CN219085515U - 一种无线数据采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种无线数据采集电路，包括主控模块、采集模块、存储模块、无线模块和外接端口；所述主控模块的第一数据端连接所述采集模块，所述主控模块的第二数据端连接所述存储模块，所述主控模块的第三数据端连接所述无线模块；所述采集模块还连接所述外接端口；通过采集模块和外接端口转换光伏逆变器与主控模块之间的电平信号，实现对光伏逆变器数据的本地采集，并将数据存储于存储模块，定时采集光伏逆变器数据；同时在电路中集成无线模块，通过无线采集将数据传输至后台，方便运营维护人员监控和分析光伏逆变器的运行状态，若无线模块发生损坏或通信不良等情况，仅需拆卸无线采集电路，无需拆寄光伏逆变器整机，降低维护成本。

Description

一种无线数据采集电路

技术领域

本实用新型涉及数据采集与处理技术领域，尤其涉及一种无线数据采集电路。

背景技术

光伏产业是一种新能源产业，目前全世界光伏产业已初具规模。其中，光伏逆变器是光伏电力系统的重要组成部分，由于光照能量密度低，光伏电力系统通常要占用巨大的面积，因此光伏电力系统往往建设于郊区或其它环境恶劣的地方。因此，按照传统方式为实现持续监控和维护光伏逆变器的运行状态是需要很大的人力成本，而在光伏逆变器里集成无线采集模块，无线采集模块如有损坏或通信不良等情况，需拆寄逆变器整机至厂家进行维修更换，成本也非常高。

如今Wi-Fi网络已用于千家万户，且Wi-Fi模块价格较低，后续也无需产生流量费用，是一种低成本的无线方案，对于Wi-Fi覆盖不到的区域，传统方案是使用GPRS网络，但如今国内GPRS网络正在逐步退网，4G网络是比较成熟的网络，但模组成本较高，而新推出的4GCat1模组成本降低很多。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种无线数据采集电路，即插即用，定时采集光伏逆变器数据，降低维护成本。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种无线数据采集电路，包括主控模块、采集模块、存储模块、无线模块和外接端口；所述主控模块的第一数据端连接所述采集模块，所述主控模块的第二数据端连接所述存储模块，所述主控模块的第三数据端连接所述无线模块；所述采集模块还连接所述外接端口。

进一步的，所述采集模块包括采集芯片和第一三极管，所述采集芯片包括第一控制端和第二控制端，所述采集芯片的第一控制端和第二控制端连接所述第一三极管的集电极并接地，所述第一三极管的发射极连接电源，所述第一三极管的基极连接所述主控模块的第一数据端。

进一步的，所述主控模块的第二数据端通过SPI接口连接所述存储模块；所述SPI接口包括多个数据接口，所述多个数据接口均串联电阻。

进一步的，所述无线模块包括WiFi模组或4G Cat1模组。

进一步的，所述外接端口连接所述主控模块的第五数据端和第六数据端；所述外接端口包括DB9接口公头、第一电阻、第二电阻、第一二极管和第二二极管；所述DB9接口公头的第一数据端连接所述第一电阻的一端和所述第一二极管的负极，所述第一电阻的另一端连接所述主控模块的第五数据端，所述第一二极管的正极接地；所述DB9接口公头的第二数据端连接所述第二电阻的一端和所述第二二极管的负极，所述第二电阻的另一端连接所述主控模块的第六数据端，所述第二二极管的正极接地。

进一步的，还包括指示灯模块和可控开关电源；所述主控模块的第四数据端分别连接所述指示灯模块和可控开关电源。

进一步的，所述主控模块的第四数据端包括第一子数据端、第二子数据端和第三子数据端，所述指示灯模块包括第一指示灯、第二指示灯和第三指示灯；所述第一指示灯、第二指示灯和第三指示灯的一端分别连接所述主控模块的第一子数据端、第二子数据端和第三子数据端，所述第一指示灯、第二指示灯和第三指示灯的另一端均连接电源。

进一步的，所述主控模块的第四数据端包括第四子数据端，所述可控开关电源包括开关调节器；所述开关调节器的使能端连接所述主控模块的第四子数据端。

进一步的，还包括LDO电源模块和按键模块；所述LDO电源模块分别连接所述采集模块和所述存储模块；

所述主控模块的第四数据端还包括第五子数据端，所述按键模块连接所述主控模块的第五子数据端。

本实用新型的有益效果在于：本申请通过采集模块和外接端口转换光伏逆变器与主控模块之间的电平信号，实现对光伏逆变器数据的本地采集，并将数据存储于存储模块，从而实现无线采集电路的“即插即用”，定时采集光伏逆变器数据；同时在电路中集成无线模块，通过无线通讯将数据传输至后台，方便运营维护人员监控和分析光伏逆变器的运行状态，若无线模块发生损坏或通信不良等情况，仅需拆卸无线采集电路，无需拆寄光伏逆变器整机，降低维护成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例所提供的一种无线数据采集电路的模块示意图；

图2为本实用新型实施例的主控模块电路图；

图3为本实用新型实施例的采集模块电路图；

图4为本实用新型实施例的存储模块电路图；

图5为本实用新型实施例的外接端口电路图；

图6为本实用新型实施例的指示灯模块电路图；

图7为本实用新型实施例的LDO电源模块电路图；

图8为本实用新型实施例的按键模块电路图；

图9为本实用新型实施例选配WiFi模组的无线模块电路图；

图10为本实用新型实施例选配WiFi模组的可控开关电源电路图；

图11为本实用新型实施例选配4G Cat1模组的无线模块电路图；

图12为本实用新型实施例选配4G Cat1模组的可控开关电源电路图；

标号说明：

1、主控模块；2、采集模块；3、存储模块；4、无线模块；5、外接端口；6、指示灯模块；7、可控开关电源；8、LDO电源模块；9、按键模块。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，一种无线数据采集电路，包括主控模块、采集模块、存储模块、无线模块和外接端口；所述主控模块的第一数据端连接所述采集模块，所述主控模块的第二数据端连接所述存储模块，所述主控模块的第三数据端连接所述无线模块；所述采集模块还连接所述外接端口。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：本申请通过采集模块和外接端口转换光伏逆变器与主控模块之间的电平信号，实现对光伏逆变器数据的本地采集，并将数据存储于存储模块，从而实现无线采集电路的“即插即用”，定时采集光伏逆变器数据；同时在电路中集成无线模块，通过无线采集将数据传输至后台，方便运营维护人员监控和分析光伏逆变器的运行状态，若无线模块发生损坏或通信不良等情况，仅需拆卸无线采集电路，无需拆寄光伏逆变器整机，降低维护成本。

进一步的，所述采集模块包括采集芯片和第一三极管，所述采集芯片包括第一控制端和第二控制端，所述采集芯片的第一控制端和第二控制端连接所述第一三极管的集电极并接地，所述第一三极管的发射极连接电源，所述第一三极管的基极连接所述主控模块的第一数据端。

由上述描述可知，本地数据采集为点对点采集，采集模块不发送数据时，第一三极管的基极常态处于高电平，第一三极管处于截止状态，采集模块的第一控制端和第二控制端为低电平，发送功能失效，只能接收数据；采集模块发送数据时，第一三极管的基极发送低电平，第一三极管处于导通状态，采集模块的第一控制端和第二控制端为高电平，发送功能有效；采集模块的第一控制端和第二控制端通过三极管电路自动实现功能转换，无需软件控制。

进一步的，所述主控模块的第二数据端通过SPI接口连接所述存储模块；所述SPI接口包括多个数据接口，所述多个数据接口均串联电阻。

由上述描述可知，在SPI接口上各串联电阻，增强电路抗扰能力。

进一步的，所述无线模块包括WiFi模组或4G Cat1模组。

由上述描述可知，WiFi网络技术适用性强，且WiFi模组价格较低，后续也不会产生流量费用，能够降低无线模块的运营成本；而对于WiFi覆盖不到的区域，则配置4G无线采集网络；无线采集方式支持WiFi模组或4G Cat1模组两种进行选配，既兼顾了不同场景的用户需求，又降低了产品成本。

进一步的，所述外接端口连接所述主控模块的第五数据端和第六数据端；所述外接端口包括DB9接口公头、第一电阻、第二电阻、第一二极管和第二二极管；所述DB9接口公头的第一数据端连接所述第一电阻的一端和所述第一二极管的负极，所述第一电阻的另一端连接所述主控模块的第五数据端，所述第一二极管的正极接地；所述DB9接口公头的第二数据端连接所述第二电阻的一端和所述第二二极管的负极，所述第二电阻的另一端连接所述主控模块的第六数据端，所述第二二极管的正极接地。

由上述描述可知，通过标准DB9接口公头可外接主控模块仿真接口和采集模块接口，其中仿真接口串联电阻并预留二极管，可防护接触静电，且主控模块支持本地仿真接口、本地采集模块接口和远程无线三种程序升级方式，极大地方便了用户对产品的维护工作。

进一步的，还包括指示灯模块和可控开关电源；所述主控模块的第四数据端分别连接所述指示灯模块和可控开关电源。

由上述描述可知，指示灯模块用于指示无线采集电路的工作状态，从而根据指示灯的变化进行相应操作，可控开关电源专供无线模块的电源，若无线模块发生意外情况时，便于无线模块的单独检修，且不影响其他模块的正常运行。

进一步的，所述主控模块的第四数据端包括第一子数据端、第二子数据端和第三子数据端，所述指示灯模块包括第一指示灯、第二指示灯和第三指示灯；所述第一指示灯、第二指示灯和第三指示灯的一端分别连接所述主控模块的第一子数据端、第二子数据端和第三子数据端，所述第一指示灯、第二指示灯和第三指示灯的另一端均连接电源。

由上述描述可知，指示灯模块的一端均连接电源驱动，可防止主控模块的驱动能力不足造成的指示灯故障；其中，第一指示灯为入网状态指示，第二指示灯为逆变器采集状态指示，第三指示灯为运行状态指示，无线采集电路各个模块的运行状态通过指示灯模块进行显示，从而完成初始化操作。

进一步的，所述主控模块的第四数据端包括第四子数据端，所述可控开关电源包括开关调节器；所述开关调节器的使能端连接所述主控模块的第四子数据端。

由上述描述可知，主控模块将可控开关电源的使能端置为高电平，从而为无线模块提供相应的驱动电源，启动无线模块，实现主控模块对无线模块的初始化操作。

进一步的，还包括LDO电源模块和按键模块；所述LDO电源模块分别连接所述采集模块和所述存储模块；

所述主控模块的第四数据端还包括第五子数据端，所述按键模块连接所述主控模块的第五子数据端。

由上述描述可知，采用LDO电源模块，减小电源纹波，降低芯片损耗；按键模块用于对无线模块的启动和配置，增加无线采集电路的场景适用性。

本实用新型提供的一种无线数据采集电路，可用于对光伏逆变器数据的定时采集，通过“即插即用”的采集电路将光伏逆变器数据传输至后台以便运营维护人员对光伏逆变器的运行状态进行处理分析，以下通过具体实施例来说明：

请参照图1至图10，本实用新型的实施例一为：

参照图1，一种无线数据采集电路，包括主控模块1、采集模块2、存储模块3、无线模块4、外接端口5、指示灯模块6、可控开关电源7、LDO电源模块8和按键模块9；所述主控模块1的第一数据端11连接所述采集模块2，所述主控模块1的第二数据端12连接所述存储模块3，所述主控模块1的第三数据端13连接所述无线模块4；所述主控模块1的第四数据端14分别连接所述指示灯模块6、可控开关电源7和按键模块9；所述LDO电源模块8分别连接所述采集模块2和所述存储模块3；所述采集模块2还连接所述外接端口5。

其中，参照图2，主控模块1芯片型号为R5F100BEANA，第一数据端11为主控模块1的P12/TXD0引脚，第二数据端12为主控模块1的P70、P30/INTP3、P50/INTP5和P51/INTP2引脚，第三数据端13为主控模块1的P16/INTP5/RXD0和P17/TXD0引脚，第四数据端14为主控模块1的P60、P21/ANI1、P20/ANI0、P15和P31/INTP4引脚，第五数据端15为主控模块1的P40/TOOL0引脚，第六数据端16为主控模块1的RESET引脚；主控模块1的P121、P122、P137需通过10K电阻接地；主控模块1的UART0端口与采集模块2通信，UART2端口与无线模块4通信。

其中，主控芯片R5F100BEANA的工作电压为2.4V-5.5V，可以适应-40℃至85℃的工作温度，Flash-ROM(闪存)大小为64KB，Data flash(数据闪存)大小为4KB，RAM(随机存取存储器)大小为4KB。

具体的，参照图3，所述采集模块2包括采集芯片21和第一三极管T1，其中，所述采集芯片采用型号为HD588EESA的芯片，所述采集芯片21包括第一控制端RE和第二控制端DE，所述采集芯片21的第一控制端RE和第二控制端DE连接所述第一三极管T1的集电极并接地，所述第一三极管T1的发射极连接电源3.3V，所述第一三极管T1的基极连接所述主控模块1的P12/TXD0引脚。

参照图4，所述存储模块3采用型号为GD25Q40的FLASH芯片，在其SPI接口各串联100欧姆电阻。

参照图5，所述外接端口5连接所述主控模块1的第五数据端15和第六数据端16；所述外接端口5包括DB9接口公头51、第一电阻R12、第二电阻R16、第一二极管D1和第二二极管D2；所述DB9接口公头51的第一数据端连接所述第一电阻R12的一端和所述第一二极管D1的负极，所述第一电阻R16的另一端连接所述主控模块1的第五数据端15，所述第一二极管D1的正极接地；所述DB9接口公头51的第二数据端连接所述第二电阻R16的一端和所述第二二极管D2的负极，所述第二电阻R16的另一端连接所述主控模块1的第六数据端，所述第二二极管D2的正极接地。

所述主控模块1的第四数据端14包括第一子数据端141、第二子数据端142和第三子数据端143，其中，第一子数据端141为P60引脚，第二子数据端142为P21/ANI1引脚，第三子数据端143为P20/ANI0引脚；

参照图6，所述指示灯模块6包括第一指示灯LED2、第二指示灯LED3和第三指示灯LED4；所述第一指示灯LED2、第二指示灯LED3和第三指示灯LED4的分别连接所述主控模块1的P60引脚、P21/ANI1引脚和P20/ANI0引脚，所述第一指示灯LED2、第二指示灯LED3和第三指示灯LED4的另一端均连接电源3.3V。

参照图7和图8，所述LDO电源模块8的电源芯片型号为MD7333，所述采集模块2和存储模块3连接所述电源芯片的Vout引脚；所述按键模块9连接所述主控模块1的P31/INTP4引脚，且并联0.1uF电容C32，防止按键抖动效应。

参照图9，所述无线模块4包括WiFi模组；所述WiFi模组的型号为ESP-WROOM-02U，WiFi模组的EN引脚和IO16引脚分别连接主控模块1的P16/INTP5/RXD0引脚和P17/TXD0引脚，WiFi模组的TXD引脚和RXD引脚与主控模块1的P13/TXD2引脚和P14/RXD2引脚连接。

其中，WiFi模组ESP-WROOM-02的主要工作参数如下表：

参照图10，所述可控开关电源7包括开关调节器，所述开关调节器的型号为MP2457，所述开关调节器的使能端EN连接所述主控模块1的第四子数据端14，其中，第四子数据端14为P15引脚；所述开关调节器的VIN引脚连接电容C1的一端、电容C2的一端和驱动电压12V，电容C1和电容C2的另一端接地；所述开关调节器的SW引脚连接电感L3的一端，并通过电容C3连接所述开关调节器的BST引脚，电感L3的另一端连接电容C4的一端、电容C26的一端、电容C27的一端、电阻R1的一端和LDO电源模块，电容C4、电容C26和电容C27的另一端均接地，电阻R1的另一端连接所述WiFi模组；所述开关调节器的FB引脚连接电阻R26的一端和电阻R27的一端，所述电阻R26的另一端接地，电阻R27的另一端连接LDO电源模块。

其中，开关调节器MP2457的输入电压为5V-36V，可以适应-40℃至85℃的工作温度，最大输出电流为0.6A，能够满足0.1％的输出电压纹波要求，且效率>90％、2MHz的固定开关频率。

需要说明的是，所述可控开关电源7根据所述无线模块4的进行设置。

请参照图11至图12，本实用新型的实施例二为：

一种无线数据采集电路，其与实施例一的不同之处在于：所述无线模块4包括4GCat1模组；

参照图11，所述4G Cat1模组的型号为L501，所述无线模块4还包括电源滤波电路、开机控制电路、SIM卡电路、固件升级电路、串口电平转换电路、天线匹配电路；其中，所述开机控制电路包括第二三极管T2，电阻R12、电容C18和电阻R13，所述第二三极管T2的基极通过电阻R12连接所述4G Cat1模组，所述第二三极管T2的基极还通过电阻R13连接所述第二三极管T2的发射极，所述第二三极管T2的集电极通过所述电容C18连接所述第二三极管T2的发射极所述第二三极管T2的发射极接地；所述串口电平转换电路包括第三三极管T4和第四三极管T5，所述第三三极管T4和第四三极管T5的基极分别连接1.8V电压，所述第三三极管T4和第四三极管T5的集电极分别连接3.3电压，所述第三三极管T4和第四三极管T5的发射极分别连接所述4G Cat1模组。

其中，4G Cat1模组L501的主要工作参数如下表：

参照图12，所述可控开关电源7包括开关调节器，所述开关调节器的型号为MP1482，所述开关调节器的使能端EN连接所述主控模块1的第四子数据端14。

其中，开关调节器MP1482的输入电压为4.75V-18V，可以适应-40℃至85℃的工作温度，最大输出电流为2A，效率>93％、340KHz的固定开关频率。

需要说明的是，实施例一与实施例二中所述无线模块均包括外置天线。

本实用新型的实施例三为：

将上述的一种无线数据采集电路应用于实际场景中：

将一种无线数据采集电路集成与采集棒内，当采集棒插入逆变器后，逆变器给采集棒供电，采集棒开始进行初始化操作；

D1、主控模块通过UART0端口向逆变器发送指令，采集模块将主控模块的UART0端口TTL电平转换为485差分电平，从而实现主控模块与逆变器通信；逆变器应答指令后，采集模块将逆变器485差分电平转换为TTL电平发送至主控模块UART0端口；主控模块收到逆变器回复后，根据逆变器的回复结果判断逆变器状态。

D2、主控模块通过SPI接口与存储模块通信，根据存储模块的回复结果判断存储模块状态，所述存储模块状态为选配WiFi模组或选配4G Cat1模组。

D3、若无线模块选配WiFi模组，主控模块将可控开关电源的使能引脚置为高电平，将WiFi模组的开机引脚设为高电平，将WiFi模组RESET引脚置为高电平，通过UART2端口TTL电平向WiFi模组发送AT指令，设置IP、端口进行驻网，主控模块根据WiFi模组的回复结果判断WiFi模组状态。

若无线模块选配4G Cat1模组，主控模块将可控开关电源的使能引脚置为高电平，主控模块通过三极管构成的非门电平转换电路将4G Cat1模组的开机引脚复位2S后开机，开机后主控模块通过UART2端口经由三极管构成的电平转换电路将3.3V TTL电平转换为1.8V TTL电平向4G Cat1模组发送AT指令，设置IP、端口进行驻网，主控模块根据4G Cat1模组的回复结果判断4G Cat1模组状态。

D4、主控模块根据以上各个模块的回复结果将当前模块状态通过三路指示灯模块进行显示，完成初始化操作。

D5、初始化完成后，用户通过远程设置采集周期，发送升级命令等对逆变器数据进行采集、记录、程序升级等工作。

综上所述，本实用新型提供的一种无线数据采集电路，设置主控模块、外接端口、RS-485采集模块、LDO电源模块、存储模块、三路指示灯模块、控制按键、可控开关电源、无线模块以及外置天线，从而通过主控模块和RS-485采集模块实现采集逆变器数据，再通过无线模块将采集到的数据远程传输至后台以便运营维护人员对光伏逆变器的运行状态进行处理分析；其中，无线模块支持Wi-Fi模组或4G Cat1模组无线通信方式选配，既兼顾了不同场景的用户需求，又降低了产品成本；同时本实用新型支持本地仿真接口、本地485接口和远程无线(WiFi或4G Cat1)三种程序升级方式，便于用户对电路进行维护。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种无线数据采集电路，其特征在于，包括主控模块、采集模块、存储模块、无线模块和外接端口；所述主控模块的第一数据端连接所述采集模块，所述主控模块的第二数据端连接所述存储模块，所述主控模块的第三数据端连接所述无线模块；所述采集模块还连接所述外接端口；

所述主控模块、采集模块、存储模块、无线模块和外接端口集成于采集棒中。

2.根据权利要求1所述的一种无线数据采集电路，其特征在于，所述采集模块包括采集芯片和第一三极管，所述采集芯片包括第一控制端和第二控制端，所述采集芯片的第一控制端和第二控制端连接所述第一三极管的集电极并接地，所述第一三极管的发射极连接电源，所述第一三极管的基极连接所述主控模块的第一数据端。

3.根据权利要求1所述的一种无线数据采集电路，其特征在于，所述主控模块的第二数据端通过SPI接口连接所述存储模块；所述SPI接口包括多个数据接口，所述多个数据接口均串联电阻。

4.根据权利要求1所述的一种无线数据采集电路，其特征在于，所述无线模块包括WiFi模组或4G Cat1模组。

5.根据权利要求1所述的一种无线数据采集电路，其特征在于，所述外接端口连接所述主控模块的第五数据端和第六数据端；所述外接端口包括DB9接口公头、第一电阻、第二电阻、第一二极管和第二二极管；所述DB9接口公头的第一数据端连接所述第一电阻的一端和所述第一二极管的负极，所述第一电阻的另一端连接所述主控模块的第五数据端，所述第一二极管的正极接地；所述DB9接口公头的第二数据端连接所述第二电阻的一端和所述第二二极管的负极，所述第二电阻的另一端连接所述主控模块的第六数据端，所述第二二极管的正极接地。

6.根据权利要求1所述的一种无线数据采集电路，其特征在于，还包括指示灯模块和可控开关电源；所述主控模块的第四数据端分别连接所述指示灯模块和可控开关电源。

7.根据权利要求6所述的一种无线数据采集电路，其特征在于，所述主控模块的第四数据端包括第一子数据端、第二子数据端和第三子数据端，所述指示灯模块包括第一指示灯、第二指示灯和第三指示灯；所述第一指示灯、第二指示灯和第三指示灯的一端分别连接所述主控模块的第一子数据端、第二子数据端和第三子数据端，所述第一指示灯、第二指示灯和第三指示灯的另一端均连接电源。

8.根据权利要求6所述的一种无线数据采集电路，其特征在于，所述主控模块的第四数据端包括第四子数据端，所述可控开关电源包括开关调节器；所述开关调节器的使能端连接所述主控模块的第四子数据端。

9.根据权利要求6所述的一种无线数据采集电路，其特征在于，还包括LDO电源模块和按键模块；所述LDO电源模块分别连接所述采集模块和所述存储模块；

所述主控模块的第四数据端还包括第五子数据端，所述按键模块连接所述主控模块的第五子数据端。

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