CN206117710U - 能耗采集网关装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能耗采集网关装置，该能耗网关装置主要包括铝壳体以及置于所述铝壳体内的功能模块组，该功能模块组包括CPU，所述CPU通过信号线与有线通信单元和无线通信单元相连接；其中，所述有线通信单元包括多路独立的信号通道，每路所述信号通道包括485接口和信号隔离与调理模块，所述CPU通过所述隔离与调理模块与所述485接口相连接，所述485接口配设的485总线上挂接有多个能耗传感器；其中，所述无线通信单元包括与设置于所述CPU5的无线通信主节点相连接的、设置于无线通信模块上的多路独立的无线通信子节点，每路所述无线通信子节点通过485总线挂接多个能耗传感器。本实用新型的能耗网关装置可以实现对能耗的优化配置。

Description

能耗采集网关装置

技术领域

本实用新型涉及能耗的采集与监测技术领域，特别涉及一种能耗采集网关装置。

背景技术

能耗数据的监控是节能工作开展的重要基础。我国企事业单位的能耗数据的收集大多采用定期上报报表的方式，该方式使得能耗数据太笼统甚至不准确，制约了节能工作进一步推进。

随着技术的发展，市场上逐渐开始出现用于能耗采集的网关，不过目前用于能耗采集的网关往往采用单一的通信方式，灵活性有待进一步改善。而且在室外环境恶劣情况下，网关很容易受到损坏。此外用于改善信号的电路板与核心板往往合成一个电路板，只要有一路通道损坏就会影响其它通道，甚至造成整个电路板更换，增加成本和维护难度。

发明内容

技术问题

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何获取各类型能耗采集终端的能耗数据信号。

解决方案

为了解决上述技术问题，根据本发明的一实施例，提供了一种能耗采集网关装置，主要用于汇总能耗信息并根据能耗信息对能耗进行优化配置。该能耗采集网关装置包括铝壳体以及置于所述铝壳体内的功能模块组，该功能模块组包括CPU，所述CPU通过信号线与有线通信单元和无线通信单元相连接；

其中，所述有线通信单元包括多路独立的信号通道，每路所述信号通道包括485接口和信号隔离与调理模块，所述CPU通过所述隔离与调理模块与所述485接口相连接，所述485接口配设的485总线上挂接有多个能耗传感器；

其中，所述无线通信单元包括与设置于所述CPU的无线通信主节点相连接的、设置于无线通信模块上的多路独立的无线通信子节点，每路所述无线通信子节点通过485总线挂接多个能耗传感器。

对于上述能耗采集网关装置，在一种可能的实施方式中，所述有线通信单元包括至多四路独立的信号通道，且每路所述信号通道通过485总线挂接至多16个能耗传感器，且挂接于同一路所述信号通道的485总线上的各个能耗传感器的波特率相同。

对于上述能耗采集网关装置，在一种可能的实施方式中，所述无线通信主节点与至多7路所述无线通信子节点相连接，且每路所述无线通信子节点通过485总线挂接至多16个能耗传感器，且挂接于同一路所述无线通信子节点的485总线的各个能耗传感器的波特率相同。

对于上述能耗采集网关装置，在一种可能的实施方式中，所述无线通信模块采用2.4gGHz公共信道，且所述无线通信模块采用SPI串口通信方式与CPU实现数据交互。

对于上述能耗采集网关装置，在一种可能的实施方式中，所述无线通信模块采用CC2530系列芯片。

对于上述能耗采集网关装置，在一种可能的实施方式中，所述CPU采用TI公司的、型号为AM335x的ARM-Cortex-A8处理器。

对于上述能耗采集网关装置，在一种可能的实施方式中，所述无线通信模块连接有外置天线。

对于上述能耗采集网关装置，在一种可能的实施方式中，所述铝壳体的两侧设有锯齿状的散热槽。

对于上述能耗采集网关装置，在一种可能的实施方式中，所述功能模块组还包括AC-DC电源模块，外接交流电通过设于所述壳体上的电源接口连接至所述电源模块，所述电源模块通过电源线与所述CPU、所述信号隔离与调理模块以及所述无线通信模块分别相连接，所述AC-DC电源模块将外接交流电转换为直流电之后，向所述CPU、所述信号隔离与调理模块以及所述无线通信模块提供直流电源。

对于上述能耗采集网关装置，在一种可能的实施方式中，所述CPU将来自所有能耗传感器的汇总信息通过以太网接口上传至远程服务器，并根据所述远程服务器回传的反馈信息对能耗传感器的能耗进行动态配置。

有益效果

通过将不同协议、不同类型的能耗数据信号转化为标准协议数据的能耗采集网关，以实现网关装置对区域能耗的采集、存储与管理。该网关装置尤其适用于针对楼宇、大型企业、政府学校等场所的能耗管理。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。

图1示出本实用新型一个实施例的能耗采集网关装置的结构示意图；

图2示出本实用新型一个实施例的能耗采集网关装置的信号的传输链路的示意图；

图3示出本实用新型一个实施例的能耗采集网关装置在有线数据传输方式下的通信网络拓扑结构；

图4示出本实用新型一个实施例的能耗采集网关装置在无线数据传输方式下的通信网络拓扑结构。

附图标记列表

1、485接口；2、信号隔离与调理模块；3、壳体；4、AC-DC电源模块；5、中央处理器CPU；6、无线通信模块；7、外置天线；8、电源线；9、信号线；10、散热槽。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

实施例1

图1示出本实用新型一个实施例的能耗采集网关装置的结构示意图。

如图1所示的一种能耗采集网关装置，该网关装置主要用于实时、连续地采集多路信号的多个能耗传感器(水表、电表、燃气表、热能表等)的能耗数据，并将采集到的能耗数据进行运算和处理，并可以通过以太网接口将运算和处理后的汇总信息上传至远程服务器中，远程服务器对该汇总信息进行分析，并将得出的二次配置方案作为反馈信息回传至网关装置的CPU，CPU根据该反馈信息对各路信号的进行动态地配置。

该能耗采集网关装置主要包括壳体3以及置于壳体3内的功能模块组。其中：

壳体3的表面设有散热结构，在一种可能的实施方式中，壳体3可以优选为铝壳体，散热结构可以是设于壳体3两侧(图1中的左侧和右侧)的锯齿状的散热槽10，壳体的材质以及散热槽10主要用于保证网关装置在长期运行时的散热状况处于一个相对良好的状态。

壳体3的下部设有开槽，开槽处设置有电源接口，勇于实现外电源的接入。壳体3的上部的开孔处设有多个485接口1，用于接入用于接收来自不同的能耗传感器的能耗数据的485总线，以通过有线传输的方式实现信号的传输(采集的能耗数据传输至CPU，动态配置的对应指令回传至能耗传感器)。

功能模块组主要包括：

1)作为核心处理模块的CPU5，其主要用于将不同协议的能耗数据转换为标准协议数据，并对该标准协议数据进行运算、处理之后，根据需要进行存储和/或远程传送至远程服务器。在一种可能的实施方式中，可以采用TI公司的ARM-Cortex-A8处理器(型号为AM335x)作为CPU扩展的开发板。

2)信号隔离与调理模块2，该模块主要包括两级保护电路，即：防雷过载保护电路和光电隔离电路。在有线传输对应的每路信号上，能耗数据首先经过两级防雷过载保护电路，防雷过载保护电路采用两级陶瓷气体放电管(GDT和LT)，三角形连接的瞬态抑制二极管(TVS二极管)和热敏电阻(PTC)构建了防雷保护电路，实现对瞬时脉冲干扰、瞬时大电流的冲击(如雷电冲击)的吸收，起到对网关的保护功能。之后能耗数据经过阻容滤波电路和光电隔离电路，其中的阻容滤波电路采用电容和电阻搭建两级阻容滤波电路，实现对有用信号中混有的高频噪声干扰的滤除，且兼具降压限流的作用。而每通道的光电隔离电路采用2片光电隔离芯片6N137构建的双向电气隔离保护电路，主要用于对高频干扰信号的滤除和电气隔离保护防止外电路(传感器端)的短路或过电压等故障对CPU的冲击，实现对CPU的隔离保护。经两级保护电路处理后的能耗数据最后通过串口线传送至CPU，实现对输入的能耗数据的调理以及对CPU的保护。信号的传输链路如图2所示。

3)无线通信模块6，主要用于通过无线传输的方式实现信号的传输。设于壳体上的外置天线7则主要用于保证基于无线传输的无线通信链路的信号实现双向传输。在一种可能的实施方式中，无线模块6采用SPI接口与CPU5连接。

4)AC-DC电源模块4，220V交流电通过电源接口接入AC-DC电源模块4之后，AC-DC电源模块4通过电源线9与CPU5、信号隔离与调理模块2以及无线通信模块6分别相连接，AC-DC电源模块4能够将该220V的交流电转换为直流电(如5V)之后，用于向各个功能模块以及外置天线7提供电能。

在一种可能的实施方式中，网关装置的CPU5是通过有线传输的方式与能耗传感器实现通讯的。进一步参照图1，可以在壳体3上设有四个485接口1，每个485接口对应一路信号，每路信号设有对应的信号隔离与调理模块2，信号隔离与调理模块2通过信号线9与CPU5相连接，以实现信号的有线传输。作为一种较佳的实施例，四路信号的信号隔离与调理模块4均设计为单路独立的隔离输入形式，可以根据实际工况进行选择单独配置和安装，安装简单、方便维修和维护，并可以根据实际情况增删信号隔离与调理模块2，有效地节约了成本。举例而言，通过在各个485接口1处接入一路485总线连接到能耗传感器，各路信号挂接的能耗传感器采集到的能耗数据经信号隔离与调理模块2处理之后，传输至CPU5。CPU将汇总信息传送至远程服务器，远程服务器根据汇总信息对各个传感器的进行分析之后，结合实际的情况(如规定限值、分配比例等)对进行二次配置，并将与二次配置的方案对应的反馈信息回传至CPU5，CPU5进一步将与该反馈信息对应的指令发送至各个传感器，对各个传感器处的进行重新配置。作为一种优选，每路485总线最多能够挂接16个能耗传感器，各路485总线可以挂接有不同的能耗传感器且每路485总线可以连接不同类型、不同传送协议的能耗传感器，但要求同一路485总线上挂接的能耗传感器的波特率必须相同。CPU以主从工作的方式通过地址定时采集不同传感器的数据。上述通过485总线实现有线通信的网关装置的网络拓扑结构如图3所示。无线传输采用空气作介质传输，往往容易受到电磁波、高频信号的干扰，且在传输发生错误时需要再次传送，因此信号传输的实时性会受到一定的影响。采用485总线进行有线传输的优点是采用专用的导线线路进行信号传输，相比无线传输具有更好的可靠性和实时性，因此在布线方便、供电容易的场合有线采用有线通信的方式。

在另一种可能的实施方式中，网关装置的CPU是通过无线传输结合有线传输的方式与能耗传感器实现通讯的。在CPU5内设有无线通信主节点，在无线通信模块6上设置有若干个无线通信子节点，无线通信主节点采用主从结构的星型拓扑方式与无线通信子节点实现连接，各个无线通信子节点对应一路信号，每路信号进一步通过485总线挂接多个能耗传感器。作为一种优选，无线通信主节点最多可连接七个无线通信模块子节点，每路485总线最多可挂接16个能耗采集终端。同样，各路485总线可以挂接有不同的能耗传感器且每路485总线可以连接不同类型、不同传送协议的能耗传感器，但要求同一路485总线上挂接的能耗传感器的波特率必须相同。通过无线通信模块6和485总线联合实现通信的网关装置的网络拓扑结构如图4所示。作为一种较佳的实施例，无线通信模块6可以采用2.4gGHz公共信道，如本实用新型中可以选用CC2530系列芯片来搭建无线通信模块6，且无线通信模块6采用SPI串口通信方式与CPU实现数据交互，并可以运用自动跳频模式消除频率的干扰，以保证对采集到的能耗数据进行安全、可靠地传输，并使得通信距离更远。无线通信方式主要解决在企业、建筑、环境中难于布线，无法提供220V电源的一些情况，在这些情况下即可以采用基于电池供电的无线通信模块和传感器进行能耗信息的采集。并且可以将无线通信模块可以与就近的网关装置组成星型的无线网络连接。

可以看出，本实用新型的网关装置能够将各类型的能耗传感器的、不同协议的数据信号转化为标准协议的信号，并通过引入远程服务器可以对各路相互独立的信号通道进行独立地动态配置，并且可以选择通过有线和/或无线通信的方式实现数据信号的传输。不仅能够及时、准确反映地区、行业、企业能源消耗及能效水平，有利于企业制定针对性的节能降耗政策，可以帮助企业全面掌握能耗运行情况，有利于对其运作成本、生产成本进行分析，及时采取针对性整改措施，达到降低生产成本、实现精细化节能管理的目的。真正做到了无线和有线融合，且由于所有的信号通道均独立，因此具有维护方便、配置灵活、适应性强以及工作尤其是长期工作稳定性好等优点。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能耗采集网关装置，其特征在于，该能耗采集网关装置包括铝壳体以及置于所述铝壳体内的功能模块组，该功能模块组包括CPU，所述CPU通过信号线与有线通信单元和无线通信单元相连接；

其中，所述有线通信单元包括多路独立的信号通道，每路所述信号通道包括485接口和信号隔离与调理模块，所述CPU通过所述隔离与调理模块与所述485接口相连接，所述485接口配设的485总线上挂接有多个能耗传感器；

其中，所述无线通信单元包括与设置于所述CPU的无线通信主节点相连接的、设置于无线通信模块上的多路独立的无线通信子节点，每路所述无线通信子节点通过485总线挂接多个能耗传感器。

2.根据权利要求1所述的能耗采集网关装置，其特征在于，所述有线通信单元包括至多四路独立的信号通道，且每路所述信号通道通过485总线挂接至多16个能耗传感器，且挂接于同一路所述信号通道的485总线上的各个能耗传感器的波特率相同。

3.根据权利要求1所述的能耗采集网关装置，其特征在于，所述无线通信主节点与至多7路所述无线通信子节点相连接，且每路所述无线通信子节点通过485总线挂接至多16个能耗传感器，且挂接于同一路所述无线通信子节点的485总线的各个能耗传感器的波特率相同。

4.根据权利要求3所述的能耗采集网关装置，其特征在于，所述无线通信模块采用2.4gGHz公共信道，且所述无线通信模块采用SPI串口通信方式与CPU实现数据交互。

5.根据权利要求3所述的能耗采集网关装置，其特征在于，所述无线通信模块采用CC2530系列芯片。

6.根据权利要求1所述的能耗采集网关装置，其特征在于，所述CPU采用TI公司的、型号为AM335x的ARM-Cortex-A8处理器。

7.根据权利要求1所述的能耗采集网关装置，其特征在于，所述无线通信模块连接有外置天线。

8.根据权利要求1中任一项所述的能耗采集网关装置，其特征在于，所述铝壳体的两侧设有锯齿状的散热槽。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的能耗采集网关装置，其特征在于，所述功能模块组还包括AC-DC电源模块，外接交流电通过设于所述壳体上的电源接口连接至所述电源模块，所述电源模块通过电源线与所述CPU、所述信号隔离与调理模块以及所述无线通信模块分别相连接，所述AC-DC电源模块将外接交流电转换为直流电之后，向所述CPU、所述信号隔离与调理模块以及所述无线通信模块提供直流电源。

10.根据权利要求1～8中任一项所述的能耗采集网关装置，其特征在于，所述CPU将来自所有能耗传感器的汇总信息通过以太网接口上传至远程服务器，并根据所述远程服务器回传的反馈信息对能耗进行动态配置。