專利名稱：用于可再生能源建筑應(yīng)用項目監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體涉及了一種用于可再生能源建筑應(yīng)用項目監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器。
背景技術(shù)：
2006年，建設(shè)部、財政部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推進可再生能源在建筑中應(yīng)用的實施意見》，全面啟動可再生能源建筑應(yīng)用的推廣工作，經(jīng)過項目示范、城市示范和縣級示范、省級集中示范三個階段，已經(jīng)形成可再生能源在建筑中應(yīng)用的規(guī)?；椭贫然?yīng)。隨著太陽能、淺層地能等可再生能源在建筑中應(yīng)用面積和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，構(gòu)建可再生能源建筑應(yīng)用項目數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，量化和評估示范項目的節(jié)能效果與經(jīng)濟效益，是指導(dǎo)未來可再生能源建筑應(yīng)用發(fā)展方向的必要途徑。可再生能源建筑應(yīng)用數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)包括具有遠傳功能的計量設(shè)備、數(shù)據(jù)采集器、傳輸網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心?？稍偕茉从嬃吭O(shè)備安裝在項目監(jiān)測支路中用于計量溫度、流量、功率等項目參數(shù)，項目參數(shù)按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議傳輸至數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器對項目參數(shù)進行處理后通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上傳至數(shù)據(jù)中心。因此在整個監(jiān)測系統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)中，數(shù)據(jù)采集器承擔(dān)著向下采集、數(shù)據(jù)處理和向上傳輸?shù)年P(guān)鍵作用，是監(jiān)測系統(tǒng)的核心節(jié)點設(shè)備。目前市場上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集器其功能較為單一、數(shù)據(jù)采集器和上傳頻率無法靈活配置、對監(jiān)測數(shù)據(jù)的算法處理支持不夠等問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種采用模塊化設(shè)計、信息鏈路簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定性高，并且功能強大、能耗低、可擴展性高的用于可再生能源建筑應(yīng)用項目監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了以下技術(shù)方案一種用于可再生能源建筑應(yīng)用項目監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，包括ARM處理器、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)上傳單元、存儲單元、信號輸出單元和電源電路單元；其中該數(shù)據(jù)采集器還設(shè)有配置單元；所述ARM處理器的輸入端分別與電源電路單元、配置單元連接，輸出端與信號輸出單元連接；ARM處理器通過線路與數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)上傳單元和存儲單元連接，并進行雙向數(shù)據(jù)通信；所述ARM處理器為S3C2440芯片；所述配置單元采用MAX3232S0P芯片及附屬RS232接口構(gòu)成的配置器，可以實現(xiàn)可再生能源計量設(shè)備和數(shù)據(jù)采集器配置信息的讀寫操作。RS232接口通過線路與ARM處理器連接。所述數(shù)據(jù)采集單元包括光電隔離轉(zhuǎn)換電路和RS485接口 ；所述RS485接口向下連接支持RS485現(xiàn)場總線協(xié)議的可再生能源計量設(shè)備，接收來自可再生能源計量設(shè)備的實時數(shù)據(jù)；向上連接光電隔離轉(zhuǎn)換電路；所述光電隔離轉(zhuǎn)換電路與ARM處理器連接；可再生能源計量設(shè)備的實時數(shù)據(jù)通過RS485接口傳輸?shù)焦怆姼綦x轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，再傳輸?shù)紸RM處理器進行分析處理。光電隔離轉(zhuǎn)換電路能實現(xiàn)光、電信號的耦合隔離。[0010]數(shù)據(jù)上傳單元包括網(wǎng)卡驅(qū)動模塊和RJ45接口 ；所述網(wǎng)卡驅(qū)動模塊與ARM處理器連接；所述RJ45接口與網(wǎng)卡驅(qū)動模塊連接，并插接入以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)通過以太網(wǎng)向數(shù)據(jù)中心上傳可再生能源計量設(shè)備的數(shù)據(jù)。所述存儲單元包括K9F1G08U0B閃存芯片和K4S561632隨機存儲器。所述信號輸出單元包括IXD液晶顯示電路和LED信號指示電路；所述IXD液晶顯示電路和LED信號指示電路均通過線路與ARM處理器連接。IXD液晶顯示電路為人機對話、工作參數(shù)和結(jié)果顯示提供便捷、直觀的途徑；LED信號指示電路用來指示數(shù)據(jù)采集器各組成部分的工作狀態(tài)，包括對數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)上傳單元、電源電路單元處于正常工作或故障狀態(tài)的信號指示。所述電源電路單元設(shè)有濾波電路、保護電路和開關(guān)電源；濾波電路與保護電路連接，保護電路與開關(guān)電源連接，開關(guān)電源通過線路與ARM處理器和光電隔離轉(zhuǎn)換電路的電源輸入端連接，為其提供穩(wěn)定的+5V電壓電源。濾波電路用來對干擾信號進行過濾，保持電路信號純凈，保護電路對電路器件進行過流保護。本實用新型的“用于可再生能源建筑應(yīng)用項目監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器”是以ARM處理器為核心，采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的嵌入式系統(tǒng)軟件、嚴(yán)格按照《可再生能源建筑應(yīng)用示范項目數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》和有關(guān)現(xiàn)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進行研制。ARM處理器具備的特點1、體積小、低功耗、低成本、高性能；2、支持Thumb (16位)/ARM (32位)雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件；3、大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；4、大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；5、尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；6、指令長度固定。本實用新型的數(shù)據(jù)采集器的工作原理該數(shù)據(jù)采集器通過數(shù)據(jù)采集單元采集可再生能源計量設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，并經(jīng)過光電隔離轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的形式，再傳輸給ARM處理器進行處理，ARM處理器將上述數(shù)據(jù)的處理結(jié)果傳輸給存儲單元進行暫存，在設(shè)定條件滿足或接收到數(shù)據(jù)中心上傳指令時，ARM處理器將監(jiān)測數(shù)據(jù)施加AES算法加密后通過數(shù)據(jù)上傳單元和以太網(wǎng)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心。另外，ARM處理器還會將數(shù)據(jù)采集器的各部分的工作狀態(tài)信息傳輸給信號輸出單元，讓監(jiān)控人員隨時可以通過信號輸出單元直觀的了解采集器的工作狀態(tài)。配置單元則根據(jù)需要對數(shù)據(jù)采集器的各部分模塊單元的參數(shù)進行配置。該數(shù)據(jù)采集器內(nèi)布置嵌入式操作系統(tǒng)LINUX和具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)據(jù)采集、上傳、存儲和處理程序，可根據(jù)數(shù)據(jù)中心命令或內(nèi)嵌程序完成向下采集和向上傳輸動作，可靈活配置采集與上傳頻率，支持接收來自數(shù)據(jù)中心的查詢、校時命令，支持向多個數(shù)據(jù)中心同時發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集器具備自動回復(fù)功能，在無人值守情況下可以從故障中恢復(fù)正常工作狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型具備的有益效果該數(shù)據(jù)采集器采用模塊化設(shè)計、信息鏈路簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定性高，且具有能耗低、功能強大、可擴展性高等優(yōu)點。(I)支持MODBUS協(xié)議、《多功能電能表通信規(guī)約》DL/T645-1997、《多功能電能表通信協(xié)議》DL/T645-2007、《戶用計量儀表數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條件》CJ/T188-2004多種通信協(xié)議；(2)能同時采集大氣溫度計、水溫度計、太陽總輻照儀、功率計、電能表、流量計、熱能表等不同類型可再生能源計量設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)；(3)數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)中心采用TCP/IP協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)采集器可以定時向數(shù)據(jù)采集器發(fā)送加密數(shù)據(jù)包，也可以在接收到數(shù)據(jù)中心命令后發(fā)送符合命令要求的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包均采用AES算法加密處理；(4)能對計量設(shè)備的采集頻率和向數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)上傳頻率進行靈活獨立配置，可支持實時采集同步上傳、實時采集異步上傳、不同計量設(shè)備采集頻率差異配置等多種模式；(5)支持對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行加、減、乘、除基本算法處理，也能根據(jù)算法結(jié)構(gòu)配置靈活復(fù)雜的算法處理模式；(6)能支持同時向多個數(shù)據(jù)中心(服務(wù)器)并發(fā)發(fā)送數(shù)據(jù)，并在以太網(wǎng)故障狀態(tài)下存儲來自計量設(shè)備的數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)正常后自動連接數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)的斷點續(xù)傳。(7)本實用新型電磁兼容性能優(yōu)良，經(jīng)權(quán)威部門檢測，完全滿足《可再生能源建筑應(yīng)用示范項目數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》對數(shù)據(jù)采集器的電磁兼容性要求。

圖1是本實用新型的一實施例的結(jié)構(gòu)框架圖。圖2是本實用新型應(yīng)用于可再生能源建筑應(yīng)用項目監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。實施例如附圖所示，一個用于可再生能源建筑應(yīng)用項目監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，包括ARM處理器、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)上傳單元、存儲單元、信號輸出單元和電源電路單元；其特征在于該數(shù)據(jù)采集器還設(shè)有配置單元；所述ARM處理器的輸入端分別與電源電路單元、配置單元連接，輸出端與信號輸出單元連接；ARM處理器通過線路與數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)上傳單元和存儲單元連接，并進行雙向數(shù)據(jù)通信；所述ARM處理器為S3C2440芯片；所述配置單元采用MAX3232S0P芯片及附屬RS232接口構(gòu)成的配置器；所述數(shù)據(jù)采集單元包括光電隔離轉(zhuǎn)換電路和RS485接口 ；所述RS485接口向下連接支持RS485現(xiàn)場總線協(xié)議的可再生能源計量設(shè)備，向上連接光電隔離轉(zhuǎn)換電路；所述光電隔離轉(zhuǎn)換電路與ARM處理器連接；所述數(shù)據(jù)上傳單元包括網(wǎng)卡驅(qū)動模塊和RJ45接口 ；所述網(wǎng)卡驅(qū)動模塊與ARM處理器連接；所述RJ45接口與網(wǎng)卡驅(qū)動模塊連接；所述存儲單元包括K9F1G08U0B閃存芯片和K4S561632隨機存儲器；所述信號輸出單元包括LCD液晶顯示電路和LED信號指示電路；所述LCD液晶顯示電路和LED信號指示電路均通過線路與ARM處理器連接；所述電源電路單元設(shè)有濾波電路、保護電路和開關(guān)電源。該數(shù)據(jù)采集器的具體工作流程可再生能源計量設(shè)備通過485總線與RS485接口連接，在接收到數(shù)據(jù)采集器的指令后向其發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)光電隔離轉(zhuǎn)換電路后進入ARM處理器的數(shù)據(jù)處理程序，經(jīng)處理的數(shù)據(jù)暫時保存在存儲器內(nèi)，在設(shè)定條件滿足或接收到數(shù)據(jù)中心上傳指令時，將監(jiān)測數(shù)據(jù)施加AES算法加密后通過數(shù)據(jù)上傳單元和以太網(wǎng)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)采集器配置256M存儲容量，并可擴展SD卡用于擴展存儲空間。在數(shù)據(jù)采集器進入自動監(jiān)測工作狀態(tài)前，可通過配置單元將可再生能源計量設(shè)備的地址信息、通信協(xié)議信息、采集頻率信息、數(shù)據(jù)設(shè)置信息、數(shù)據(jù)采集器通信信息、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器信息、數(shù)據(jù)遠傳參數(shù)設(shè)置信息等寫入數(shù)據(jù)采集器內(nèi)。在本實施例中，可再生能源計量設(shè)備通過主-從結(jié)構(gòu)的半雙工現(xiàn)場總線與數(shù)據(jù)采集器連接，數(shù)據(jù)采集器是通信主機，可再生能源計量設(shè)備是通信從機，從機在主機的請求命令下應(yīng)答。數(shù)據(jù)采集器通過以太網(wǎng)向數(shù)據(jù)中心遠傳可再生能源建筑應(yīng)用項目監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)通信采用基于IP協(xié)議的以太網(wǎng)，在傳輸層使用TCP協(xié)議。
權(quán)利要求1.一種用于可再生能源建筑應(yīng)用項目監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，包括ARM處理器、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)上傳單元、存儲單元、信號輸出單元和電源電路單元；其特征在于該數(shù)據(jù)采集器還設(shè)有配置單元；所述ARM處理器的輸入端分別與電源電路單元、配置單元連接，輸出端與信號輸出單元連接；ARM處理器通過線路與數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)上傳單元和存儲單元連接，并進行雙向數(shù)據(jù)通信；所述ARM處理器為S3C2440芯片；所述配置單元采用 MAX3232S0P芯片及附屬RS232接口構(gòu)成的配置器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可再生能源建筑應(yīng)用項目監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集單元包括光電隔離轉(zhuǎn)換電路和RS485接口 ；所述RS485接口向下連接支持RS485現(xiàn)場總線協(xié)議的可再生能源計量設(shè)備，向上連接光電隔離轉(zhuǎn)換電路；所述光電隔離轉(zhuǎn)換電路與ARM處理器連接；可再生能源計量設(shè)備的實時數(shù)據(jù)通過RS485接口傳輸?shù)焦怆姼綦x轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，再傳輸?shù)紸RM處理器進行分析處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可再生能源建筑應(yīng)用項目監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，其特征在于所述數(shù)據(jù)上傳單元包括網(wǎng)卡驅(qū)動模塊和RJ45接口 ；所述網(wǎng)卡驅(qū)動模塊與ARM處理器連接；所述RJ45接口與網(wǎng)卡驅(qū)動模塊連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可再生能源建筑應(yīng)用項目監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，其特征在于所述存儲單元包括K9F1G08U0B閃存芯片和K4S561632隨機存儲器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于可再生能源建筑應(yīng)用項目監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，其特征在于所述信號輸出單元包括LCD液晶顯示電路和LED信號指示電路；所述LCD液晶顯示電路和LED信號指示電路均通過線路與ARM處理器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的用于可再生能源建筑應(yīng)用項目監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，其特征在于所述電源電路單元設(shè)有濾波電路、保護電路和開關(guān)電源。
專利摘要本實用新型公開了一種用于可再生能源建筑應(yīng)用項目監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，包括ARM處理器、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)上傳單元、存儲單元、信號輸出單元和電源電路單元；其特征在于該數(shù)據(jù)采集器還設(shè)有配置單元；所述ARM處理器的輸入端分別與電源電路單元、配置單元連接，輸出端與信號輸出單元連接；ARM處理器通過線路與數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)上傳單元和存儲單元連接，并進行雙向數(shù)據(jù)通信；所述ARM處理器為S3C2440芯片；所述配置單元采用MAX3232SOP芯片及附屬RS232接口構(gòu)成的配置器。該數(shù)據(jù)采集器采用模塊化設(shè)計、信息鏈路簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定性高，且具有能耗低、功能強大、可擴展性高。
文檔編號G05B19/418GK202886978SQ20122061110
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者黃春鳴, 凌雙梅, 覃雪玲 申請人:廣西壯族自治區(qū)建筑科學(xué)研究設(shè)計院