CN208142922U - 一种光伏数字式通讯管理机设备 - Google Patents

一种光伏数字式通讯管理机设备 Download PDF

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CN208142922U CN201721764309.3U CN201721764309U CN208142922U CN 208142922 U CN208142922 U CN 208142922U CN 201721764309 U CN201721764309 U CN 201721764309U CN 208142922 U CN208142922 U CN 208142922U
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林峰平
文志雄
张孝山
周正龙
刘正方
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Abstract

本实用新型公开了一种光伏数字式通讯管理机设备,该设备包括CPU及温度装置,且CPU与温度装置连接。该温度装置,用于采集温度数据,并将采集到的温度数据转化成压差信号,放大该压差信号的幅值并进行滤波处理,将滤波处理后的压差信号输出到CPU中。由于该设备中的温度装置直接与CPU连接,且该温度装置可以采集温度数据,可借由该温度装置实现对温度的测量,不需要通过串口通讯装置转换成RS232接口通信或者RS485接口通信,提高了光伏系统的通信稳定性和可靠性,还有利于故障排除、分析,降低施工成本和维护成本。

Description

一种光伏数字式通讯管理机设备
技术领域
[0001] 本实用新型涉及光伏通讯技术领域,尤其涉及一种光伏数字式通讯管理机设备。
背景技术
[0002] 光伏数字式通讯管理机用于各种自动化网络通信场合、标准化光伏数字电站,是 监控后台与光伏并网发电设备连接的桥梁。在光伏电站监控系统中,光伏逆变器、汇流箱、 箱变监控装置、直流配电柜等智能设备是整个系统的直接数据来源,输出大量的设备参数 数据。由于各种终端设备可能来自于不同厂家、不同型号、不同通信接口,其通讯协议、通讯 接口大多不同,因此,可以由光伏数字式通讯管理机将不同厂家设备、不同规约转换成标准 104或者Modbus TCP等规约接入电站光伏系统监控平台,以完成终端数据采集、命令的上传 和下达,支持终端设备多种不同规约形式,实现集遥测、遥控、遥信、遥调功能为一体,且具 备可靠性、全年不间断工作的优点。 '
[0003]目前传统的光伏数字式通讯管理机设备接口只有RS485、RS232、以太网、开关量输 入ID、开关量输出D0等接口,只能采集汇流箱、箱变监控装置、光伏逆变器的信号,而实际某 些现场同时还要采集箱变内部温度信号或者变压器内部温度信号,传统的光伏数字式通讯 管理机要采集以上温度信号要通过不同串口通讯模块转换成RS232、RS485接口通信,降低 了光伏系统通信稳定性、可靠性,不利于故障排除、分析,且施工成本和维护成本高,不能很 好的满足要求。 实用新型内容
[0004]本实用新型的主要目的在于提供一种光伏数字式通讯管理机设备,可以解决现有 技术中光伏数字式通讯管理机要采集箱变内部温度信号或者变压器内部温度信号时,需要 通过不同串口通讯模块转换成RS232接口通信或者RS485接口通信,降低了光伏系统通信稳 定性、可靠性,不利于故障排除、分析,且施工成本和维护成本高,不能很好的满足要求的技 术问题。
[0005]为实现上述目的,本实用新型提供一种光伏数字式通讯管理机设备,该设备包括: [0006]中央处理器CPU、温度装置,所述CPU与所述温度装置连接;
[0007]所述温^装置用于采集温度数据,并将采集到的温度数据转化成压差信号,放大 所述压差信号的幅值并进行滤波处理,将滤波处理后的所述压差信号输出到所述CPU。
[0008]本实用新型提供一种光伏数字式通讯管理机设备,该设备中的温度装置用于采集 温度数据,并将采集到的温度数据转化成压差信号并进行相应的处理,将处理后的压差信 号输出到CPU中。由于该温度装置直接与CPU连接,且该温度装置可以采集温度数据,可借由 该温度^置实^对温度的测量,不需要通过串口通讯装置转换成RS2:B2接口通信或者RS485 接口通,提尚了光伏系统的通信稳定性和可靠性,还有利于故障排除、分析,降低施工成 本和维护成本。
附图说明
[0009] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还 可以根据这些附图获得其他的附图。
[0010] 图1为本实用新型第一实施例提供的一种光伏数字式通讯管理机设备的结构示意 图;
[0011] 图2为本实用新型第一实施例中温度装置102的结构示意图;
[0012] 图3为本实用新型第一实施例中温度装置1〇2中的温度传感器201的电路示意图 301和器件示意图302;
[0013]图4为本实用新型第一实施例中温度装置102中桥式电路202和差分放大电路203 的电路示意图;
[0014]图5为本实用新型第一实施例中温度装置102中电压跟随电路204的电路示意图; [0015]图6为本实用新型第二实施例提供的一种光伏数字式通讯管理机设备的结构示意 图。
具体实施方式
[0016]为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结 合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述, 显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而非全部实施例。基于本实用新型 中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都 属于本实用新型保护的范围。
[0017]由于现有技术中存在光伏数字式通讯管理机要采集箱变内部温度信号或者变压 器内部温度信号时,需要通过不同串口通讯模块转换成RS232接口通信或者RS485接口通 信,降低了光伏系统通信稳定性、可靠性,不利于故障排除、分析,且施工成本和维护成本 高,不能很好的满足要求的技术问题。
[0018]为了解决上述技术问题,本实用新型提出一种光伏数字式通讯管理机设备,该设 备中的温度装置直接与CPU连接,且该温度装置可以采集温度数据,可借由该温度装置实现 对温度的测量,不需要通过串口通讯装置转换成RS232接口通信或者RS485接口通信,提高 了光伏系统的通信稳定性和可靠性,还有利于故障排除、分析,降低施工成本和维护成本。 [0019]请参阅图1,为本实用新型第一实施例提供的一种光伏数字式通讯管理机设备的 结构示意图。该设备包括: _0]中央处理器(Central Processing Unit,CPU) 101、温度装置 1〇2,且CPU101 与温度 装置102连接;
[0021]该温度装置102,用于米集温度数据,并将采集到的温度数据转化成压差信号,放 大该压差信号的幅值并进行滤波处理,将滤波处理后的该压差信号输出到cpui〇1中。
[0022]需要说明的是,CPU101包括ARM (Acorn RISC Machine)公司ARM9内核处理器结构 的CPU,主频棚匪z(单位,兆赫兹),提供串口、通用串行总线(Universal Serial Bus, USB)、串行外设接口(Serial Peripheral Interface,SPI)、12C(指单个 12核心的CPU)、介 质访问控制(Media Access Control,MAC)层等外设接口。操作系统采用多任务嵌入式 linux操作系统,运行稳定、通讯功能强大。CHJ101中包含有数据存储模块,用来存放linux 系统内核、程序运行过程中的定值及配置的参数、通讯协议程序数据存储等。该数据存储模 块提供64M的随机存取存储器(Random-Access Memory,RAM),128NAND Flash内存,也支持 内存扩展。CPU101主要负责处理、运算、存储、交换处理器内部和外围设备的所有数据。
[0023]需要说明的是,温度装置102能采集温度数据,并将采集到的温度数据转化成毫伏 级的压差信号,进而放大信号幅值和进行滤波处理,将滤波处理后的压差信号输出到 CPU101中,由CPU101进行数据处理、优化及补偿等,输出数字式的数据量,即实际上PT100铂 电阻温度传感器采集温度数据时的温度值。
[0024]在本实用新型实施例中,光伏数字式通讯管理机设备中的温度装置102直接与 CPU101连接,且该温度装置102可以采集温度数据,可借由该温度装置102实现对温度的测 量,不需要通过串口通讯装置转换成RS232接口通信或者RS485接口通信,提高了光伏系统 的通信稳定性和可靠性,还有利于故障排除、分析,降低施工成本和维护成本。
[0025]请参阅图2,为本实用新型第一实施例中温度装置102的结构示意图。该温度装置 102包括:依次连接的温度传感器201、桥式电路202、差分放大电路203及电压跟随电路204。 其中:
[0026]温度传感器201,用于采集温度数据;
[0027]需要说明的是,温度传感器201为一路三线制PT100铂电阻温度传感器,采集温度 信号的范围为-40〜200摄氏度,采集精度为±0 • 5%。为便于理解温度传感器201的结构,请 参阅图3,图3为本实用新型第一实施例中温度装置102中的温度传感器201的电路示意图 301和器件示意图302。其中,电路示意图301中标注的RT100表示温度传感器201中的电阻。 [0028]桥式电路2〇2,用于将温度传感器2〇1采集到的温度数据转化成压差信号;
[0029] 为方便理解,请参阅图4,为本实用新型第一实施例中温度装置102中桥式电路202 和差分放大电路2〇3的电路示意图。其中,第一电阻401、第二电阻402、第三电阻403、温度传 感器201的第一输出端404及温度传感器2〇1的第二输出端405组成的电路构成桥式电路 2〇2。桥式电路2〇2包括:第一电阻401、第二电阻402及第三电阻403。温度传感器201的第一 输出端404与第一电阻401的一端连接,第一电阻401的另一端与第二电阻402的一端连接, 第二电阻402的另一端与第三电阻4〇3的一端连接,温度传感器201的第二输出端405与第三 电阻403的另一端连接。
[0030] 进一步的,温度装置102还包括与桥式电路202连接的REF3025芯片模块(图3未标 出),且第一电阻401与第二电阻402连接的一端,与该REF3025芯片模块连接,以便为该桥式 电路202提供2.5V(单位,伏特)的稳压基准电压。
[0031]需要说明的是,REF3025芯片模块能产生低温漂高精度的2.5V基准电压,输出最大 20mA (单位,毫安)的电流。该2.5V基准电压由第一电阻401和第二电阻402接入,作为桥式电 路202的稳压基准电压。桥式电路202为1路三线制桥式电路,以温度传感器201作为温度装 置1〇2的输入端,由REF3〇25芯片模块产生高精度的2.5V电压,作为桥式电路202的稳压基准 电压,使桥式电路202输出一个mV (单位,毫伏)级的压差信号。
[0032] 具体的,第一电阻401与第二电阻402的阻值相等,第三电阻403的阻值为温度传感 器201测重下限温度值时所对应的电阻值。当温度传感器2〇 1中的热电阻RTl〇〇的阻值(热电 阻RT100的阻值与环境温度有关)与第三电阻4〇3的阻值不相等时,桥式电路202会产生一'个 mV级的压差信号Vr,该压差信号Vr施加在差分放大电路203的两个输入端上。
[0033]其中,差分放大电路2〇3的第一输入端,也是桥式电路202的第一输出端404;差分 放大电路203的第二输入端,为第二电阻4〇2与第三电阻403连接的一端。
[0034]差分放大电路203,用于放大桥式电路202输出的压差信号的幅值;
[0035]为方便理解,下面将结合图4进行说明。该差分放大电路203由第一阻容滤波器 406、第二阻容滤波器407、滤波电容器408、第一放大器409、第四电阻4010及片式磁珠4011 所组成的电路组成。其中,差分放大电路203包括第一阻容滤波器406、第二阻容滤波器407、 滤波电容器408和第一放大器4〇9,且滤波电容器408的两端分别连接第一放大器409的第一 输入端和第二输入端。除此之外,第一阻容滤波器406的一端与第一放大器409的第一输入 端连接,且第一阻容滤波器406的另一端与温度传感器201的第一输出端404连接;第二阻容 滤波器4〇7的一端与第一放大器409的第二输入端连接,且第二电阻402和第三电阻403连接 的一端,与第二阻容滤波器407的另一端连接。其中,S1表示差分放大电路203与电压跟随电 路204的连接点。
[0036]需要说明的是,桥式电路2〇2产生的压差信号Vr,通过第一阻容滤波器406中的电 阻送入第一放大器409的第一输入端上,及通过第二阻容滤波器407中的电阻送入第一放大 器409的第二输入端上,经由第一放大器409放大该压差信号Vr的幅值,记经过第一放大器 409放大后的压差信号为Vn。另外,第一阻容滤波器406中的电阻阻值与第二阻容滤波器407 中的电阻阻值相等。差分放大电路2〇3的放大倍数等于第四电阻4010的电阻阻值与第一阻 容滤波器406中的电阻阻值之比。且,压差信号Vn与压差信号Vr的比值也为差分放大电路 203的放大倍数。
[0037]另外,第一阻容滤波器406及第二阻容滤波器407的主要作用是:滤除高频干扰信 号和减少电压纹波。滤波电容器408起减少压差信号Vr纹波的作用。片式磁珠4011的作用是 抑制电源线上的高频干扰和尖峰干扰。
[0038]电压跟随电路2〇4,用于对差分放大电路203输出的压差信号进行缓冲隔离处理及 滤波处理,并将滤波处理后的压差信号输出到CPU101中。
[0039]为方便理解,请参阅图5,为本实用新型第一实施例中温度装置102中电压跟随电 路204的电路示意图。具体的,该电压跟随电路204包括依次连接的第三阻容滤波器501、第 二放大器502、第四阻容滤波器503和瞬态电压抑制二极管504。其中,S1表示差分放大电路 202与电压跟随电路203的连接点。
[0040]需要说明的是,电压跟随电路204起信号缓冲、隔离、提高负载带载能力、稳定输出 工作电压的作用。其中,第三阻容滤波器501起减少压差信号Vn纹波的作用,第二放大器502 起放大压差信号Vn的幅值的作用,记经第二放大器502放大后的压差信号为Vt。第四阻容滤 波器5〇3起减少压差信号Vt纹波的作用,瞬态电压抑制二极管504起电流、电压浪涌吸收和 电压稳压的作用。
[0041] 进一步的,电压跟随电路204输出的压差信号Vt由CPU101的内部处理器的12位模 数转换器转成数据,且对该数据进行算法优化、补偿温度范围值等,得到温度传感器201采 集温度数据时的环境温度。
[0042] 在本实用新型实施例中,温度装置102通过温度传感器201、桥式电路202、差分放 大电路203及电压跟随电路204,实现了将温度传感器201采集到的温度数据转化成压差信 号,放大该压差信号的幅值并进行滤波处理,将滤波处理后的压差信号输出到CPU101中。由 于温度装置102对压差信号进行了放大处理和滤波处理,使得输入CPU101的模拟量信号质 量较高,更易于CPU101进行处理。
[0043]请参阅图6,为本实用新型第二实施例提供的一种光伏数字式通讯管理机设备的 结构示意图。该设备包括:
[0044] CPU101和温度装置102,CPU101与温度装置102连接;
[0045]温度装置102,用于采集温度数据,并将采集到的温度数据转化成压差信号,放大 该压差信号的幅值并进行滤波处理,将滤波处理后的压差信号输出到CPU101中;
[0046] 在本实用新型实施例中,有关CPU101及温度装置102的相关描述请参阅第一实施 例中的相关描述,此处不再赘述。
[0047] 进一步地,上述设备还包括:通讯装置601,该通讯装置601为符合RS485通讯协议 或者RS422通讯协议或者RS232通讯协议的通讯装置601,通讯装置601与CPU101连接;
[0048]需要说明的是,通讯装置601具有对输入或者输出的信号进行光电隔离的作用,提 高通讯电路抗干扰能力。RS485通讯协议、RS422通讯协议及RS232通讯协议为标准通用异步 收发传输器(UART,Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)协议,波特率、数据 位、校验方式、停止位可自由选配置,支持点对点或者总线式通讯,通信方式是主从方式,支 持一个主机带多个从机功能,可与多个不同厂家、不同型号类型数据终端进行通信,用于从 终端获取数据。CPU101中存在4个串口作为4路三合一通讯数据收发端,MAX13487芯片作为 RS485自动收发数据切换芯片,通过ADUM1201磁电隔离芯片实现对信号的电气隔离及电信 号隔离。
[0049] 进一步地,上述设备还包括:开关量输入(DI,Digital Input)装置602,该DI装置 602与CPU101连接,且DI装置602包括开关门信号产生装置;
[0050] 进一步地,上述设备还包括:开关量输出(D0,Digital Output)装置603,该D0装置 603与CPU101连接,且D0装置603包括继电器,继电器用于接收控制信号并根据控制信息执 行控制操作;
[0051]在本实用新型实施例中,开关门信号产生装置为4路开关量信号输入,为了避免电 气特性及恶劣工作环境带来的干扰,电气采用光电隔离,对信号实现一次从电信号转化成 光信号,再转化成电信号的步骤,起到输入与输出隔离的作用,提供内激励源24V电源。DI装 置602可外接温度报警信号输入。
[0052]在本实用新型实施例中,D0装置603为4路接无源点继电器开关量输出,具有电气 隔离和触点动作保护功能,实现设备报警、开关输出控制。
[0053] 进一步地,上述设备还包括:以太网通讯装置604,该以太网通讯装置604包括芯片 DM9161AEP,以太网通讯装置604与CPU101连接;
[0054]在本实用新型实施例中,以太网通讯装置604采用单芯片快速以太网PHY DM9161AEP芯片,具有10/100M (单位,兆)双绞线自适应的以太网收发器,支持传输控制协议 (Transmission Control Protocol/Internet Protocol,TCP/IP)硬件加速功能,支持RMII 和Mil接口。DM9161AEP芯片通过可变的RMII标准数字接口连接到CPU101的RMII_0引脚,直 接与CPU101中的MAC层联系、通信,是以太网协议物理层收发器。DM9161AEP芯片数据收发的 是差分网络信号,直接连接到RJ45网座。
[0055] 进一步地,上述设备还包括:以太网交换装置605,该以太网交换装置605包括以太 网交换机组,以太网交换装置605与CPU101连接;
[0056] 在本实用新型实施例中,以太网交换机是专为工业应用领域以太网设备连接设计 的智能百兆以太网交换机模组。支持5个百兆端口,并且端口可以任意配置10/lOOBase-T/ Tx电口或100Base-FX光口,其中任意两个端口为冗余环网口。以太网交换装置605中包括 PHY4端口和PHY5端口,且作为冗余环网口,PHY4、PHY5端口直接连接光纤收发器。以太网交 换装置㈤5中包括PHY2端口,且PHY2端口配置为电端口,直接连接RJ45网座。以太网交换装 置605通过RMII接口连接到CPU101中的RMI 1_1引脚,直接与CPU101中的MAC层通信。
[0057] 其中,以太网交换装置6〇5支持自主冗余环网协议、执行生成树协议(Spanning Tree Protocol,STP)、快速生成树协议(Rapid Spanning Tree Protocol,RSTP),使多个安 装在不同地方通信节点的数字式通讯管理机组网采用以太网连接方式与以太网交换机连 接,具有以太网链路冗余与故障快速自动恢复能力,自愈时间小于20毫秒。以太网交换装置 605支持浏览器的简易管理,可通过浏览器界面非常直观的管理和维护设备。
[0058]另外,光伏数字式通讯管理设备机组支持星形、环形联网和双机冗余通信,简化了 现场线路布线长度和通信设备数量,降低了成本,简化组网方式,提高组网灵活性、通讯稳 定性和可靠性。
[0059] 进一步地,上述设备还包括:电源装置606,该电源装置606用于为设备提供工作电 压。
[0060]在本实用新型实施例中,电源装置606采用外置开关电源设计,支持短路、过压、过 流保护。电源装置606给数字式管理机内部其他模块电路提供5伏特或者3.3伏特或者2.5伏 特等工作电压。
[0061] 在本实用新型实施例中,该光伏数字式通讯管理机设备不仅包括CPU101和温度装 置102,还包括通讯装置601、DI装置602、D0装置603、以太网通讯装置604、以太网交换装置 6〇5及电源装置6〇6,这些装置一起构成了 一整套光伏数字式通讯管理机设备,由于该光伏 数字式通讯管理机设备中的温度装置102直接与CPU101连接,且该温度装置102可以采集温 度数据,可借由该温度装置102实现对温度的测量,使得不需要通过串口通讯装置转换成 RS232接口通信或者RS4S5接口通信,提高了光伏系统的通信稳定性和可靠性,还有利于故 障排除、分析,降低施工成本和维护成本。
[0062]在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置仅仅是示意性的,所 述作为分离部件说明的装置可以是或者也可以不是物理上分开的,可以根据实际的需要选 择其中的部分或者全部装置来实现本实施例方案的目的。
[0063]需要说明的是,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的装置并不 一定都是本实用新型所必须的。且在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个 实施例中没有详述的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
[0064]以上为对本实用新型所提供的一种光伏数字式通讯管理机设备的描述,对于本领 域的技术人员,依据本实用新型实施例的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变 之处,综上,本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种光伏数字式通讯管理机设备,其特征在于,所述设备包括: 中央处理器CPU、温度装置,所述CPU与所述温度装置连接; 所述温度装置用于采集温度数据,并将采集到的温度数据转化成压差信号,放大所述 压差信号的幅值并进行滤波处理,将滤波处理后的所述压差信号输出到所述CPU。
2. 根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述温度装置包括:依次连接的温度传感 器、桥式电路、差分放大电路及电压跟随电路; 所述温度传感器,用于采集温度数据; 所述桥式电路,用于将所述温度传感器采集到的温度数据转化成压差信号; 所述差分放大电路,用于放大所述桥式电路输出的压差信号的幅值; 所述电压跟随电路,用于对所述差分放大电路输出的压差信号进行缓冲隔离处理及滤 波处理,并将滤波处理后的压差信号输出到所述CPU。
3. 根据权利要求2所述的设备,其特征在于,所述桥式电路包括:第一电阻、第二电阻及 第二电阻; 所述温度传感器的第一输出端与所述第一电阻的一端连接,所述第一电阻的另一端与 所述第二电阻的一端连接,所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端连接,所述温度 传感器的第二输出端与第三电阻的另一端连接。
4. 根据权利要求3所述的设备,其特征在于,所述差分放大电路包括第一阻容滤波器、 第二阻容滤波器、滤波电容器和第一放大器,且所述滤波电容器的两端分别连接所述第一 放大器的第一输入端和第二输入端; 所述第一阻容滤波器的一端与所述第一放大器的第一输入端连接,且所述第一阻容滤 波器的另一端与所述温度传感器的第一输出端连接; 所述第二阻容滤波器的一端与所述第一放大器的第二输入端连接,且所述第二电阻和 所述第三电阻连接的一端,与所述第二阻容滤波器的另一端连接。
5. 根据权利要求2所述的设备,其特征在于,所述电压跟随电路包括依次连接的第三阻 容滤波器、第二放大器、第四阻容滤波器和瞬态电压抑制二极管。
6. 根据权利要求3所述的设备,其特征在于,所述温度装置还包括与所述桥式电路连接 的REF3025芯片模块,且所述第一电阻与所述第二电阻连接的一端,与所述REF3〇25芯片模 块连接,以便为所述桥式电路提供2.5伏特的稳压基准电压。
7. 根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述设备还包括符合RS485通讯协议或者 RS422通讯协议或者RS232通讯协议的通讯装置,所述通讯装置与所述CPU连接。
8. 根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述设备还包括与所述CPU连接的开关量 输入DI装置,及与所述CPU连接的开关量输出DO装置; 所述DI装置包括开关门信号产生装置,所述DO装置包括继电器,且所述继电器用于接 收控制信号并根据所述控制信息执行控制操作。
9. 根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述设备还包括:与所述CPU连接的以太网 通讯装置,及与所述WU连接的以太网交换装置; 所述以太网通讯装置包括DM9161AEP芯片,所述以太网交换装置包括以太网交换机组。
10. 根据权利要求1至9任意一项所述的设备,其特征在于,所述设备还包括电源装置, 用于为所述设备提供工作电压。
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CN113254377A (zh) * 2021-05-07 2021-08-13 哈尔滨工业大学 一种无人机用任务管理计算机

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