CN202093349U - 节能型能源在线监控系统 - Google Patents

Abstract

节能型能源在线监控系统，包括主板模块、遥信模块、遥控模块、遥测模块、CAN总线模块、串口模块、调制解调器，主板模块通过RTU母板总线分别与遥信模块、遥控模块、CAN总线模块、串口模块双向连接，串口模块与调制解调器双向连接，CAN总线模块与遥测模块双向连接。本实用新型可实现能源的计量、监测及追溯，完成用能设备的节能及监测与控制，可节能15-20%。

Description

节能型能源在线监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种节能型能源在线监控系统。

背景技术

在路灯监测控制、工厂能源管理、楼宇自动化控制、环境监测等系统中，远程数据采集与监控终端(RTU)是关键设备，实现遥控、遥测、遥信等功能。采用工业控制计算机，扩展测控硬件接口电路，是RTU设计常见的方法，但是这种方法设计的RTU成本高、体积大、耗电多。采用80C196等单片机设计RTU，由于单片机的运算处理和硬件扩展等能力较低，影响RTU的性能。此外，现有监控系统均是监测控制和节电器分离，即监控不能节能，节能不监控。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种成本低、体积小且集节能于一体的节能型能源在线监控系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：包括主板模块、遥信模块、遥控模块、遥测模块、CAN总线模块、串口模块、调制解调器，所述主板模块通过RTU母板总线分别与遥信模块、遥控模块、CAN总线模块、串口模块双向连接，所述串口模块与调制解调器双向连接，所述CAN总线模块与遥测模块双向连接。

进一步，所述主板模块包括微处理器、以太网接口、动态随机存储器、电子闪存、看门狗复位电路、微处理器总线、总线驱动电路，所述微处理器与以太网接口、动态随机存储器、电子闪存双向连接，所述微处理器与看门狗复位电路单向连接，所述微处理器内部集成两个异步串行通信接口串口0与串口1。

进一步，所述串口模块可为PC16C550串口模块。

进一步，所述微处理器型号优选S3C4510B。

进一步，所述动态随机存储器可为16M字节动态随机存储器。

进一步，所述电子闪存可为2M字节电子闪存。

进一步，所述看门狗复位电路为MAX507芯片。

进一步，所述总线驱动电路为主板模块的内部通信总线，可采用双电源供电的双向总线电平转换器74LVX4245，实现微处理器总线与RTU母板总线之间的电平转换和驱动。

所述主板模块即中央处理运算模块，其作用是负责处理和运算计算机内部的所有数据。

所述遥信模块即模拟量采集模块，其作用是采集用能设备的电压、电流、电度等模拟量数据。

所述遥控模块，其作用是执行主站下达给用能设备的分、合闸模块。

所述CAN总线模块为外部数据采集总线。

所述串口模块，其作用是将数据通过该串口以调制解调器向远方传送。

所述调制解调器，其作用是通过电话载波的形式与监控主站通信。

所述动态随机存储器，其作用是存储暂存运行数据和交换数据。

所述电子闪存，其作用是存储应用程序。

所述看门狗复位电路的作用是对运行的程序进行监控。

所述串口0连接控制台，用于调试设备。

所述串口1连接LCD显示屏和触摸屏，实现当地监控的人机界面。

本实用新型之节能型能源在线监控系统，其硬件成本低，体积小，能耗低，处理能力强，软件采用μClinux操作系统，许多应用程序都可利用，可实现能源的计量、监测及追溯，完成用能设备的节能及监测与控制。

本实用新型突破了监控不能节能，节能不监控这个技术瓶颈，在自动采集能耗数据的同时，分析、对比前一次的数据，得出符合用能设备理想状态下的运行曲线，可以实时调节用能设备用能状态，可节能5%。

附图说明

图1 是本实用新型实施例结构示意图；  

图2 是本实用新型实施例RTU母板总线驱动电路示意图；

图3 是本实用新型实施例CAN总线模块电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

参照图1，本实施例包括主板模块、遥信模块、遥控模块、遥测模块、CAN总线模块、PC16C550串口模块、调制解调器，所述主板模块通过RTU母板总线分别与遥信模块、遥控模块、CAN总线模块、PC16C550串口模块接口双向连接，所述PC16C550串口模块与调制解调器双向连接，所述CAN总线模块与遥测模块双向连接。

所述主板模块包括S3C4510B微处理器、以太网接口、16M字节动态随机存储器（两片HY57V651620B）、2M字节电子闪存(一片AM29LV160DB)、看门狗复位电路、微处理器总线、总线驱动电路，所述S3C4510B微处理器与以太网接口、16M字节动态随机存储器、2M字节电子闪存双向连接，所述S3C4510B微处理器与看门狗复位电路单向连接，所述S3C4510B微处理器内部集成两个异步串行通信接口串口0与串口1。

所述微处理器总线是3.3V的CMOS电平，其作用是协调内部总线数据的同步计算。

所述RTU母板总线是5V的TTL电平（TTL输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V，在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V）。

微处理器总线与RTU母板总线存在速度和电平上的差别，不能直接相连，它们之间需要一个总线驱动电路（速度指两总线的运行频率，前者高，后者低）。

参照图2，RTU母板总线设有数据总线H-D0～H-D7,地址总线H-A0～H-A7,地址片选信号H-S0～H-S6,读写操作信号H-WR和H-RD,地址锁存控制信号H-ALE,中断服务请求控制信号H-INT0～H-INT3,复位信号H-RESET。 

总线驱动电路是主板模块的一部分，可实现微处理器总线到RTU母板总线的接口扩展，并采用双电源供电的双向总线能动冲区74LVX4245实现微处理器总线与RTU母板总线之间的电平转换和驱动。

所述总线驱动电路设有三八译码器U1（741S318），将2K字节地址空间译为8个地址片选信号，称为S0～S7，其中S0～S6由总线驱动芯片74LS244驱动后，作为该RTU母板总线地址片选信号。

一些常用的芯片，如CAN总线控制器SJA1000、时钟芯片DS12887等，内部带一个地址锁存器，需要地址锁存信号ALE，才能实现接口。S3C4510B微处理器没有ALE 信号，所以RTU母板总线扩展ALE信号，才能实现这类器件的接口。将U1的一个地址片选信号S7取反，写数据到S7地址，可以模拟出ALE控制信号，并实现ALE的功能。

所述RTU母板总线作为微处理器的一个外设，其地址和访问速度由微处理器决定。S3C4510B总线统一编址，nECS0是外设地址片选信号，占外设地址空间起始的16K字节。nECS0接U3使能端，决定RTU母板总线的基地址和访问速度。S3C4510B控制寄存器2EXTDBWTH第20位置1、21位置0，表示nECS0按8位方式寻址,寄存器REFEXTCON的低10位设为0x360，则nECS0的基地址是0x3600000。

参照图3，CAN总线模块以SJA1000为核心，通信数据经高速光电耦合器G1、G2隔离，82C250驱动，从接线端子J2连接到外部CAN总线，P1是1W的5V转5V的DC/DC电源模块（即B0505S芯片，一电源内外隔离芯片），CAN模块使用H-S0作为片选信号，其基地址是0x3600000。

所述SJA1000是一个独立CAN总线控制器，具有完成CAN通信协议所要求的全部特性，并且通过简单总线连接可完成CAN总线的物理和数据链路层的所有功能。其硬件与软件设计和PCA82C200的基本CAN模式（BesicCAN）兼容，同时新增加的增强CAN模式（PeliCAN）还可支持CAN2.0B协议。

所述高速光电耦合器G1和G2是一种把红外光发射器件和红外光接受器件以及信号处理电路等封装在同一管座内的器件。当输入电信号加到输入端发光器件LED上，LED发光，光接受器件接受光信号并转换成电信号，然后将电信号直接输出，或者将电信号放大处理成标准数字电平输出，这样就实现了“电－光－电”的转换及传输。光是传输的媒介，因输入端与输出端在电气上是绝缘的，也称为电隔离。

所述82C250其作用是能够提供对总线的差动接收和发送功能，以实现总线上各节点之间的电气隔离，最高通信速率可达1Mb/s。所述节能型能源在线监控系统的软件μClinux操作系统是从linux操作系统改进而来，适于运行在S3C4510B这种无内破例管理单元MMU的处理器中。基于工控机-linux的节能型能源在线监控系统程序，可以很方便地移植到ARM-μClinux设计的节能型能源在线监控系统中。所述节能型能源在线监控系统程序的开发，包括应用程序开发和驱动程序开发两部分，全部采用C语言编写。

1.节能型能源在线监控系统应用程序调试

节能型能源在线监控系统应用程序调试，使用JTAG仿真器工具和相应工具软件将μClinux操作系统烧写到主板模块的2M电子闪存中。μClinux操作系统在主板模块上运行后，可以使用μClinux操作系统提供的工具软件在2M电子闪存上更新自身及应用程序。连接PC机的串口与主板模块的串口0，用Windows超级终端，与主板模块建立交互关系。将主板模块与PC机接入同一个局域网，配置合适的IP地址，使用文件传输服务工具FTP或TFTP，将PC机编译的μClinux应用程序下载到主板模块/ramdisk目录中，改为可执行属性后执行。在应用程序中加入printf()函数，输出执行过程中的测试信息。

2.JFFS2文件系统应用

JFFS2是一种为嵌入式系统Flash存储文件而设计的文件系统。μClinux操作系统编译选项时加入JFFS2文件系统，将2MB的Flash分成mtd0和mtd1两个区，各为1MB。所述Mtd0是从0地址开始的存储空间，用于存储μClinux操作系统镜像文件，所述Mtd1用于存储应用程序。μClinux的/dev目录中，有字符设备文件mtd0、mtd1和对应的块设备文件mtdblock0、mtdblock1。有了JFFS2文件系统支持，使用文件拷贝操作方法即可将节能型能源在线监控系统的操作系统和应用程序在2M电子闪存上更新。节能型能源在线监控系统的开发和现场调试，可以脱离JTAG仿真器工具，给节能型能源在线监控系统开发和维护提供了方便。

3.更新μClinux的步骤：

（1）用FTP传输操作系统文件IMAGE.ROM到/ramdisk/目录；

（2）擦除mtd0分区：eraseall/dev/mtd0；

（3）将IMAGE.ROM写入mtd0:cp/ramdisk/IMAGE.ROM/dev/mtd0。

当提示操作完成后，复位主板模块即运行新的操作系统。由于μClinux操作系统在16M字节动态随机存储器中执行，更新操作系统过程中不能断电。

4.应用程序在2M电子闪存上的更新与执行

（1）安装mtd1分区：mount-t-jffs2/dev/mtdblock/mnt。此操作将mtd1分区按块设备方式安装在μClinux的/mnt目录中，在/mnt目录中添加的文件存储在2M电子闪存中，不会因断电而丢失。

（2） 将应用程序myapp下载到/ramdisk目录，然后cp/ramdisk/myapp/mnt，即完成了应用程序在2M电子闪存上的更新。

（3）修改文件属性：chmod755/mnt/myapp。

（4）执行文件：./mnt/myapp。

μClinux操作系统启动后，读取并执行/proc/rc文件中的命令。要使myapp应用程序自动执行，在rc文件中加mount-tjffs2/dev/mtdblock1/mnt./mnt/myapp，系统启动后，自动安装mtd1分区，执行应用程序myapp。

本实用新型之节能型能源在线监控系统，可节能5%，且性能稳定可靠。

Claims (8)

1.节能型能源在线监控系统，其特征在于，包括主板模块、遥信模块、遥控模块、遥测模块、CAN总线模块、串口模块、调制解调器，所述主板模块通过RTU母板总线分别与遥信模块、遥控模块、CAN总线模块、串口模块双向连接，所述串口模块与调制解调器双向连接，所述CAN总线模块与遥测模块双向连接。

2.如权利要求1所述的节能型能源在线监控系统，其特征在于，所述主板模块包括微处理器、以太网接口、动态随机存储器、电子闪存、看门狗复位电路、微处理器总线、总线驱动电路，所述微处理器与以太网接口、动态随机存储器、电子闪存双向连接，所述微处理器与看门狗复位电路单向连接，所述微处理器内部集成两个异步串行通信接口串口0与串口1。

3.如权利要求1所述的节能型能源在线监控系统，其特征在于，所述串口模块为PC16C550串口模块。

4.如权利要求2所述的节能型能源在线监控系统，其特征在于，所述微处理器为S3C4510B微处理器。

5.如权利要求2所述的节能型能源在线监控系统，其特征在于，所述动态随机存储器为16M字节动态随机存储器。

6.如权利要求2所述的节能型能源在线监控系统，其特征在于，所述电子闪存为2M字节电子闪存。

7.如权利要求2所述的节能型能源在线监控系统，其特征在于，所述看门狗复位电路为MAX507芯片。

8.如权利要求2所述的节能型能源在线监控系统，其特征在于，所述总线驱动电路为主板模块的内部通信总线，采用双电源供电的双向总线电平转换器74LVX4245，实现微处理器总线与RTU母板总线之间的电平转换和驱动。

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