CN205051715U

CN205051715U - 一种能效数据集中采集装置

Info

Publication number: CN205051715U
Application number: CN201520819096.4U
Authority: CN
Inventors: 王凯; 徐沾伟; 韩海军; 王春香
Original assignee: SHANXI WANLI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANXI WANLI TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2025-10-22

Abstract

本实用新型公开了一种能效数据集中采集装置，所述能效数据集中采集装置包括电源管理模块，数据集中采集模块，以太网采集接口，以太网通信接口，所述电源管理模块输入与220V交流市电连接，所述电源管理模块输出直流电流给所述数据集中采集模块，所述数据集中采集模块包括人机互动模块，单片微型计算机，数据存储模块，以及GPS时钟模块；本实用新型采用GPS时钟模块校时，保证了时钟的精确性，同时避免了人为因素导致的时钟紊乱，提高了能效信息的实效性。

Description

一种能效数据集中采集装置

技术领域

本实用新型涉及数据采集领域，具体涉及一种能效数据集中采集装置。

背景技术

随着经济的发展，能效数据集中采集装置是能效管理系统中非常重要的组成部件，是现地数据与服务器之间的桥梁，主要起到数据远程采集、数据存储、指令转发等功能。目前能效数据采集集中采集装置主要存在以下几方面的缺陷：

1、时钟误差大：一部分无校时措施，一部分采用服务器校时，时钟误差大，有人为因素干扰，不能保证数据时效性；

2、功耗高，无后备电源：由于采用市电供电，因此不注重低功耗设计。设备功耗高一方面会导致元器件发热，影响设备工作寿命，一方面不便于采用电池供电。在供电电源停电的情况下会导致数据丢失；

3、缺乏数据人工导出功能：在服务器故障情况下，操作人员一般通过能效数据采集集中装置液晶屏查看能效信息，由于数据量大，类别多，通过液晶屏查看非常不方便。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有数据时效性的能效数据采集装置，为解决以上问题，本实用新型提出了一种能效数据集中采集装置，包括电源管理模块，数据集中采集模块，以太网采集接口，以太网通信接口，所述电源管理模块输入与220V交流市电连接，所述电源管理模块输出直流电流给所述数据集中采集模块，所述数据集中采集模块包括人机互动模块，单片微型计算机，数据存储模块，以及GPS时钟模块，所述单片微型计算机与所述电源管理模块连接，所述单片微型计算机与所述数据存储模块、所述人机互动模块连接、所述GPS时钟模块、所述以太网通信接口、所述以太网采集接口分别与所述单片微型计算机连接。

优选地，所述能效数据采集装置还包括后备电池，所述后备电池与所述电池管理模块相连，当外接220V交流市电时，所述电源管理模块为后备电池充电，当外接220V交流市电断开时，所述后备电池为所述能效数据集中采集模块供电。

优选地，所述GPS时钟模块包括GPS组件和时钟组件，所述单片微型计算机通过USART接口与所述主芯片连接，所述单片微型计算机通过IIC接口与所述时钟芯片连接。

优选地，所述GPS组件的主芯片为HOLUX-M91GPS模组，所述时钟组件的主芯片为DS3231。

优选地，所述数据存储模块包括采集数据存储器件和参数存储器件，所述单片微型计算机通过SPI接口与所述采集数据存储器件连接，所述单片微型计算机通过IIC接口与所述参数存储器件连接。

优选地，所述采集数据存储器件为SD卡，所述参数存储器件为24C02EEROM存储器件。

优选地，其特征在于，所述人机互动模块包括LCD液晶显示器、薄膜开关。

优选地，所述以太网采集接口采用DM9161AEP以太网通信芯片，所述以太网采集接口通过USART接口和TTL接口与所述单片微型计算机连接，所述以太网通信接口采用DM9161AEP以太网通信芯片，所述以太网通信接口通过USART接口与TTL接口与所述单片微型计算机连接。

优选地，所述GPS组件还包括第一电源滤波电容，第一反向钳制二极管，下拉电阻，第一电阻，第二电阻，第一发光二极管，第二发光二极管；所述第一电源滤波电容的一端与电源VCC连接，另一端与电源地连接；所述第一反向钳制二极管的阳极与电源VCC连接，所述第一反向钳制二极管D21的阴极与所述HOLUX-M91GPS模组的V-BAT引脚连接；所述下拉电阻的一端与所述HOLUX-M91GPS模组的V-BAT引脚连接，另一端与电源地连接；所述第一电阻与所述第一发光二极管串联在所述HOLUX-M91GPS模组的VOUT引脚和电源地之间；所述第二电阻与所述发光二极管串联在所述HOLUX-M91GPS模组的GPIO0引脚和电源地之间；所述HOLUX-M91GPS模组的TXA引脚和RXA引脚组成USART接口与所述单片微型计算机连接。

优选地，所述时钟组件还包括第二电源滤波电容，第二反向钳制二极管，供电电容，第一上拉电阻，第二上拉电阻；所述第二电源滤波电容的一端与电源VCC连接，另一端与电源地连接；所述第二反向钳制二极管的阳极与电源VCC连接，所述第二反向钳制二极管的阴极与所述DS3231时钟芯片的Vbat引脚连接；所述供电电容的一端与所述DS3231时钟芯片的Vbat引脚连接，另一端与电源地连接；所述第一上拉电阻的一端与电源VCC连接，另一端与所述DS3231时钟芯片的SCL引脚连接；所述第二上拉电阻的一端与电源VCC连接，另一端与所述DS3231时钟芯片的SDA引脚连接；所述DS3231时钟芯片的SCL引脚、SDA引脚构成IIC接口与所述单片微型计算机连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型采用GPS校时，保证了时钟的精确性，同时避免了人为因素导致的时钟紊乱，提高了能效信息的实效性。

2、本实用新型采用分时上电的超低功耗设计并配备后备电池。超低功耗设计减少了原件器的发热，提高了设备的环境适应性，同时延长了设备使用寿命。在市电停电情况下，采用后备电池供电保障了数据在时域上的完整性。

3、本实用新型数据存储器件可取出，在服务器故障情况下，用户可取出数据存储器件，直接在PC机上导出能效数据，人工查阅方便。

附图说明

图1为本实用新型实施例的连接框图；

图2为本实用新型实施例的数据集中采集模块的连接框图；

图3和图4分别为本实用新型实施例的GPS组件和时钟组件的电路图；

图5和图6分别为本实用新型实施例的采集数据存储器件和参数存储器件的电路图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种能效数据集中采集装置，它包括电源管理模块、数据集中采集模块，以太网采集接口，以太网通信接口，电源管理模块输入与市电220V交流连接，输出与本实用新型实施例的能效数据集中采集模块中所有的有源器件连接。电源管理模块实现交流到直流转换，各有源器件所需电压对应电源的稳压，隔离电源的产生，对无需一直上电的有源器件，实现上电断电控制功能。数据集中采集模块与以太网采集接口及以太网通信接口相连，实现数据的采集与上传。

如图2所示，数据集中采集模块包括单片微型计算机（MCU）、人机互动模块、数据存储模块、GPS时钟模块。单片微型计算机采用32位工业级微处理器，其型号为STM32F107VCT6，它通过GPIO端口与电源管理模块连接，通过IIC接口、SPI接口与数据存储模块连接，通过TTL接口与人机互动模块连接，通过USART接口与GPS时钟模块连接，通过USART接口以及TTL接口与以太网通信接口、以太网采集接口连接。

此外，本实用新型实施例提供的能效数据集中采集装置还包括后备电池，后备电池与电源管理模块相连，电源管理模块实现对后备电池的充放电管理，后备电池采用4000mA/H锂电池；电源管理模块还包括电源控制电路，对装置中无需工作的器件断电，当需要工作时候才通电，以降低设备功耗；电源管理模块将5V直流电源或电池输出电源稳压产生3.3V稳定直流电源为装置中非隔离有源器件供电，并产生1路3.3V隔离电源，为装置中隔离有源器件供电。

GPS时钟模块包括GPS组件和时钟组件，如图3所示为GPS组件，其主芯片采用HOLUX-M91GPS模组，该主芯片的RF-IN引脚连接天线信号端；主芯片的VCC引脚与电源VCC相连，主芯片的GND引脚与电源地相连；电源滤波电容C21的一端与电源VCC连接，另一端与电源地连接；电源VCC与反向钳制二极管D21的阳极连接，反向钳制二极管D21的阴极连接主芯片的V-BAT引脚；下拉电阻R21的一端与主芯片的V-BAT引脚连接，另一端与电源地连接；电阻R22与发光二极管D22串联在主芯片的VOUT引脚和电源地之间，电阻R23与发光二极管D23串联在主芯片的GPIO0引脚和电源地之间，构成两组指示灯，指示GPS组件当前状态；GPS组件通过主芯片的TXA引脚和RXA引脚组成的USART接口与MCU的USART接口连接；如图4所示为时钟组件，其芯片采用DS3231时钟芯片，时钟芯片的VCC引脚与电源VCC相连，时钟芯片的GND引脚与电源地相连；电源滤波电容C23的一端与电源VCC连接，另一端与电源地连接；反向钳制二极管D24的阳极连接电源VCC，阴极连接时钟芯片的Vbat引脚；电容C22的一端与时钟芯片的Vbat引脚连接，另一端与电源地连接，在VCC断电情况下，电容C22为可以为时钟芯片供电；上拉电阻R24的一端与电源VCC连接，另一端与时钟芯片的SCL引脚连接，上拉电阻R25的一端与电源VCC连接，另一端与时钟芯片的SDA引脚连接；时钟芯片的SCL引脚、SDA引脚构成IIC接口与MCU连接。MCU通过IIC接口读取DS3231时钟芯片信息。MCU通过USART接口读取当前时钟信息，实现校时。

其中，反向钳制二极管D21可以选择锗二极管IN60，从而降低二极管自身压降；反向钳制二极管D24也可以选择锗二极管IN60，从而降低二极管自身压降；电容C22可以为0.33F的法拉电容；下拉电阻R21的电阻值为10K欧；上拉电阻R24、R25的电阻值为10K欧；电源滤波电容C21、C23的电容值为0.1μF。

数据存储模块包括采集数据存储器件和参数存储器件，如图5所示为采集数据存储器件，采用SD卡存储，其中，R31、R32为上拉电阻，上拉电阻R31的一端与电源VCC连接，另一端与SD卡的NCD引脚连接，上拉电阻R32一端与电源VCC连接，另一端与SD卡的CD/DATA3引脚连接；SD卡的VDD引脚与电源VCC连接，SD卡的GND、GND1、PAD1、PAD2、PAD3引脚与电源地连接；SD卡的DATA0、CLK、CMD、CD/DATA3引脚构成SPI接口与MCU连接，MCU通过SPI接口实现采集数据的存储与读取；如图6所示为参数存储器件，采用24C02EEROM存储器件，其中，24C02的VCC引脚与电源VCC连接，电源滤波电容C31的一端与24C02的VCC引脚连接，另一端与电源地连接；电阻R33一端与电源VCC连接，另一端与24C02的SCL引脚连接，电阻R34一端与电源VCC连接，另一端与24C02的SDA引脚连接，电阻R33、R34为上拉电阻；24C02的A0、A1、A2、GND、WP引脚与电源地连接；24C02的SCL、SDA引脚构成IIC接口与MCU连接，MCU通过IIC接口存储与读取装置运行参数。

其中，电阻R31、R32的电阻值为10K欧，电阻R33、R34的电阻值为10K欧。

本实用新型实施例中，在服务器故障的情况下，用户还可以取出SD卡，在PC机上直接导出数据。

人机互动模块由LCD液晶显示器、薄膜开关组成。测量结果实时通过液晶显示器显示，用户可通过薄膜开关查询指定内容。人机互动模块通过TTL接口与MCU连接。

以太网采集接口采用DM9161AEP以太网通信芯片，通过USART接口与TTL接口与MCU连接。以太网通信接口采用DM9161AEP以太网通信芯片，通过USART接口与TTL接口与MCU连接。

本实用新型实施例的工作过程如下：

电源管理模块将交流220V转换成直流，并实现对后备锂电池的充放电管理。有交流220V时候，完成对后备电池充电，并给后续电路供电。无交流220V供电的时候，从后备电池取电，为后续电路供电。

MCU通过以太采集接口采集与之连接的设备数据，将采集的数据通过以太网通信接口发送至上位机，如上位机无应答，则将采集到的能效数据存储模块中，待通信正常后再发送；用户可通过人机互动模块实现对数据的查询以及设备运行参数的配置，所有配置参数均存储于数据存储模块24C02芯片中。

本实用新型的能效数据集中采集装置每天读取一次GPS模块时钟信息，并对时钟芯片DS3231校时。

本实用新型的能效数据集中采集装置采用GPS校时，保证了时钟的精确性，同时避免了人为因素导致的时钟紊乱，提高了能效信息的实效性，此外，本实用新型采用后备电池供电保障了数据在时域上的完整性。同时，本实用新型用户可取出存储器件，直接在PC机上导出能效数据，人工查阅方便。

以上的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，本实用新型不仅局限于上述最佳实施方式，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种能效数据集中采集装置，其特征在于，包括电源管理模块，数据集中采集模块，以太网采集接口，以太网通信接口，所述电源管理模块输入与220V交流市电连接，所述电源管理模块输出直流电流给所述数据集中采集模块；

所述数据集中采集模块包括人机互动模块，单片微型计算机，数据存储模块，以及GPS时钟模块；

所述单片微型计算机与所述电源管理模块连接，所述数据存储模块、所述人机互动模块、所述GPS时钟模块、所述以太网通信接口、所述以太网采集接口分别与所述单片微型计算机连接。

2.根据权利要求1所述的能效数据集中采集装置，其特征在于，所述装置还包括后备电池，所述后备电池与所述电池管理模块相连，当外接220V交流市电时，所述电源管理模块为后备电池充电，当外接220V交流市电断开时，所述后备电池为所述能效数据集中采集模块供电。

3.根据权利要求1所述的能效数据集中采集装置，其特征在于，所述GPS时钟模块包括GPS组件和时钟组件，所述单片微型计算机通过USART接口与所述GPS组件连接，所述单片微型计算机通过IIC接口与所述时钟组件连接。

4.根据权利要求3所述的能效数据集中采集装置，其特征在于，所述GPS组件的主芯片为HOLUX-M91GPS模组，所述时钟组件的主芯片为DS3231时钟芯片。

5.根据权利要求1所述的能效数据集中采集装置，其特征在于，所述数据存储模块包括采集数据存储器件和参数存储器件，所述单片微型计算机通过SPI接口与所述采集数据存储器件连接，所述单片微型计算机通过IIC接口与所述参数存储器件连接。

6.根据权利要求5所述的能效数据集中采集装置，其特征在于，所述采集数据存储器件为SD卡，所述参数存储器件为24C02EEROM存储器件。

7.根据权利要求1所述的能效数据集中采集装置，其特征在于，所述人机互动模块包括LCD液晶显示器，薄膜开关。

8.根据权利要求1所述的能效数据集中采集装置，其特征在于，所述以太网采集接口采用DM9161AEP以太网通信芯片，所述以太网采集接口通过USART接口和TTL接口与所述单片微型计算机连接；所述以太网通信接口采用DM9161AEP以太网通信芯片，所述以太网通信接口通过USART接口与TTL接口与所述单片微型计算机连接。

9.根据权利要求4所述的能效数据集中采集装置，其特征在于，所述GPS组件还包括第一电源滤波电容，第一反向钳制二极管，下拉电阻，第一电阻，第二电阻，第一发光二极管，第二发光二极管；

所述第一电源滤波电容的一端与电源VCC连接，另一端与电源地连接；所述第一反向钳制二极管的阳极与电源VCC连接，所述第一反向钳制二极管D21的阴极与所述HOLUX-M91GPS模组的V-BAT引脚连接；所述下拉电阻的一端与所述HOLUX-M91GPS模组的V-BAT引脚连接，另一端与电源地连接；所述第一电阻与所述第一发光二极管串联在所述HOLUX-M91GPS模组的VOUT引脚和电源地之间；所述第二电阻与所述发光二极管串联在所述HOLUX-M91GPS模组的GPIO0引脚和电源地之间；所述HOLUX-M91GPS模组的TXA引脚和RXA引脚组成USART接口与所述单片微型计算机连接。

10.根据权利要求4所述的能效数据集中采集装置，其特征在于，所述时钟组件还包括第二电源滤波电容，第二反向钳制二极管，供电电容，第一上拉电阻，第二上拉电阻；

所述第二电源滤波电容的一端与电源VCC连接，另一端与电源地连接；所述第二反向钳制二极管的阳极与电源VCC连接，所述第二反向钳制二极管的阴极与所述DS3231时钟芯片的Vbat引脚连接；所述供电电容的一端与所述DS3231时钟芯片的Vbat引脚连接，另一端与电源地连接；所述第一上拉电阻的一端与电源VCC连接，另一端与所述DS3231时钟芯片的SCL引脚连接；所述第二上拉电阻的一端与电源VCC连接，另一端与所述DS3231时钟芯片的SDA引脚连接；所述DS3231时钟芯片的SCL引脚、SDA引脚构成IIC接口与所述单片微型计算机连接。