CN110579634A - 一种用于机房的智能采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于机房的智能采集装置，主要包括主控模块、电源转换模块、通信模块和交流电采集模块；所述电源模块分别连接所述主控模块、通信模块和交流电采集模块，所述交流电采集模块的一端连接交流电信号，交流电采集模块的另一端连接所述主控模块的一端，主控模块的另一端连接所述通信模块的一端，通信模块的另一端连接上位机。本发明装置体积较小，结构简单，电路稳定性高，能够实时提供详细、可靠的机房内各部位的电压、电流信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于采集机房内交流电信号的装置，属于信号采集技术领域。
背景技术
随着人们对IT服务的要求越来越高，企业和政府建立了大量的机房。机房内部布置有多个服务器和设备，这些服务器和设备对环境的要求极高，机房内的温度、湿度等都需要单独设置，这些服务器和设备也会通过专门的电缆或母排进行供电。在实际使用过程中，由于供电设备磨损、电力故障、电磁干扰等多种原因的影响，机房内的设备、服务器可能出现电压、电流异常的情况，如果无法及时发现异常并进行处理，很可能导致相应的设备或服务器故障，影响机房使用，甚至导致机房数据丢失。为了时刻了解机房用电情况，确保机房内各个设备的正常运行，需要一个机房电信号采集装置。
发明内容
为了实时掌握机房用电情况，提高机房用电安全，本发明提出了一种用于机房的智能采集装置，该装置直接与机房内的电缆、母排等供电设备连接，通过采集电路实时采集三相或单相交流电信号，并将采集到的信号传输到上位机，本装置结构简单，电路稳定，能够提供详细、可靠的电压、电流信息。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：
一种用于机房的智能采集装置，包括主控模块、电源转换模块、通信模块和交流电采集模块；所述电源转换模块分别连接所述主控模块、通信模块和交流电采集模块，用于输出4.5V和3.3V电压；所述交流电采集模块的一端连接交流电信号，交流电采集模块的另一端连接所述主控模块的一端，主控模块的另一端连接所述通信模块的一端，通信模块的另一端连接上位机。
所述交流电采集模块包括第一电阻、第一场效应管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第二场效应管、第五电阻、第六电阻、采集芯片、第一接线端子和第二接线端子，所述第一电阻的一端连接4.5V电压，第一电阻的另一端和主控模块的TX脚分别连接所述第一场效应管的D脚，所述第二电阻的一端和第三电阻的一端分别连接3.3V电压，第二电阻的另一端连接第一场效应管的G脚，第三电阻的另一端连接第一场效应管的S脚，第一场效应管的S脚还连接所述采集芯片的TXD脚，所述第四电阻的一端分别连接4.5V电压，第四电阻的另一端和主控模块的RX脚分别连接所述第二场效应管的D脚，所述第五电阻的一端和第六电阻的一端分别连接3.3V电压，第五电阻的另一端连接第二场效应管的G脚，第六电阻的另一端连接第二场效应管的S脚，第二场效应管的S脚还连接采集芯片的RXD脚，采集芯片的电流信号输入端连接第一接线端子的一端，采集芯片的电压信号输入端连接第二接线端子的一端，第一接线端子的另一端和第二接线端子的另一端分别连接交流电信号。
进一步的，所述主控模块采用MCU，所述MCU用于接收、存储交流电采集模块的信号，并控制通信模块将接收到的信号传输到上位机。
进一步的，所述采集芯片采用三相电采集芯片或单相电采集芯片。
进一步的，所述电源转换模块包括第一电容、第七电阻、第一DC-DC降压芯片、第八电阻、第一电感、第九电阻、第一二极管、第二二极管、第十电阻和第二电容，所述第一DC-DC降压芯片的VIN脚和第一电容的一端分别连接24V电压，第一电容的另一端接地，所述第七电阻并联在第一DC-DC降压芯片的VIN脚和VDD脚之间，所述第八电阻的一端连接第一DC-DC降压芯片的VSEND脚，第八电阻的另一端和所述第一电感的一端分别连接第一DC-DC降压芯片的VSS脚，第一电感的另一端输出4.5V电压，所述第九电阻的一端连接第一DC-DC降压芯片的VDD脚，第九电阻的另一端连接所述第一二极管的一端，第一二极管的另一端连接第一DC-DC降压芯片的VSS脚，所述第二二极管并联在第一DC-DC降压芯片的VDD脚和VSS脚之间，所述第十电阻的一端和第二电容的一端分别连接第一电感的另一端，第十电阻的另一端和第二电容的另一端分别接地。
进一步的，所述电源转换模块还包括线性稳压器，所述线性稳压器的一端连接4.5V电压，线性稳压器的另一端输出3.3V电压。
进一步的，所述通信模块包括第十一电阻、第一三极管、RS485收发器、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第三二极管，所述第十一电阻的一端连接主控模块的TX脚，第十一电阻的另一端连接所述第一三极管的基极，第一三极管的发射机接地，第一三极管的集电极连接所述RS485收发器的输入端，RS485收发器的A端连接所述第十二电阻的一端，RS485收发器的B端连接所述第十三电阻的一端，第十二电阻的另一端和第十三电阻的另一端连接上位机，所述第十四电阻并联在RS485收发器的A、B端之间，所述第三二极管并联在第十二电阻的另一端和第十三电阻的另一端之间。
进一步的，所述装置还包括电源指示灯和信号指示灯，所述电源指示灯的一端连接4.5V电压，电源指示灯的另一端接地，所述信号指示灯的一端连接4.5V电压，信号指示灯的另一端连接所述主控模块的RX脚。
进一步的，所述电源指示灯和信号指示灯均采用发光二极管。
采用以上技术手段后可以获得以下优势：
本发明提出了一种用于机房的智能采集装置，该装置可以安装在机房内的任意位置，通过交流电采集模块的采集芯片连接机房内的电缆或母排，实时采集三相交流电或单相交流电的电压信号和电流信号，采集到的信号传输给主控模块，主控模块再控制通讯模块将采集到的三相交流电信号或单相交流电信号传输到上位机，方便机房操作人员实时获取机房内供电情况，在出现电压、电流异常现象时及时处理，提高机房供电安全性，避免供电异常损坏服务器和设备。本发明装置采用成熟的采集芯片和485通信电路，装置体积较小，安装更加方便，整体电路结构简单，电路稳定性高，能够提供详细、可靠的电压、电流信息，为机房供电管理提供方便。
附图说明
图1为本发明一种用于机房的智能采集装置的结构示意图。
图2为本发明实施例中交流电采集模块的电路原理图。
图3为本发明实施例中电源转换模块的电路原理图。
图4为本发明实施例中通信模块的电路原理图。
图中，1是主控模块，2是电源转换模块，3是通信模块，4是交流电采集模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：
一种用于机房的智能采集装置，如图1所示，主要包括主控模块1、电源转换模块2、通信模块3和交流电采集模块4。电源转换模块分别连接主控模块、通信模块和交流电采集模块，为主控模块、通信模块和交流电采集模块提供4.5V或3.3V电压，交流电采集模块的一端连接机房内的交流电信号，比如机房内的电缆或者母排，交流电采集模块的另一端连接主控模块的一端，主控模块的另一端连接通信模块的一端，通信模块的另一端连接上位机，上位机包括配电装置、机房监管设备或系统等。
主控模块用于定时接收交流电采集模块的电压、电流信号，临时存储采集到的信号，主控模块还可以控制通信模块定时将存储的数据批量的上传到上位机中，主控模块采用MCU。将主控模块与软件程序结合起来，可以自定义信号采集模式，设置信号采集的频率和数据上传的频率，比如设置交流电采集模块每秒采集一次电压、电流信号，通信模块每分钟上传一次数据，适当调整采样频率和上传频率可以在保证数据采集效果的前提下减少采集的数据量，减轻采集压力。
交流电采集模块用于连接机房内的交流电，按照主控模块的指令采集交流电的电压信号和电流信号，根据采集点的不同，交流电采集模块中的采集芯片可以采用三相电采集芯片或单相电采集芯片，单相电采集芯片的连接关系与三相电采集芯片的连接方式基本相同。本发明实施例中，以三相交流电信号的采集为例，如图2所示，交流电采集模块包括第一电阻R23、第一场效应管Q3、第二电阻R22、第三电阻R28、第四电阻R21、第二场效应管Q2、第五电阻R20、第六电阻R27、采集芯片U4、第一接线端子J1和第二接线端子J4，其中，采集芯片U4选用三相电采集芯片，具体型号为RN8302。第一电阻R23的一端连接4.5V电压，第一电阻R23的另一端和主控模块的TX脚分别连接第一场效应管Q3的D脚，第二电阻R22的一端和第三电阻R28的一端分别连接3.3V电压，第二电阻R22的另一端连接第一场效应管Q3的G脚，第三电阻R28的另一端连接第一场效应管Q3的S脚，第一场效应管Q3的S脚还连接采集芯片U4的TXD脚；第四电阻R21的一端分别连接4.5V电压，第四电阻R21的另一端和主控模块RX脚分别连接第二场效应管Q2的D脚，第五电阻R20的一端和第六电阻R27的一端分别连接3.3V电压，第五电阻R20的另一端连接第二场效应管Q2的G脚，第六电阻R27的另一端连接第二场效应管Q2的S脚，第二场效应管Q2的S脚还连接采集芯片U4的RXD脚；采集芯片U4的电流信号输入端(即IA+、IA-、IB+、IB-、IC+、IC-)通过第一接线端子J1依次连接三相交流电A相、B相和C相的正、负电流信号，从而采集电流信号；采集芯片U4的电压信号输入端(即VA、VB、VC、VN)通过第二接线端子J4依次连接三相交流电的A相、B相和C相电压信号，进行电压信号采集。
电源转换模块用于将外部的24V电压转换成符合本装置用电要求的电压，即4.5V或3.3V电压。如图3所示，本发明实施例中，电源转换模块主要包括第一电容C1、第七电阻R1、第一DC-DC降压芯片U1、第八电阻R2、第一电感L1、第九电阻R17、第一二极管D7、第二二极管D6、第十电阻R7和第二电容C5，第一DC-DC降压芯片U1的VIN脚和第一电容C1的一端分别连接24V电压，第一电容C1的另一端接地，第七电阻R1并联在第一DC-DC降压芯片U1的VIN脚和VDD脚之间，第八电阻R2的一端连接第一DC-DC降压芯片U1的VSEND脚，第八电阻R2的另一端和第一电感L1的一端分别连接第一DC-DC降压芯片U1的VSS脚，第一电感L1的另一端输出4.5V电压，第九电阻R17的一端连接第一DC-DC降压芯片U1的VDD脚，第九电阻R17的另一端连接第一二极管D7的一端，第一二极管D7的另一端连接第一DC-DC降压芯片U1的VSS脚，第二二极管D6并联在第一DC-DC降压芯片U1的VDD脚和VSS脚之间，第十电阻R7的一端和第二电容C5的一端分别连接第一电感L1的另一端，第十电阻R7的另一端和第二电容C5的另一端分别接地。此外，U1的COMP脚通过电容C6连接VSS脚，VFB1脚通过电阻R14连接VSS脚，VFB2脚通过电阻R15连接VSS脚，VFB2脚还通过二极管D3和电阻R13连接VSEND脚。
电源转换模块利用第一DC-DC降压芯片输出4.5V电压后，还通过线性稳压器U3进行电路隔离并输出3.3V电压，线性稳压器U3的一端连接4.5V电压，线性稳压器U3的另一端输出3.3V电压，本实施例中线性稳压器的具体型号为SGM2203。
本发明装置采用通信模块进行数据传输，通信模块选用RS485收发器，RS485收发器的抗干扰能力强，传输效果好，可以与大多外部设备建立连接关系。本发明实施例中通信模块的电路原理图如图4所示，通信模块包括第十一电阻R9、第一三极管Q1、RS485收发器U2、第十二电阻R6、第十三电阻R8、第十四电阻R5、第三二极管D2，第十一电阻R9的一端连接主控模块的TX脚，第十一电阻R9的另一端连接第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1的发射机接地，第一三极管Q1的集电极连接RS485收发器U2的输入端，主控模块的RX脚连接RS485收发器U2的RO脚，主控模块的TX脚还连接RS485收发器U2的DI脚；RS485收发器U2的A端连接第十二电阻R6的一端，RS485收发器U2的B端连接第十三电阻R8的一端，第十二电阻R6的另一端和第十三电阻R8的另一端连接上位机，第十四电阻R5并联在RS485收发器U2的A、B端之间，第三二极管D2并联在第十二电阻R6的另一端和第十三电阻R8的另一端之间。本实施例中的RS485收发器选用max485，第一三极管选用PMBT4401。
本发明装置还包括电源指示灯和信号指示灯，电源指示灯和信号指示灯均采用发光二极管。电源指示灯的一端通过电阻连接4.5V电压，电源指示灯的另一端接地，当电源转换模块正常工作时，电源指示灯通电亮起；信号指示灯的一端通过电阻连接4.5V电压，信号指示灯的另一端连接主控模块的RX脚，当主控模块、交流电采集模块和通信模块进行电信号传输时，信号指示灯通电亮起。
本发明装置的工作原理如下：将本装置安装在需要进行数据采集的机房电缆或母排上，在主控模块上设置信号采集模式，主控模块发送采集指令到交流电采集模块，交流电采集模块按照信号采集模式采集电缆或母排的电压信号和电流信号，并将采集的信号传输回主控模块，主控模块按照采集的时间、位置等信息将电压、电流信号转换并存储起来，当存储到一定量或者到达上传数据时间，主控模块控制通信模块将电压、电流数据打包上传到上位机中，上位机根据实际需求进行电压、电流数据显示。
本发明装置可以安装在机房内的任意位置，通过采集芯片连接机房内的电缆或母排，实时采集三相交流电或单相交流电的电压信号和电流信号，采集到的信号通过通信模块传输到上位机，方便机房操作人员实时获取机房内供电情况，从而在出现电压、电流异常现象时及时处理，提高机房供电安全性，避免供电异常损坏服务器和设备。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细地说明，但是本发明并不局限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (8)
1.一种用于机房的智能采集装置，其特征在于，包括主控模块、电源转换模块、通信模块和交流电采集模块；
所述电源转换模块分别连接所述主控模块、通信模块和交流电采集模块，用于输出4.5V和3.3V电压；
所述交流电采集模块的一端连接交流电信号，交流电采集模块的另一端连接所述主控模块的一端，主控模块的另一端连接所述通信模块的一端，通信模块的另一端连接上位机；
所述交流电采集模块包括第一电阻、第一场效应管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第二场效应管、第五电阻、第六电阻、采集芯片、第一接线端子和第二接线端子，所述第一电阻的一端连接4.5V电压，第一电阻的另一端和主控模块的TX脚分别连接所述第一场效应管的D脚，所述第二电阻的一端和第三电阻的一端分别连接3.3V电压，第二电阻的另一端连接第一场效应管的G脚，第三电阻的另一端连接第一场效应管的S脚，第一场效应管的S脚还连接所述采集芯片的TXD脚，所述第四电阻的一端分别连接4.5V电压，第四电阻的另一端和主控模块的RX脚分别连接所述第二场效应管的D脚，所述第五电阻的一端和第六电阻的一端分别连接3.3V电压，第五电阻的另一端连接第二场效应管的G脚，第六电阻的另一端连接第二场效应管的S脚，第二场效应管的S脚还连接采集芯片的RXD脚，采集芯片的电流信号输入端连接第一接线端子的一端，采集芯片的电压信号输入端连接第二接线端子的一端，第一接线端子的另一端和第二接线端子的另一端分别连接交流电信号。
2.根据权利要求1所述的一种用于机房的智能采集装置，其特征在于，所述主控模块采用MCU，所述MCU用于接收、存储交流电采集模块的信号，并控制通信模块将接收到的信号传输到上位机。
3.根据权利要求1所述的一种用于机房的智能采集装置，其特征在于，所述采集芯片采用三相电采集芯片或单相电采集芯片。
4.根据权利要求1所述的一种用于机房的智能采集装置，其特征在于，所述电源转换模块包括第一电容、第七电阻、第一DC-DC降压芯片、第八电阻、第一电感、第九电阻、第一二极管、第二二极管、第十电阻和第二电容，所述第一DC-DC降压芯片的VIN脚和第一电容的一端分别连接24V电压，第一电容的另一端接地，所述第七电阻并联在第一DC-DC降压芯片的VIN脚和VDD脚之间，所述第八电阻的一端连接第一DC-DC降压芯片的VSEND脚，第八电阻的另一端和所述第一电感的一端分别连接第一DC-DC降压芯片的VSS脚，第一电感的另一端输出4.5V电压，所述第九电阻的一端连接第一DC-DC降压芯片的VDD脚，第九电阻的另一端连接所述第一二极管的一端，第一二极管的另一端连接第一DC-DC降压芯片的VSS脚，所述第二二极管并联在第一DC-DC降压芯片的VDD脚和VSS脚之间，所述第十电阻的一端和第二电容的一端分别连接第一电感的另一端，第十电阻的另一端和第二电容的另一端分别接地。
5.根据权利要求4所述的一种用于机房的智能采集装置，其特征在于，所述电源转换模块还包括线性稳压器，所述线性稳压器的一端连接4.5V电压，线性稳压器的另一端输出3.3V电压。
6.根据权利要求1所述的一种用于机房的智能采集装置，其特征在于，所述通信模块包括第十一电阻、第一三极管、RS485收发器、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第三二极管，所述第十一电阻的一端连接主控模块的TX脚，第十一电阻的另一端连接所述第一三极管的基极，第一三极管的发射机接地，第一三极管的集电极连接所述RS485收发器的输入端，RS485收发器的A端连接所述第十二电阻的一端，RS485收发器的B端连接所述第十三电阻的一端，第十二电阻的另一端和第十三电阻的另一端连接上位机，所述第十四电阻并联在RS485收发器的A、B端之间，所述第三二极管并联在第十二电阻的另一端和第十三电阻的另一端之间。
7.根据权利要求1所述的一种用于机房的智能采集装置，其特征在于，所述装置还包括电源指示灯和信号指示灯，所述电源指示灯的一端连接4.5V电压，电源指示灯的另一端接地，所述信号指示灯的一端连接4.5V电压，信号指示灯的另一端连接所述主控模块的RX脚。
8.根据权利要求1所述的一种用于机房的智能采集装置，其特征在于，所述电源指示灯和信号指示灯均采用发光二极管。
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