接收能耗数据及发送开关量控制信号等。包括ARM核心模块51、USART模块52、USB模块53、以太网模块54、SPI flash、SDRAM、Nand Flash等。该USART模块52与串行通信连接单元的RS232模块31和RS485模块32相连用于传输能耗数据等。该ARM核心模块51与USART模块52、USB模块53和以太网模块54相连采用ATMELAT91SAM9260，系统内构建了调度式的轮询任务机制，可以及时改变采集时间周期而不用重启采集终端，且及时生效。及时准确的对任务端口中进行数据采集及控制，达到正负0.1秒的采集精度。
无线通信单元60，与上述的USB模块53相连，采用TD-SCDMA3G网络通信模块EM560与远端的监控系统通信（参照图8），用于发送能耗数据及接收控制信号。该3G网络通信模块通过SP29300-3.3提供3.3V电源，并通过MOS管控制电路控制供电的开启和关断。
供电单元70，与上述的模拟量连接单元10、开关量连接单元20、运算处理器40相连为整个采集终端供电，具有110-220V输入，DC9V电压输出。
继电器80，该继电器80与运算处理器40相连用于根据运算结果产生无源开关量，继电器电路可参照图9。
另外，本发明还包括有USB接口、SIM卡接口、TF卡接口、RJ45接口和串行通信接口。该USB接口与USB模块53相连。RJ45接口与以太网模块54相连，用于接入以太网从而与远端监控系统通信。该串行通信接口包括分别连接RS232模块31和RS485模块32的RS232接口和RS485接口，用于连接被采集的仪表设备的串行通信接口。
本发明的嵌入式处理器内置SQLLite数据库引擎，包括字段设置如下：序号，端口，上一次采集时间，下一次采集时间及数据类型。步骤如下：
1）调度程序运行一特定调度查询语句，找出最靠近时间点的端口号进行采集；
2）采集端口完结时，写入本次采集时间点和新的下次采集时间点，关闭端口连接；
3）取出下一个即将采集的端口备用；
4）进行新一轮调度动作。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (5)
1.一种能耗数据采集终端，其特征在于：包括
模拟量连接单元，包括多路模拟量输入输出端以采集模拟信号，其每个模拟量输入端连接有一电压跟随器电路，该电压跟随器电路采用LM321芯片；
开关量连接单元，包括多路开关量输入输出端以采开关量信号，其每个开关量输出端连接有一光耦隔离电路；
串行通信连接单元，用于以串行通信形式采集能耗数据；
运算处理器，与模拟量连接单元和开关量连接单元相连，用于接收并处理模拟信号和开关量信号得到能耗数据；
嵌入式处理器，与运算处理器和串行通信连接单元相连，用于控制接收和发送能耗数据；
无线通信单元，与嵌入式处理器相连，用于发送能耗数据及接收控制命令；
供电单元，与上述模拟量连接单元、开关量连接单元、运算处理器单元和嵌入式处理器单元相连；
所述嵌入式处理器包括ARM核心模块、USART模块、USB模块和以太网模块，该USART模块与所述串行通信连接单元相连，该USB模块与所述无线通信单元相连，该ARM核心模块与USART模块、USB模块和以太网模块相连；该嵌入式处理器内构建了调度式的轮询任务机制，以及时改变采集时间周期而不用重启采集终端；
还包括有继电器，该继电器与所述运算处理器相连用于根据运算结果产生无源开关量。
2.如权利要求1所述的一种能耗数据采集终端，其特征在于：所述运算处理器包括有模数转换单元，该模数转换单元与所述模拟量连接单元的输出端相连用于将模拟信号转换成数字信号。
3.如权利要求1所述的一种能耗数据采集终端，其特征在于：所述串行通信连接单元包括RS232模块和RS485模块。
4.如权利要求1所述的一种能耗数据采集终端，其特征在于：无线通信单元为3G网络通信模块。
5.如权利要求1所述的一种能耗数据采集终端，其特征在于：还包括有USB接口、sim卡接口、TF卡接口和串行通信接口。
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