CN218301643U - 一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及数据采集和传输技术领域，特别是一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块，包括MCU电路、数字采集电路、模拟采集电路、电源电路，还包括4G通信电路和蓝牙通信电路；所述4G通信电路采用4G CAT1通信模组，用于将所述MCU电路采集到的环境参数传输到远端控制站；所述蓝牙通信电路采用HC‑04蓝牙串口模块，用于实现所述MCU电路和智能终端的数据交互。本实用新型的主控模块采用主流的4G通信技术，支持数据高速传输、大容量数据传输以及多平台连接，满足用户的各种应用要求；支持蓝牙通信，方便现场人员进行数据查看和故障诊断。
Description
技术领域
本实用新型涉及数据采集及传输技术领域，特别是一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块。
背景技术
作为最接近的现有技术，专利《一种跟随太阳方向持续发电的光伏装置》（公开号CN210225326U）公开了一种跟随太阳方向持续发电的光伏装置，包括：支撑杆；横杆，通过水平转动机构与支撑杆连接；光伏板，通过俯仰转动机构与横杆连接；光伏板上正交设置有第一遮光板和第二遮光板，光伏板被第一遮光板和第二遮光板分割为4个象限，4个象限内依次设置有第一至第四光敏传感器；水平转动电机，用于驱动水平转动机构的水平转动；俯仰转动电机，用于驱动俯仰转动机构的俯仰转动；控制器根据接收到光敏传感器反馈的光强信号差值向转动电机发送转动信号。该光伏装置可提高光照检测的精度从而提高装置跟随太阳转动的准确度以保持其随时处于最佳的受光姿态。该专利中光伏装置结构图侧视图如图1所示，图中标记：1-支撑杆，2-横杆，3-光伏板，31a-第一遮光板，31b-第二遮光板，32a-第一光电池，32b-第二光电池，32c-第三光电池，32d-第四光电池，32aa-第五光电，32bb-第六光电池，32cc-第七光电池，32dd-第八光电池，33-圆柱形腔体，4水平转动电机，5-水平转动机构，6-俯仰转动电机，7-俯仰转动机构，其中控制器8设置在所述支撑杆1上。
基于上述装置，在应急预警设备上可以实现对太阳能的持续利用，通常上述光伏装置布设在野外，需要设置主控模块，对光伏装置的运行数据进行采集，例如，对温度、雨量、水位、渗压计数据等进行采集，并将采集到的数据通过通信模块回传到远端监控站，以确保光伏装置的工作环境正常，一旦有异常情况，能够报警提醒。
在设计之初，只是为了实现功能，因此对主控模块没有通信性能进行改进，例如，通信方式大多采用2G通信模块或者NB通信模块，通信速度慢，传输数据量少，同时2G通信面临停止服务的问题。另外通信接口少，缺乏蓝牙接口，不利于现场人员进行故障诊断和故障处理。
实用新型内容
本实用新型的发明目的在于：对用于光伏装置的数据采集主控模块进行改进，将通信方式改为4G，新增了蓝牙接口，因此，提出了一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块，安装在一种跟随太阳方向持续发电的光伏装置上，用于采集所述光伏装置的环境参数，包括MCU电路、数字采集电路、模拟采集电路、电源电路，所述电源电路用于将220V市电或者12V直流供电转换为所述数据采集传输模块的工作电压；所述模拟采集电路将从模拟传感器上获取的模拟量输出到所述MCU电路；所述数字采集电路将从数字传感器上获取的数字量输出到所述MCU电路，还包括4G通信电路和蓝牙通信电路；
所述4G通信电路采用4G CAT1通信模组，所述4G通信电路一端连接用于所述MCU电路，将所述MCU电路采集到的环境参数通过无线传输的模式发送到远端控制站；
所述蓝牙通信电路采用HC-04蓝牙串口模块，所述蓝牙通信电路的一端与所述MCU电路连接，用于实现所述MCU电路和智能终端之间的数据交互。
作为本实用新型的优选方案，所述4G通信电路的主控芯片型号为EC200U-CN。
作为本实用新型的优选方案，所述HC-04蓝牙串口模块通过TXD2和RXD2两个接口与MCU电路连接，通过AT-L接口输出数据。
作为本实用新型的优选方案，所述述模拟采集电路输入端接入的模拟传感器包括气体传感器、拉线位移传感器以及温度传感器。
作为本实用新型的优选方案，所述数字采集电路的采集芯片U20的型号为ISL81487E1BZ-T，U20的RXD引脚、TXD引脚通过TXD6和RXD6两个接口与MCU电路连接，用于将数字量传输给MCU电路，ED引脚和RE引脚通过BRTC6与MCU电路连接，用于采集芯片U20的使能控制；采集芯片U20的A端口和B端口作为数字量DEG-A和DEG-B的输入端，分别串接了140mA的保险丝，A端口和B端口之间并联了TVS10；另外，A端口和B端口还分别接入了型号为PSM712的静电保护二极管；采集芯片U20的工作电压为5V。
作为本实用新型的优选方案，所述模拟采集电路是基于放大器LM224ADR实现的，包括放大器U10B和放大器U10C，
放大器U10B和放大器U10C的输入负极接地，输入正极通过阻抗匹配电路连接模拟传感器，放大器U10B和放大器U10C的输出端分别通过ADC-IN2和ADC-IN3与MCU电路连接，输出调理后的模拟量到所述MCU电路，放大器U10B和放大器U10C的输出端还通过100K的电阻反馈调理后的模拟量到放大器U10B和放大器U10C的输入负极。
作为本实用新型的优选方案，所述阻抗匹配电路包括三个电阻、一个电容和一个TVS二极管；
模拟传感器采集到的模拟量通过10K的电阻输出到放大器U10B和放大器U10C的输入正极；在10K电阻前端和地之间并联了第一分压电阻，在10K电阻后端和地之间并联了第二分压电阻，10K电阻后端和地之间还并联了电容和TVS二极管。
作为本实用新型的优选方案，所述数字采集电路输入端接入的数字传感器包括渗压计、水位计和翻斗式雨量传感器。
作为本实用新型的优选方案，所述MCU电路是基于单片机构建的，单片机型号为ATM32F407VGT6。
作为本实用新型的优选方案，所述电源电路输出的直流电压值包括：5V、3.3V、12V和24V。
综上，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
本实用新型的主控模块采用主流的4G通信技术，支持数据高速传输、大容量数据传输以及多平台连接，满足用户的各种应用要求；支持蓝牙通信，方便现场人员进行数据查看和故障诊断。支持多种传感器数据采集，适应性广，能够满足野外光伏装置环境监测中各种传感的数据采集。
附图说明
图1是背景技术中光伏装置结构图侧视图；
图2是本实用新型实施例1中一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块的系统框图；
图3是本实用新型实施例1中一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块电路板效果图；
图4是本实用新型实施例1中模拟采集电路原理图；
图5是本实用新型实施例1中数字采集的线路原理图；
图6是本实用新型实施例1中电源电路的原理图；
图7是本实用新型实施例1中4G通信电路的原理图；
图8 是本实用新型实施例1中蓝牙通信电路的原理图；
图9是本实用新型实施例1中MCU电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块的系统，系统框图如图2所示，包括MCU电路、数字采集电路、模拟采集电路、电源电路，所述电源电路用于将220V市电或者12V直流供电转换为所述数据采集传输模块的工作电压；所述模拟采集电路将从模拟传感器上获取的模拟量输出到所述MCU电路；所述数字采集电路将从数字传感器上获取的数字量输出到所述MCU电路；还包括4G通信电路和蓝牙通信电路。
模拟采集电路主要采集模拟量传感器数据，比如4 ～ 20mA的气体传感器、0 ～5V的拉线位移传感器以及温度传感器，主控板将模拟信号进行滤波、变换处理后接入MCU的内部ADC实现信号采集。
数字采集电路主要采集RS485接口的传感器，如渗压计、水位计等，同时可以采集开关量接口信号，如翻斗式雨量传感器信号。
4G通信电路采用目前主流的4G CAT1通信模组，主控板实现模块的电源电路、天线电路、复位电路等外围电路，通信电路最多可以同时连接5个云平台，满足各种应用要求。
蓝牙电路将主控板采集到的传感器数据和故障诊断信息传输到支持蓝牙的手机APP上，方便现场人员进行数据查看和故障诊断。用于光伏装置的数据采集传输模块电路板效果图如图3所示。
模拟采集电路原理图如图4所示，所述述模拟采集电路输入端接入的模拟传感器包括4 ～ 20mA的气体传感器、0 ～ 5V的拉线位移传感器以及温度传感器。所述模拟采集电路是基于放大器LM224ADR实现的，包括放大器U10B和放大器U10C，放大器U10B和放大器U10C的输入负极接地，输入正极通过阻抗匹配电路连接模拟传感器，放大器U10B和放大器U10C的输出端分别通过ADC-IN2和ADC-IN3与MCU电路连接，输出调理后的模拟量到所述MCU电路，放大器U10B和放大器U10C的输出端还通过100K的电阻反馈调理后的模拟量到放大器U10B和放大器U10C的输入负极。
作为优选方案，所述阻抗匹配电路包括三个电阻、一个电容和一个TVS二极管；模拟传感器采集到的模拟量通过10K的电阻输出到放大器U10B和放大器U10C的输入正极；在10K电阻前端和地之间并联了第一分压电阻，在10K电阻后端和地之间并联了第二分压电阻，10K电阻后端和地之间还并联了电容和TVS二极管。
数字采集的线路原理图如图5所示，数字采集电路的采集芯片U20的型号为ISL81487E1BZ-T，U20的RXD引脚、TXD引脚通过TXD6和RXD6两个接口与MCU电路连接，用于将数字量传输给MCU电路，ED引脚和RE引脚通过BRTC6与MCU电路连接，用于采集芯片U20的使能控制；采集芯片U20的A端口和B端口作为数字量DEG-A和DEG-B的输入端，分别串接了140mA的保险丝，A端口和B端口之间并联了TVS10；另外，A端口和B端口还分别接入了型号为PSM712的静电保护二极管；采集芯片U20的工作电压为5V。所述数字采集电路输入端接入的数字传感器包括渗压计、水位计和翻斗式雨量传感器。
电源电路的原理图如图6所示，电源电路主要将12V铅酸电源转换为内部电路使用的5V和3.3V电压，同时提供外部传感器供电的12V和24V电压；同时电源电路还支持AC 220V供电，针对现场光照不足或者外部传感器功耗大的场合，可以同时使用AC220V供电和铅酸电池供电。
4G通信电路的原理图如图7所示，其中，所述4G通信电路采用4G CAT1通信模组，用于将所述MCU电路采集到环境参数传输到环境参数传输到远端控制站；作为优选方案，所述4G通信电路的主控芯片型号为上海移远的4G CAT1模块EC200U-CN。
蓝牙通信电路的原理图如图8所示，所述蓝牙通信电路采用HC-04蓝牙串口模块，用于实现所述MCU电路和智能终端的数据交互，所述XX模块通过TXD2和RXD2两个接口与MCU电路连接，通过AT-L接口输出数据。
本实用新型实施例1中MCU电路原理图如图9所示，所述MCU电路是基于单片机构建的，单片机型号为ATM32F407VGT6。
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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块，安装在一种跟随太阳方向持续发电的光伏装置上，用于采集所述光伏装置的环境参数，包括MCU电路、数字采集电路、模拟采集电路、电源电路，所述电源电路用于将220V市电或者12V直流供电转换为所述数据采集传输模块的工作电压；所述模拟采集电路将从模拟传感器上获取的模拟量输出到所述MCU电路；所述数字采集电路将从数字传感器上获取的数字量输出到所述MCU电路，其特征在于，还包括4G通信电路和蓝牙通信电路；
所述4G通信电路采用4G CAT1通信模组，所述4G通信电路一端连接用于所述MCU电路，将所述MCU电路采集到的环境参数通过无线传输的模式发送到远端控制站；
所述蓝牙通信电路采用HC-04蓝牙串口模块，所述蓝牙通信电路的一端与所述MCU电路连接，用于实现所述MCU电路和智能终端之间的数据交互。
2.如权利要求1所述的一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块，其特征在于，所述4G通信电路的主控芯片型号为EC200U-CN。
3.如权利要求1所述的一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块，其特征在于，所述HC-04蓝牙串口模块通过TXD2和RXD2两个接口与MCU电路连接，通过AT-L接口输出数据。
4.如权利要求3所述的一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块，其特征在于，所述述模拟采集电路输入端接入的模拟传感器包括气体传感器、拉线位移传感器以及温度传感器。
5.如权利要求1所述的一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块，其特征在于，所述数字采集电路的采集芯片U20的型号为ISL81487E1BZ-T，U20的RXD引脚、TXD引脚通过TXD6和RXD6两个接口与MCU电路连接，用于将数字量传输给MCU电路，ED引脚和RE引脚通过BRTC6与MCU电路连接，用于采集芯片U20的使能控制；采集芯片U20的A端口和B端口作为数字量DEG-A和DEG-B的输入端，分别串接了140mA的保险丝，A端口和B端口之间并联了TVS10；另外，A端口和B端口还分别接入了型号为PSM712的静电保护二极管；采集芯片U20的工作电压为5V。
6.如权利要求1所述的一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块，其特征在于，所述模拟采集电路是基于放大器LM224ADR实现的，包括放大器U10B和放大器U10C，
放大器U10B和放大器U10C的输入负极接地，输入正极通过阻抗匹配电路连接模拟传感器，放大器U10B和放大器U10C的输出端分别通过ADC-IN2和ADC-IN3与MCU电路连接，输出调理后的模拟量到所述MCU电路，放大器U10B和放大器U10C的输出端还通过100K的电阻反馈调理后的模拟量到放大器U10B和放大器U10C的输入负极。
7.如权利要求6所述的一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块，其特征在于，所述阻抗匹配电路包括三个电阻、一个电容和一个TVS二极管；
模拟传感器采集到的模拟量通过10K的电阻输出到放大器U10B和放大器U10C的输入正极；在10K电阻前端和地之间并联了第一分压电阻，在10K电阻后端和地之间并联了第二分压电阻，10K电阻后端和地之间还并联了电容和TVS二极管。
8.如权利要求7所述的一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块，其特征在于，所述数字采集电路输入端接入的数字传感器包括渗压计、水位计和翻斗式雨量传感器。
9.如权利要求1所述的一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块，其特征在于，所述MCU电路是基于单片机构建的，单片机型号为ATM32F407VGT6。
10.如权利要求1-9任一所述的一种用于应急预警设备光伏装置的数据采集传输模块，其特征在于，所述电源电路输出的直流电压值包括：5V、3.3V、12V和24V。
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