CN215068610U - 一种分布式智能采集分析终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式智能采集分析终端，涉及嵌入式模拟信号高频数据采集分析技术领域，包括处理器、存储器、串口模块、通信模块、高频动态采样模块、电源模块、开关量控制模块和多组交流电流互感器。有益效果：通过在煤矿配电柜需监测的相关设备上部署分布式智能采集分析终端，能够简单、可靠的实现被监测设备的数据采集与分析，不仅工作性能强、工作安全稳定，而且对接设备种类多样化、数据采样频率高且数据传输速率快。

Description

一种分布式智能采集分析终端

技术领域

本实用新型涉及嵌入式模拟信号高频数据采集分析技术领域，具体来说，涉及一种基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端。

背景技术

煤矿配电柜是井下电气控制系统中不可或缺的重要组成部分，矿用配电柜中容纳了各种控制开关和电气元件，可以对电气系统中的用电设备进行电量统计、配电和控制，煤矿配电柜的重要性不言而喻，但是如果没有合理有效的措施对配电柜内设备进行实时数据监控，常常会因为工作环境恶劣与设备工作运行年限的增加，导致煤矿配电柜的内部情况变得不稳定，并且配电柜内部的电气元件在工作过程中会持续产生热量，线路过载也会导致配电柜内部线路的温度升高，从而加速电气元件的老化，严重时甚至有可能引起自燃。

然而当前现有的煤矿配电柜智能采集终端往往存在功能单一、采集数据精度不高、通信接口类型较少、线路复杂易受干扰、处理器性能低下无内置数据传输协议、数据实时性低且不支持高频同步采集等问题，同时因无法承载大数据量的采集工作，故无法对采集数据做出准确有效的分析处理。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中的问题，本实用新型的目的是提出一种基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端，通过在煤矿配电柜需监测的相关设备上部署分布式智能采集分析终端，能够简单、可靠的实现被监测设备的数据采集与分析，不仅工作性能强、工作安全稳定，而且对接设备种类多样化、数据采样频率高且数据传输速率快，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端，包括处理器、存储器、串口模块、通信模块、高频动态采样模块、电源模块、开关量控制模块和多组交流电流互感器，所述存储器、所述串口模块、所述通信模块、所述高频动态采样模块、所述电源模块和所述开关量控制模块分别与所述处理器电性连接，多组所述交流电流互感器与所述高频动态采样模块电性连接，其中：

所述串口模块，用于连接采集端，并采集数据信息传输至所述处理器；

所述高频动态采样模块，用于采集多组所述交流电流互感器数据信息传输至所述处理器；

所述交流电流互感器，用于采集线路电流信息并与所述高频动态采样模块电性连接；

所述处理器，用于接收所述串口模块数据信息和所述高频动态采样模块数据信息并进行信息处理；

所述通信模块，用于所述处理器与服务端进行数据信息传输；

所述电源模块，用于分布式智能采集分析终端进行供电；

所述存储器，用于获取所述处理器数据信息并进行存储；

所述开关量控制模块，用于执行所述处理器指令进行开关量控制。

进一步的，所述串口模块包括多组RS485接口和多组RS232接口。

进一步的，所述采集端包括智能电表和红外热成像仪。

进一步的，还包括时钟生成模块和故障复位模块，所述时钟生成模块和故障复位模块分别与所述处理器电性连接，其中：

所述时钟生成模块，用于产生稳定高频时钟信号提供所述处理器；

所述故障复位模块，用于所述处理器故障复位。

进一步的，所述存储器与所述处理器通过SPI串口连接。

进一步的，所述高频动态采样模块还连接有多组模拟信号设备。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过在煤矿配电柜需监测的相关设备上部署分布式智能采集分析终端，能够简单可靠的实现被监测设备的数据采集分析以及数据传输，并通过通信模块与服务端信息交互，不仅工作性能强、工作安全稳定，而且对接设备种类多样化、数据采样频率高且数据传输速率快，缩短了传统模拟信号传输距离，降低了干扰，并彻底解决了现场工作设备的数据采集难、分析慢、传输短等问题。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

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，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1是根据本实用新型实施例的基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端的原理框图；

图2是根据本实用新型实施例的基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端的高频动态采样模块部分电路示意图一；

图3是根据本实用新型实施例的基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端的高频动态采样模块部分电路示意图二；

图4是根据本实用新型实施例的基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端的开关量控制模块电路示意图；

图5是根据本实用新型实施例的基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端的存储器电路示意图；

图6是根据本实用新型实施例的基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端的电源模块电路示意图；

图7是根据本实用新型实施例的基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端的通信模块电路示意图。

图中：

1、处理器；2、存储器；3、串口模块；4、通信模块；5、高频动态采样模块；6、电源模块；7、开关量控制模块；8、交流电流互感器；9、模拟信号设备。

具体实施方式

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，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

根据本实用新型的实施例，提供了一种基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端。

如图1-图7所示，一种基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端，包括处理器1、存储器2、串口模块3、通信模块4、高频动态采样模块5、电源模块6、开关量控制模块7和多组交流电流互感器8，所述存储器2、所述串口模块3、所述通信模块4、所述高频动态采样模块 5、所述电源模块6和所述开关量控制模块7分别与所述处理器1电性连接，多组所述交流电流互感器8与所述高频动态采样模块5电性连接，其中：

所述串口模块3，用于连接采集端，并采集数据信息传输至所述处理器1；

所述高频动态采样模块5，用于采集多组所述交流电流互感器8数据信息传输至所述处理器1，如采集电流互感器数据以及模拟信号设备数据等；

所述交流电流互感器8，用于采集线路电流信息并与所述高频动态采样模块5电性连接；

所述处理器1，用于接收所述串口模块3数据信息和所述高频动态采样模块5数据信息并进行信息处理；

所述通信模块4，用于所述处理器1与服务端进行数据信息传输，建立分布式智能采集分析终端与服务端监测站服务器之间的高速数据传输；

所述电源模块6，用于分布式智能采集分析终端进行供电，将外部输入电源的电压转换成内部实际需要的电压；

所述存储器2，用于获取所述处理器1数据信息并进行存储；

用于在突发情况发生时，如通信模块4网络断开时，通过内部的掉电不丢失存储芯片将采集到的重要信息储存下来，保证数据的完整性，在网络恢复正常时继续处理相关信息。

所述开关量控制模块7，用于执行所述处理器1指令进行开关量控制。

可用于在如所述高频动态采样模块5检测到交流电流互感器8内的电流超过设定值时或红外热成像仪监测到某条线缆温度异常时，驱动相关电路控制器件(如交流接触器)，断开此线路电能供应；

其中，所述串口模块3包括多组RS485接口和多组RS232接口。

其中，所述采集端包括智能电表和红外热成像仪。

其中，还包括时钟生成模块和故障复位模块，所述时钟生成模块和故障复位模块分别与所述处理器1电性连接，其中：

所述时钟生成模块，采用优质无源晶体振荡器，用于产生稳定高频时钟信号提供所述处理器1，使处理器能够稳定高速的工作；

所述故障复位模块，用于所述处理器1故障复位，用于在突发情况发生时，如处理器1程序跑飞、卡死时，使系统重新恢复正常工作。

其中，所述存储器2与所述处理器1通过SPI串口连接。

其中，所述高频动态采样模块5还连接有多组模拟信号设备9。

借助于上述技术方案，通过在煤矿配电柜需监测的相关设备上部署分布式智能采集分析终端，能够简单可靠的实现被监测设备的数据采集分析以及数据传输，并通过通信模块4与服务端信息交互，不仅工作性能强、工作安全稳定，而且对接设备种类多样化、数据采样频率高且数据传输速率快，缩短了传统模拟信号传输距离，降低了干扰，并彻底解决了现场工作设备的数据采集难、分析慢、传输短等问题。

另外，具体的，电源模块6将外部供电的电压转换成分布式智能采集分析终端各个模块实际需要的电压。

另外，智能电表将采集到的电能数据通过串口模块3将数据发送给处理器1处理；红外热成像仪将采集到的温度图像数据通过串口模块3将数据发送给处理器1处理；其中，串口模块3还包括多路RS232串口，通过 RS232总线采集到其它采集终端的数据，通过串口模块3发送到处理器1进行数据处理。

另外，高频动态采样模块5采集多组交流电流互感器8和多组模拟信号设备9的相关信号数据，处理器1通过模数转换器采集高频动态采样模块 5的模拟信号数据。

另外，处理器1通过开关量连接到开关量控制模块7从而控制被控器件的开启和关闭。

另外，当通信模块4出现故障时，处理器1将采集处理过的数据通过 SPI串口发送到存储器2，在通信模块4恢复正常时处理器1将读取存储器 2内部的数据，保证数据的完整性。

另外，处理器1将采集处理过的数据通过通信模块4发送到服务端(监测站服务器)；能够简单、可靠、灵活以及稳定的实现被监测设备的数据采集与分析如：电流采集、电能采集、温度监测、数据分析与数据传输等。

此外，如图2-图3所示，高频动态采样模块5的部分电路示意图，如图 2所示，LM324和LM324为两路四路运算放大器，具有真正的差分输入能力，可以工作于低至3.0V或高达32V的电源电压之上。共模输入输出范围都包括了正负电源电压。如图3所示，包括：AD7606，该芯片具有八路十六位200K速度的过采样能力，具有高分辨率、双极性输入、多路同步高速模数转换的特点。

另外，如图4所示，开关量控制模块7电路示意图。包括：AQW212S 和AQW212S共四路光耦固态继电器，相对于电磁继电器，光耦继电器由于没有触点引起的磨损，使用寿命是无限的，同时也具有无震动、无切换声音等特性，与电磁继电器一样可控制各种负载(灯泡、发光二极管、加热器、马达等)。

另外，如图5所示，存储器2电路示意图。包括：W25Q256是256Mbit 容量大小的FALSH芯片，主处理器通过SPI总线可在W25Q256中存储大量的数据并长时间的保存。

另外，如图6所示，电源模块6电路示意图。包括：K78U05为直流电源降压模块，具有输入电压范围宽(6.5V—32V)，输出电压稳定，可长时间空载运行，静态功耗极低，效率高达96％，体积小等优点，具有过流、过热、短路等多种保护功能。AP1117是一种固定输出电压为3.3V的正向低压差线性稳压器，可将K78U05输出的5V电压转换为3.3V供处理器和其他模块使用。

此外，如图7所示，通信模块4(高速以太网模块)电路示意图。包括：LAN8720为以太网物理层芯片，可以通过RMII接口与以太网MAC层通信，最高可以支持100M的通信速率，RJ45网络插座其作用是实现导线的电气连续性，方便拔插。

此外，具体的，在实际应用中，处理器1采用的是ARM-Cortex-A7内核系列芯片；串口模块3采用是RSM3485系列；高频动态采样模块5采用的是ADI的AD7606系列和TI的LM324系列；通信模块4采用的是 LAN8720系列芯片；存储器2采用的是W25Q256 FLASH存储芯片；开关量控制模块7芯片采用的是AQW212S系列；电源模块6采用的是K78U05 系列和AP1117系列。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，可实现如下效果：

通过在煤矿配电柜需监测的相关设备上部署分布式智能采集分析终端，能够简单可靠的实现被监测设备的数据采集分析以及数据传输，并通过通信模块4与服务端信息交互，不仅工作性能强、工作安全稳定，而且对接设备种类多样化、数据采样频率高且数据传输速率快，缩短了传统模拟信号传输距离，降低了干扰，并彻底解决了现场工作设备的数据采集难、分析慢、传输短等问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、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 (6)

1.一种基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端，其特征在于，包括处理器(1)、存储器(2)、串口模块(3)、通信模块(4)、高频动态采样模块(5)、电源模块(6)、开关量控制模块(7)和多组交流电流互感器(8)，所述存储器(2)、所述串口模块(3)、所述通信模块(4)、所述高频动态采样模块(5)、所述电源模块(6)和所述开关量控制模块(7)分别与所述处理器(1)电性连接，多组所述交流电流互感器(8)与所述高频动态采样模块(5)电性连接，其中：

所述串口模块(3)，用于连接采集端，并采集数据信息传输至所述处理器(1)；

所述高频动态采样模块(5)，用于采集多组所述交流电流互感器(8)数据信息传输至所述处理器(1)；

所述交流电流互感器(8)，用于采集线路电流信息并与所述高频动态采样模块(5)电性连接；

所述处理器(1)，用于接收所述串口模块(3)数据信息和所述高频动态采样模块(5)数据信息并进行信息处理；

所述通信模块(4)，用于所述处理器(1)与服务端进行数据信息传输；

所述电源模块(6)，用于分布式智能采集分析终端进行供电；

所述存储器(2)，用于获取所述处理器(1)数据信息并进行存储；

所述开关量控制模块(7)，用于执行所述处理器(1)指令进行开关量控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端，其特征在于，所述串口模块(3)包括多组RS485接口和多组RS232接口。

3.根据权利要求2所述的一种基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端，其特征在于，所述采集端包括智能电表和红外热成像仪。

4.根据权利要求3所述的一种基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端，其特征在于，还包括时钟生成模块和故障复位模块，所述时钟生成模块和故障复位模块分别与所述处理器(1)电性连接，其中：

所述时钟生成模块，用于产生稳定高频时钟信号提供所述处理器(1)；

所述故障复位模块，用于所述处理器(1)故障复位。

5.根据权利要求1所述的一种基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端，其特征在于，所述存储器(2)与所述处理器(1)通过SPI串口连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于ARM Cortex-A7内核的分布式智能采集分析终端，所述高频动态采样模块(5)还连接有多组模拟信号设备(9)。

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