專利名稱：用于大型公建能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于大型公建能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器。
背景技術(shù)：
建筑耗能與工業(yè)耗能、交通耗能已并稱為三個(gè)“耗能大戶”，而建筑能耗中大型公共建筑的能源利用率尤其低。我國(guó)屬于能源緊缺，開(kāi)展能耗監(jiān)測(cè)及時(shí)獲取建筑能耗數(shù)據(jù)，以提高能源利用率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。開(kāi)展建筑節(jié)能，制定節(jié)能對(duì)策的關(guān)鍵是及時(shí)獲取建筑能耗數(shù)據(jù)，能耗數(shù)據(jù)可通過(guò)構(gòu)建能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取。大型公建能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括支持遠(yuǎn)傳的計(jì)量基表、數(shù)據(jù)采集器、監(jiān)測(cè)中心。遠(yuǎn)傳計(jì)量基表部署在監(jiān)測(cè)建筑物中對(duì)各能耗分項(xiàng)進(jìn)行計(jì)量；能耗數(shù)據(jù)通過(guò)有線或者無(wú)線等通信方式傳輸至數(shù)據(jù)采集器；數(shù)據(jù)采集器對(duì)能耗數(shù)據(jù)處理后通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸將能耗數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測(cè)中心；用戶可通過(guò)監(jiān)測(cè)中心管理能耗監(jiān)測(cè)網(wǎng)、收集監(jiān)測(cè)信息。因此，數(shù)據(jù)采集器是整個(gè)能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分之一。目前，已研制出了一些能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這在很大程度上解決了能耗數(shù)據(jù)的獲取問(wèn)題，為宏觀上制定節(jié)能措施提供了翔實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)支持。但這些數(shù)據(jù)采集器還存在以下問(wèn)題1)普遍未實(shí)現(xiàn)分項(xiàng)計(jì)量，只能計(jì)量單項(xiàng)的用電量或者用水量等能耗數(shù)據(jù)，不利于制定更加具體的節(jié)能措施。2)數(shù)據(jù)采集器與能耗計(jì)量基表間的通信普遍采用總線方式，并且只采用了 RS485或者M(jìn)-Bus中的一種，使得用戶在基表的選擇和更換方面存在局限性。隨著嵌入式、無(wú)線通信等技術(shù)的發(fā)展，改進(jìn)現(xiàn)有能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決能耗監(jiān)測(cè)設(shè)備通信接口單一等問(wèn)題成為可能。改進(jìn)后的數(shù)據(jù)采集器同時(shí)具有兩類通信接口。一類是總線方式，總線方式具有簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，適宜容易布線的場(chǎng)所采用，并且具備M-Bus和 RS485兩種總線方式，用戶基表的選擇范圍更廣；另一類是ZigBee無(wú)線方式，此接口適合暫時(shí)不便于布設(shè)總線的場(chǎng)所采用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于大型公建能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集
ο本發(fā)明的具體方案
本發(fā)明包括電源管理模塊、GPRS模塊MC35i、M-Bus模塊、ZigBee無(wú)線模塊HZ2012、 RS485模塊以及處理器模塊。電源管理模塊包括降壓整流電路，用于將輸入工頻交流電整流為直流電供給-15V電壓轉(zhuǎn)換電路、+15V電壓轉(zhuǎn)換電路；-15V電壓轉(zhuǎn)換電路將降壓整流電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換為-15V電壓供給M-bus模塊；+15V電壓轉(zhuǎn)換電路將降壓整流電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換為 +15V電壓供給M-Bus模塊和5V電壓轉(zhuǎn)換電路；5V電壓轉(zhuǎn)換電路將5V電壓供給GPRS模塊 MC35i和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路將3. 3V電壓供給ZigBee無(wú)線模塊HZ20124、RS485模塊和處理器模塊。GPRS模塊MC35i，用于數(shù)據(jù)采集器和監(jiān)測(cè)中心間的通信，通過(guò)UARTO與處理器模塊6連接。M-Bus模塊，用于數(shù)據(jù)采集器和M-Bus遠(yuǎn)傳基表間的通信，通過(guò)UART3和處理器模塊連接。ZigBee無(wú)線通信模塊HZ20124，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器和ZigBee遠(yuǎn)傳基表間的通信，通過(guò)UARTl和處理器模塊連接。RS485模塊核心為RS485驅(qū)動(dòng)器SP!M85，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器和RS485遠(yuǎn)傳基表間的通信，通過(guò)UART2和處理器模塊連接。處理器模塊采用ARM內(nèi)核的處理器LPC2368FBD100，LPC2368FBD100用于控制 M-Bus模塊、ZigBee模塊HZ20124、RS485模塊和處理器模塊間的通信，并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析處理后通過(guò)控制GPRS模塊MC35i傳輸至監(jiān)測(cè)中心。所述的降壓整流電路包括變壓器Tl，一個(gè)橋堆BDl ；+15V電壓轉(zhuǎn)換電路包括2個(gè)極性電容Cl、C6，一個(gè)電感Li，一個(gè)穩(wěn)壓二極管Dl和一片電源穩(wěn)壓芯片VRl LM2576 ；-15V 電壓轉(zhuǎn)換電路包括2個(gè)極性電容C2、C4，2個(gè)濾波電容C3、C5和一片電源管理芯片VR2 LM7915 ；5V電壓轉(zhuǎn)換電路包括電容2個(gè)極性電容C7、C8，一個(gè)電感L2，一個(gè)穩(wěn)壓二極管D2 和一片電源管理芯片VR3 LM2596S ；3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路包括2個(gè)濾波電容C9、C12，2個(gè)極性電容C10、Cl 1，一個(gè)發(fā)光二極管DSl和一片電源穩(wěn)壓芯片VR4 SPXl 117-3. 3。帶中心抽頭變壓器Tl的中心抽頭接地，初級(jí)線圈輸入220V工頻交流電壓，次級(jí)線圈與橋堆BDl的交流端連接。橋堆BDl的正極和+15V電壓轉(zhuǎn)換電路連接，橋堆BDl的負(fù)極和-15V電壓轉(zhuǎn)換電路連接；
+15V電壓轉(zhuǎn)換電路中第一極性電容Cl的正極和電源管理芯片LM2576的1引腳、降壓整流電路中橋堆BDl的正極連接，第一極性電容Cl的負(fù)極接地，電源管理芯片LM2576的3 引腳、5引腳接地，電源管理芯片LM2576的4引腳和第一電感Ll的一端、第二極性電容C6 的正極連接，電源管理芯片LM2576的2引腳和第一電感Ll的另一端連接、第一穩(wěn)壓二極管 Dl的陰極連接，第一穩(wěn)壓二極管Dl的陽(yáng)極接地，第二極性電容C6的負(fù)極接地。-15V電壓轉(zhuǎn)換電路中第三極性電容C2的正極和降壓整流電路中帶中心抽頭變壓器Tl的中心抽頭、第一濾波電容C3的一端、電源管理芯片LM7915的GND腳、第四極性電容 C4的正極和第二濾波電容C5的一端接地，第三極性電容C2的負(fù)極與降壓整流電路中橋堆 BDl的負(fù)極、第一濾波電容C3的另一端和電源管理芯片VR2 LM7915的Vin引腳連接，電源管理芯片VR2 LM7915的Vout引腳與第四極性電容C4的負(fù)極、第二濾波電容C5的另一端連接。5V電壓轉(zhuǎn)換電路中第五極性電容C7的正極和+15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端、電源管理芯片VR3 LM2596S的1引腳連接，第五極性電容C7的負(fù)極、電源管理芯片LM2596S的3 引腳、電源管理芯片LM2596S的5引腳、第二穩(wěn)壓二極管D2的陽(yáng)極和第六極性電容C8的負(fù)極接地，電源管理芯片LM2596S的4引腳和電感L2的一端、第六極性電容C8的正極連接， 電源管理芯片LM2596S的2引腳和第二電感L2的另一端連接、第二穩(wěn)壓二極管D2的陰極接地。3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路中的第三濾波電容C9的一端與5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端、第七極性電容ClO的正極、電源管理芯片SPX1117-3. 3的3引腳連接，第三濾波電容C9 的另一端和第七極性電容ClO的負(fù)極、電源管理芯片SPX1117-3.3的1引腳、第八極性電容Cll的陰極、第四濾波電容C12的另一端和發(fā)光二極管DSl的陰極接地，電源管理芯片 SPXl 117-3. 3的2引腳與第二極性電容Cll的正極、第二濾波電容C12的一端、發(fā)光二極管 DSl的陽(yáng)極連接。ZigBee無(wú)線模塊HZ2012的13引腳、15引腳、17引腳和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，ZigBee無(wú)線模塊HZ2012的21引腳、23引腳、25引腳、27引腳均接地，ZigBee無(wú)線模塊的18引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的62引腳連接，ZigBee無(wú)線模塊的 20引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的63引腳連接，ZigBee無(wú)線模塊的其余引腳均懸空。RS485模塊包括驅(qū)動(dòng)器SP;3485、第一電阻R1、第二電阻R2、接插件J1。 驅(qū)動(dòng)器 SP3485的1引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的49引腳連接，驅(qū)動(dòng)器SP!M85的 4引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的48引腳連接，驅(qū)動(dòng)器SP!M85的3引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的46引腳連接，驅(qū)動(dòng)器SP!M85的5引腳接地，驅(qū)動(dòng)器 SP3485的8引腳與第一電阻Rl的一端、3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，驅(qū)動(dòng)器SP3485 的6引腳與第一電阻Rl的另一端、接插件Jl的1引腳連接，驅(qū)動(dòng)器SP3485的7引腳與第二電阻R2的一端、接插件Jl的2引腳連接，第二電阻R2的另一端接地。 GPRS模塊電路包括GPRS模塊MC35i和二極管D3。GPRS模塊MC35i的18引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的99引腳連接，MC35i的19引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的98引腳連接，MC35i的6引腳、7引腳、8引腳、9引腳、10引腳均接地，二極管D3的陽(yáng)極和5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出連接，二極管D3的陰極和MC35i的13引腳連接，MC35i的其余引腳均懸空。M-Bus 模塊包括一片 RS232 收發(fā)器 MAX3232 U5，6 個(gè)電容 C13、C14、C15、C16、C17、 C18,11 個(gè)電阻 R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13，3 個(gè)二極管 D4、D5、D6，3 個(gè) PNP 三極管Ql、Q2、Q3，2個(gè)NPN三極管Q4、Q5，1個(gè)接插件J3。RS232收發(fā)器MAX3232 U5的1引腳和第五濾波電容C13的一端連接，MAX3232的 3引腳和第五濾波電容C13的另一端連接，MAX3232的4引腳和第六濾波電容C14的一端連接，MAX3232的5引腳和第六濾波電容C14的另一端連接，MAX3232的7引腳和第三電阻R3 的一端連接，MAX3232的8引腳接和第四電阻R4的一端連接，MAX3232的9引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的6引腳連接，MAX3232的10引腳和處理器模塊中的處理器 LPC2368FBD100的7引腳連接，MAX3232的15引腳和第七濾波電容C15的一端、第八濾波電容C16的一端接地，MAX3232的6引腳和第七濾波電容C15的另一端連接，MAX3232的2引腳和第八濾波電容C16的另一端連接，MAX3232的16引腳與3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接。第九濾波電容C17的一端和+15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出段、第一 PNP三極管Ql的發(fā)射極、第五電阻R5的一端、第六電阻R6的一端連接，第九濾波電容C17的另一端接地。第一 PNP三極管Ql的基極和第六電阻R6的另一端、第一 NPN三極管Q4的集電極連接，第一 PNP三極管Ql的集電極和第四二極管D6的陽(yáng)極、第二 PNP三極管Q2的基極、第七電阻R7 的一端連接。第四二極管D6的陰極和第二 PNP三極管Q2的發(fā)射極、第三電阻R3的另一端連接。第二 PNP三極管Q2的集電極和第七電阻R7的另一端、-15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接。第四電阻R4的另一端和第二二極管D4的陽(yáng)極、第三PNP三極管Q3的基極、第八電阻R8的一端連接。第二二極管D4的陰極和第三PNP三極管Q3的發(fā)射極接地。第三PNP三極管Q3的集電極和第九電阻R9的一端連接。第八電阻R8的另一端和-15V電壓轉(zhuǎn)換的輸出端連接。第十電阻RlO的一端接地，第十電阻RlO的另一端和第十一電阻Rll的一端、第二 NPN三極管Q5的基極連接。第十一電阻Rll的另一端和第三二極管D5的陽(yáng)極連接。第三二極管D5的陰極和-15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接。第二 NPN三極管Q5的集電極和第一 NPN三極管的基極、第五電阻R5的另一端連接，第二 NPN三極管Q5的發(fā)射極與第九電阻R9的另一端、第十二電阻R12的一端連接。第十二電阻R12的另一端和-15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接。第一 NPN三極管Q4的發(fā)射極與第十三電阻R13的一端、接插件J3的 1引腳連接。第十三電阻R13的另一端和接插件J3的2引腳、-15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接。第十濾波電容C18的一端和-15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，第十濾波電容C18的另一端接地。處理器模塊采用ARM內(nèi)核的處理器LPC2368FBD100，其11引腳、14引腳、31引腳、 41引腳、55引腳、72引腳、83引腳、97引腳均接地，10引腳、12引腳、13引腳、28引腳、42引腳、54引腳、71引腳、84引腳、96引腳和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路連接。其余腳均接地。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1.支持多種基表通信接口。本數(shù)據(jù)采集器包括RS485、M-Bus、ZigBee無(wú)線通信等接口， 支持市場(chǎng)上絕大多數(shù)的遠(yuǎn)傳計(jì)量基表，給用戶提供了更廣的基表選擇范圍。并且總線和無(wú)線方式相結(jié)合，不受部署地空間的限制。2.數(shù)據(jù)通信能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣。本數(shù)據(jù)采集器采用GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心的通信，具有功耗小、成本低、網(wǎng)絡(luò)容量大的特點(diǎn)。3.數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，升級(jí)潛力大。本數(shù)據(jù)采集器采用ARM7內(nèi)核高性能處理器，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。并且處理器片上外設(shè)豐富，具有升級(jí)潛力大的特點(diǎn)。4.設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。本數(shù)據(jù)采集器各部件均采用符合工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的器件，充分考慮防潮、防腐等因素，使得系統(tǒng)在惡劣環(huán)境條件下具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明中的電源管理模塊電路圖； 圖3為本發(fā)明中的ZigBee無(wú)線模塊接口圖； 圖4為本發(fā)明中的RS485模塊電路圖； 圖5為本發(fā)明中的GPRS模塊電路圖； 圖6為本發(fā)明中的M-Bus模塊原理圖； 圖7為本發(fā)明中的處理器模塊原理圖； 圖8為本發(fā)明一具體實(shí)施例的整體構(gòu)架示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。如圖1所示，本發(fā)明包括電源管理模塊1、GPRS模塊MC!35i 2、M_Bus模塊3、ZigBee無(wú)線模塊HZ2012 4、RS485模塊5以及處理器模塊6。其中，
電源管理模塊1包括降壓整流電路1-1，用于將輸入220V工頻交流電整流為2*18V直流電供給-15V電壓轉(zhuǎn)換電路1-2、+15V電壓轉(zhuǎn)換電路1-3 ；-15V電壓轉(zhuǎn)換電路1_2的核心為電源穩(wěn)壓芯片LM7915，用于將降壓整流電路1-1的輸出電壓轉(zhuǎn)換為-15V電壓供給M_bus 模塊3 ；+15V電壓轉(zhuǎn)換電路1-3的核心為電源穩(wěn)壓芯片LM2576，用于將降壓整流電路1_1 的輸出電壓轉(zhuǎn)換為+15V電壓供給M-Bus模塊3和5V電壓轉(zhuǎn)換電路1_4 ；5V電壓轉(zhuǎn)換電路 1-4的核心為電源穩(wěn)壓芯片LM2596S，5V電壓轉(zhuǎn)換電路1_4將5V電壓供給GPRS模塊MC35i 2和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路1-5 ；3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路1_5的核心為電源穩(wěn)壓芯片SPXl 117-3. 3， 3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路1-5將3. 3V電壓供給ZigBee無(wú)線模塊HZ20124、RS485模塊5和處理器模塊6。GPRS模塊MC35i 2，用于數(shù)據(jù)采集器和監(jiān)測(cè)中心間的通信，通過(guò)UARTO與處理器模塊6連接。M-Bus模塊3，用于數(shù)據(jù)采集器和M-Bus遠(yuǎn)傳基表間的通信，通過(guò)UART3和處理器模塊6連接。ZigBee無(wú)線通信模塊HZ20124，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器和ZigBee遠(yuǎn)傳基表間的通信，通過(guò)UARTl和處理器模塊6連接。RS485模塊5核心為RS485驅(qū)動(dòng)器SP!M85，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器和RS485遠(yuǎn)傳基表間的通信，通過(guò)UART2和處理器模塊6連接。處理器模塊6采用ARM內(nèi)核的處理器LPC2368FBD100，LPC2368FBD100用于控制 M-Bus模塊3、ZigBee模塊HZ2012 4、RS485模塊5和處理器模塊6間的通信，并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析處理后通過(guò)控制GPRS模塊MC35i 2傳輸至監(jiān)測(cè)中心。如圖2所示，電源管理模塊包括降壓整流電路、+15V電壓轉(zhuǎn)換電路、-15V電壓轉(zhuǎn)換電路、5V電壓轉(zhuǎn)換電路和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路。其中，降壓整流電路包括一個(gè)規(guī)格為輸入 220V工頻交流電壓輸出2*18V直流電壓的帶中心抽頭變壓器Tl，一個(gè)橋堆BDl ；+15V電壓轉(zhuǎn)換電路包括2個(gè)極性電容Cl、C6，一個(gè)電感Li，一個(gè)穩(wěn)壓二極管Dl和一片電源穩(wěn)壓芯片 VRl LM2576 ；-15V電壓轉(zhuǎn)換電路包括2個(gè)極性電容C2、C4，2個(gè)濾波電容C3、C5和一片電源管理芯片VR2 LM7915 ； 5V電壓轉(zhuǎn)換電路包括2個(gè)極性電容C7、C8，一個(gè)電感L2，一個(gè)穩(wěn)壓二極管D2和一片電源管理芯片VR3 LM2596S ；3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路包括2個(gè)濾波電容C9、C12， 2個(gè)極性電容CIO、C11，一個(gè)發(fā)光二極管DSl和一片電源穩(wěn)壓芯片VR4 SPXl 117-3. 3。帶中心抽頭變壓器Tl的中心抽頭接地，初級(jí)線圈輸入220V工頻交流電壓，次級(jí)線圈與橋堆BDl的交流端連接。橋堆BDl的正極和+15V電壓轉(zhuǎn)換電路連接，橋堆BDl的負(fù)極和-15V電壓轉(zhuǎn)換電路連接；
+15V電壓轉(zhuǎn)換電路中第一極性電容Cl的正極和電源管理芯片LM2576的1引腳、降壓整流電路中橋堆BDl的正極連接，第一極性電容Cl的負(fù)極接地，電源管理芯片LM2576的3 引腳、5引腳接地，電源管理芯片LM2576的4引腳和第一電感Ll的一端、第二極性電容C6 的正極連接，電源管理芯片LM2576的2引腳和第一電感Ll的另一端連接、第一穩(wěn)壓二極管 Dl的陰極連接，第一穩(wěn)壓二極管Dl的陽(yáng)極接地，第二極性電容C6的負(fù)極接地。-15V電壓轉(zhuǎn)換電路中第三極性電容C2的正極和降壓整流電路中帶中心抽頭變壓器Tl的中心抽頭、第一濾波電容C3的一端、電源管理芯片LM7915的GND腳、第四極性電容C4的正極和第二濾波電容C5的一端接地，第三極性電容C2的負(fù)極與降壓整流電路中橋堆 BDl的負(fù)極、第一濾波電容C3的另一端和電源管理芯片VR2 LM7915的Vin引腳連接，電源管理芯片VR2 LM7915的Vout引腳與第四極性電容C4的負(fù)極、第二濾波電容C5的另一端連接。5V電壓轉(zhuǎn)換電路中第五極性電容C7的正極和+15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端、電源管理芯片VR3 LM2596S的1引腳連接，第五極性電容C7的負(fù)極、電源管理芯片LM2596S的3 引腳、電源管理芯片LM2596S的5引腳、第二穩(wěn)壓二極管D2的陽(yáng)極和第六極性電容C8的負(fù)極接地，電源管理芯片LM2596S的4引腳和電感L2的一端、第六極性電容C8的正極連接， 電源管理芯片LM2596S的2引腳和第二電感L2的另一端連接、第二穩(wěn)壓二極管D2的陰極接地。3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路中的第三濾波電容C9的一端與5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端、 第七極性電容ClO的正極、電源管理芯片SPX1117-3. 3的3引腳連接，第三濾波電容C9 的另一端和第七極性電容ClO的負(fù)極、電源管理芯片SPX1117-3. 3的1引腳、第八極性電容Cll的陰極、第四濾波電容C12的另一端和發(fā)光二極管DSl的陰極接地，電源管理芯片 SPXl 117-3. 3的2引腳與第二極性電容Cll的正極、第二濾波電容C12的一端、發(fā)光二極管 DSl的陽(yáng)極連接。如圖3所示，ZigBee無(wú)線模塊HZ2012的13引腳、15引腳、17引腳和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，ZigBee無(wú)線模塊HZ2012的21引腳、23引腳、25引腳、27引腳均接地， ZigBee無(wú)線模塊的18引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的62引腳連接，ZigBee 無(wú)線模塊的20引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的63引腳連接，ZigBee無(wú)線模塊的其余引腳均懸空。如圖4所示，RS485模塊包括驅(qū)動(dòng)器SP;3485、第一電阻R1、第二電阻R2、接插件 J1。驅(qū)動(dòng)器SP;3485的1引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的49引腳連接，驅(qū)動(dòng)器SP;3485的4引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的48引腳連接，驅(qū)動(dòng)器SP!M85 的3引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的46引腳連接，驅(qū)動(dòng)器SP!M85的5引腳接地，驅(qū)動(dòng)器SP3485的8引腳與第一電阻Rl的一端、3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，驅(qū)動(dòng)器SP3485的6引腳與第一電阻Rl的另一端、接插件Jl的1引腳連接，驅(qū)動(dòng)器SP3485的 7引腳與第二電阻R2的一端、接插件Jl的2引腳連接，第二電阻R2的另一端接地。如圖5所示，GPRS模塊電路包括GPRS模塊MC35i和二極管D3。GPRS模塊MC35i 的18引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的99引腳連接，MC35i的19引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的98引腳連接，MC35i的6引腳、7引腳、8引腳、9引腳、10 引腳均接地，二極管D3的陽(yáng)極和5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出連接，二極管D3的陰極和MC35i 的13引腳連接，MC35i的其余引腳均懸空。如圖6所示，M-Bus模塊包括一片RS232收發(fā)器MAX3232 U5，6個(gè)電容C13、C14、 C15、C16、C17、C18，11 個(gè)電阻 R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll、R12、R13，3 個(gè)二極管 D4、 D5、D6，3個(gè)PNP三極管Ql、Q2、Q3，2個(gè)NPN三極管Q4、Q5，1個(gè)接插件J3。RS232收發(fā)器MAX3232 U5的1引腳和第五濾波電容C13的一端連接，MAX3232的 3引腳和第五濾波電容C13的另一端連接，MAX3232的4引腳和第六濾波電容C14的一端連接，MAX3232的5引腳和第六濾波電容C14的另一端連接，MAX3232的7引腳和第三電阻R3的一端連接，MAX3232的8引腳接和第四電阻R4的一端連接，MAX3232的9引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的6引腳連接，MAX3232的10引腳和處理器模塊中的處理器 LPC2368FBD100的7引腳連接，MAX3232的15引腳和第七濾波電容C15的一端、第八濾波電容C16的一端接地，MAX3232的6引腳和第七濾波電容C15的另一端連接，MAX3232的2引腳和第八濾波電容C16的另一端連接，MAX3232的16引腳與3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接。第九濾波電容C17的一端和+15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出段、第一 PNP三極管Ql的發(fā)射極、第五電阻R5的一端、第六電阻R6的一端連接，第九濾波電容C17的另一端接地。第
一PNP三極管Ql的基極和第六電阻R6的另一端、第一 NPN三極管Q4的集電極連接，第一 PNP三極管Ql的集電極和第四二極管D6的陽(yáng)極、第二 PNP三極管Q2的基極、第七電阻R7 的一端連接。第四二極管D6的陰極和第二 PNP三極管Q2的發(fā)射極、第三電阻R3的另一端連接。第二 PNP三極管Q2的集電極和第七電阻R7的另一端、-15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接。第四電阻R4的另一端和第二二極管D4的陽(yáng)極、第三PNP三極管Q3的基極、第八電阻R8的一端連接。第二二極管D4的陰極和第三PNP三極管Q3的發(fā)射極接地。第三PNP三極管Q3的集電極和第九電阻R9的一端連接。第八電阻R8的另一端和-15V電壓轉(zhuǎn)換的輸出端連接。第十電阻RlO的一端接地，第十電阻RlO的另一端和第十一電阻Rll的一端、第
二NPN三極管Q5的基極連接。第十一電阻Rll的另一端和第三二極管D5的陽(yáng)極連接。第三二極管D5的陰極和-15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接。第二 NPN三極管Q5的集電極和第一 NPN三極管的基極、第五電阻R5的另一端連接，第二 NPN三極管Q5的發(fā)射極與第九電阻R9的另一端、第十二電阻R12的一端連接。第十二電阻R12的另一端和-15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接。第一 NPN三極管Q4的發(fā)射極與第十三電阻R13的一端、接插件J3的 1引腳連接。第十三電阻R13的另一端和接插件J3的2引腳、-15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接。第十濾波電容C18的一端和-15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，第十濾波電容C18的另一端接地。圖7為本發(fā)明中處理器模塊。處理器模塊采用ARM內(nèi)核的處理器LPC2368FBD100， 其11引腳、14引腳、31引腳、41引腳、55引腳、72引腳、83引腳、97引腳均接地，10引腳、12 引腳、13引腳、28引腳、42引腳、54引腳、71引腳、84引腳、96引腳和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路連接。其余腳均接地。圖8為本發(fā)明一具體實(shí)施例的整體構(gòu)架示意圖。整個(gè)監(jiān)測(cè)建筑物中分布有若干個(gè)監(jiān)測(cè)子網(wǎng)7。監(jiān)測(cè)子網(wǎng)7中包含數(shù)據(jù)采集器8，以及通過(guò)RS485總線11和數(shù)據(jù)采集器8連接的遠(yuǎn)傳計(jì)量基表13、通過(guò)M-Bus總線12和數(shù)據(jù)采集器8連接的遠(yuǎn)傳計(jì)量基表14、通過(guò) ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)15和數(shù)據(jù)采集器8連接的遠(yuǎn)傳計(jì)量基表10。數(shù)據(jù)采集器8通過(guò)總線或者無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)與各能耗分項(xiàng)計(jì)量基表間的通信，分析和處理數(shù)據(jù)后使用數(shù)據(jù)采集器8的 GPRS模塊9通過(guò)網(wǎng)絡(luò)16傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心17。監(jiān)測(cè)中心17接收并存儲(chǔ)能耗數(shù)據(jù)，通過(guò)分析和處理后展示給用戶，并可通過(guò)數(shù)據(jù)管理功能供用戶查詢歷史能耗數(shù)據(jù)。本發(fā)明的工作過(guò)程為
可用于大型公建能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器的工作過(guò)程如下數(shù)據(jù)采集器通過(guò)總線或者ZigBee無(wú)線方式控制和各能耗分項(xiàng)計(jì)量基表間的通信，數(shù)據(jù)采集器處理采集到的分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)后可通過(guò)GPRS模塊將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心，并且數(shù)據(jù)采集器也可以通過(guò) GPRS模塊接收監(jiān)測(cè)中心發(fā)出的命令。監(jiān)測(cè)中心通過(guò)數(shù)據(jù)管理功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，可實(shí)時(shí)展示數(shù)據(jù)給用戶，或者提供歷史數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。
權(quán)利要求
1.用于大型公建能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，包括電源管理模塊、GPRS模塊MC35i、 M-Bus模塊、ZigBee無(wú)線模塊HZ2012、RS485模塊以及處理器模塊，其特征在于電源管理模塊包括降壓整流電路，用于將輸入工頻交流電整流為直流電供給-15V 電壓轉(zhuǎn)換電路、+15V電壓轉(zhuǎn)換電路；-15V電壓轉(zhuǎn)換電路將降壓整流電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換為-15V電壓供給M-bus模塊；+15V電壓轉(zhuǎn)換電路將降壓整流電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換為+15V 電壓供給M-Bus模塊和5V電壓轉(zhuǎn)換電路；5V電壓轉(zhuǎn)換電路將5V電壓供給GPRS模塊MC35i 和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路將3. 3V電壓供給ZigBee無(wú)線模塊HZ20124、RS485模塊和處理器模塊；GPRS模塊MC35i，用于數(shù)據(jù)采集器和監(jiān)測(cè)中心間的通信，通過(guò)UARTO與處理器模塊6連接；M-Bus模塊，用于數(shù)據(jù)采集器和M-Bus遠(yuǎn)傳基表間的通信，通過(guò)UART3和處理器模塊連接；ZigBee無(wú)線通信模塊HZ20124，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器和ZigBee遠(yuǎn)傳基表間的通信，通過(guò)UARTl和處理器模塊連接；RS485模塊核心為RS485驅(qū)動(dòng)器SP!M85，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器和RS485遠(yuǎn)傳基表間的通信，通過(guò)UART2和處理器模塊連接；處理器模塊采用ARM內(nèi)核的處理器LPC2368FBD100，LPC2368FBD100用于控制M-Bus模塊、ZigBee模塊HZ20124、RS485模塊和處理器模塊間的通信，并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析處理后通過(guò)控制GPRS模塊MC35i傳輸至監(jiān)測(cè)中心；所述的降壓整流電路包括變壓器Tl，一個(gè)橋堆BDl ；+15V電壓轉(zhuǎn)換電路包括2個(gè)極性電容Cl、C6，一個(gè)電感Li，一個(gè)穩(wěn)壓二極管Dl和一片電源穩(wěn)壓芯片VRl LM2576 ；-15V電壓轉(zhuǎn)換電路包括2個(gè)極性電容C2、C4，2個(gè)濾波電容C3、C5和一片電源管理芯片VR2 LM7915 ； 5V電壓轉(zhuǎn)換電路包括2個(gè)極性電容C7、C8，一個(gè)電感L2，一個(gè)穩(wěn)壓二極管D2和一片電源管理芯片VR3 LM2596S ；3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路包括2個(gè)濾波電容C9、C12，2個(gè)極性電容C10、C11， 一個(gè)發(fā)光二極管DSl和一片電源穩(wěn)壓芯片VR4 SPXl 117-3. 3 ；帶中心抽頭變壓器Tl的中心抽頭接地，初級(jí)線圈輸入220V工頻交流電壓，次級(jí)線圈與橋堆BDl的交流端連接，橋堆BDl的正極和+15V電壓轉(zhuǎn)換電路連接，橋堆BDl的負(fù)極和-15V 電壓轉(zhuǎn)換電路連接；+15V電壓轉(zhuǎn)換電路中第一極性電容Cl的正極和電源管理芯片LM2576的1引腳、降壓整流電路中橋堆BDl的正極連接，第一極性電容Cl的負(fù)極接地，電源管理芯片LM2576的3 引腳、5引腳接地，電源管理芯片LM2576的4引腳和第一電感Ll的一端、第二極性電容C6 的正極連接，電源管理芯片LM2576的2引腳和第一電感Ll的另一端連接、第一穩(wěn)壓二極管 Dl的陰極連接，第一穩(wěn)壓二極管Dl的陽(yáng)極接地，第二極性電容C6的負(fù)極接地；-15V電壓轉(zhuǎn)換電路中第三極性電容C2的正極和降壓整流電路中帶中心抽頭變壓器Tl 的中心抽頭、第一濾波電容C3的一端、電源管理芯片LM7915的GND腳、第四極性電容C4的正極和第二濾波電容C5的一端接地，第三極性電容C2的負(fù)極與降壓整流電路中橋堆BDl 的負(fù)極、第一濾波電容C3的另一端和電源管理芯片VR2 LM7915的Vin引腳連接，電源管理芯片VR2 LM7915的Vout引腳與第四極性電容C4的負(fù)極、第二濾波電容C5的另一端連接； 5V電壓轉(zhuǎn)換電路中第五極性電容C7的正極和+15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端、電源管理芯片VR3 LM2596S的1引腳連接，第五極性電容C7的負(fù)極、電源管理芯片LM2596S的3引腳、電源管理芯片LM2596S的5引腳、第二穩(wěn)壓二極管D2的陽(yáng)極和第六極性電容C8的負(fù)極接地，電源管理芯片LM2596S的4引腳和電感L2的一端、第六極性電容C8的正極連接，電源管理芯片LM2596S的2引腳和第二電感L2的另一端連接、第二穩(wěn)壓二極管D2的陰極接地；·3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路中的第三濾波電容C9的一端與5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端、第七極性電容ClO的正極、電源管理芯片SPX1117-3. 3的3引腳連接，第三濾波電容C9的另一端和第七極性電容ClO的負(fù)極、電源管理芯片SPX1117-3. 3的1引腳、第八極性電容Cll的陰極、第四濾波電容C12的另一端和發(fā)光二極管DSl的陰極接地，電源管理芯片SPX1117-3. 3 的2引腳與第二極性電容Cll的正極、第二濾波電容C12的一端、發(fā)光二極管DSl的陽(yáng)極連接；ZigBee無(wú)線模塊HZ2012的13引腳、15引腳、17引腳和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，ZigBee無(wú)線模塊HZ2012的21引腳、23引腳、25引腳、27引腳均接地，ZigBee無(wú)線模塊的18引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的62引腳連接，ZigBee無(wú)線模塊的20 引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的63引腳連接，ZigBee無(wú)線模塊的其余引腳均懸空；RS485模塊包括驅(qū)動(dòng)器SP;3485、第一電阻Rl、第二電阻R2、接插件Jl，驅(qū)動(dòng)器SP!M85 的1引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的49引腳連接，驅(qū)動(dòng)器SP!M85的4引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的48引腳連接，驅(qū)動(dòng)器SP!M85的3引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的46引腳連接，驅(qū)動(dòng)器SP!M85的5引腳接地，驅(qū)動(dòng)器SP!M85 的8引腳與第一電阻Rl的一端、3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，驅(qū)動(dòng)器SP3485的6引腳與第一電阻Rl的另一端、接插件Jl的1引腳連接，驅(qū)動(dòng)器SP3485的7引腳與第二電阻R2 的一端、接插件Jl的2引腳連接，第二電阻R2的另一端接地；GPRS模塊電路包括GPRS模塊MC35i和二極管D3，GPRS模塊MC35i的18引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的99引腳連接，MC35i的19引腳和處理器模塊中處理器 LPC2368FBD100的98引腳連接，MC35i的6引腳、7引腳、8引腳、9引腳、10引腳均接地，二極管D3的陽(yáng)極和5V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出連接，二極管D3的陰極和MC35i的13引腳連接， MC35i的其余引腳均懸空；M-Bus 模塊包括一片 RS232 收發(fā)器 MAX3232 U5，6 個(gè)電容 C13、C14、C15、C16、C17、C18， 11 個(gè)電阻 R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll、R12、R13, 3 個(gè)二極管 D4、D5、D6, 3 個(gè) PNP 三極管Q1、Q2、Q3，2個(gè)NPN三極管Q4、Q5，1個(gè)接插件J3 ；RS232收發(fā)器MAX3232 U5的1引腳和第五濾波電容C13的一端連接，MAX3232的3引腳和第五濾波電容C13的另一端連接，MAX3232的4引腳和第六濾波電容C14的一端連接， MAX3232的5引腳和第六濾波電容C14的另一端連接，MAX3232的7引腳和第三電阻R3的一端連接，MAX3232的8引腳接和第四電阻R4的一端連接，MAX3232的9引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的6引腳連接，MAX3232的10引腳和處理器模塊中的處理器 LPC2368FBD100的7引腳連接，MAX3232的15引腳和第七濾波電容C15的一端、第八濾波電容C16的一端接地，MAX3232的6引腳和第七濾波電容C15的另一端連接，MAX3232的2 引腳和第八濾波電容C16的另一端連接，MAX3232的16引腳與3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，第九濾波電容C17的一端和+15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出段、第一 PNP三極管Ql的發(fā)射極、第五電阻R5的一端、第六電阻R6的一端連接，第九濾波電容C17的另一端接地，第一 PNP三極管Ql的基極和第六電阻R6的另一端、第一 NPN三極管Q4的集電極連接，第一 PNP 三極管Ql的集電極和第四二極管D6的陽(yáng)極、第二 PNP三極管Q2的基極、第七電阻R7的一端連接，第四二極管D6的陰極和第二 PNP三極管Q2的發(fā)射極、第三電阻R3的另一端連接， 第二 PNP三極管Q2的集電極和第七電阻R7的另一端、-15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，第四電阻R4的另一端和第二二極管D4的陽(yáng)極、第三PNP三極管Q3的基極、第八電阻R8的一端連接，第二二極管D4的陰極和第三PNP三極管Q3的發(fā)射極接地，第三PNP三極管Q3的集電極和第九電阻R9的一端連接，第八電阻R8的另一端和-15V電壓轉(zhuǎn)換的輸出端連接， 第十電阻RlO的一端接地，第十電阻RlO的另一端和第十一電阻Rll的一端、第二 NPN三極管Q5的基極連接，第十一電阻Rll的另一端和第三二極管D5的陽(yáng)極連接，第三二極管D5 的陰極和-15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，第二 NPN三極管Q5的集電極和第一 NPN三極管的基極、第五電阻R5的另一端連接，第二 NPN三極管Q5的發(fā)射極與第九電阻R9的另一端、第十二電阻R12的一端連接，第十二電阻R12的另一端和-15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，第一 NPN三極管Q4的發(fā)射極與第十三電阻R13的一端、接插件J3的1引腳連接，第十三電阻R13的另一端和接插件J3的2引腳、-15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，第十濾波電容C18的一端和-15V電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，第十濾波電容C18的另一端接地；處理器模塊采用ARM內(nèi)核的處理器LPC2368FBD100，其11引腳、14引腳、31引腳、41引腳、55引腳、72引腳、83引腳、97引腳均接地，10引腳、12引腳、13引腳、28引腳、42引腳、54 引腳、71引腳、84引腳、96引腳和3. 3V電壓轉(zhuǎn)換電路連接，其余腳均接地。
全文摘要
本發(fā)明提出了用于大型公建能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，整個(gè)監(jiān)測(cè)建筑物中分布有若干個(gè)監(jiān)測(cè)子網(wǎng)。監(jiān)測(cè)子網(wǎng)中包含數(shù)據(jù)采集器，以及通過(guò)RS485總線和數(shù)據(jù)采集器連接的遠(yuǎn)傳計(jì)量基表、通過(guò)M-Bus總線和數(shù)據(jù)采集器連接的遠(yuǎn)傳計(jì)量基表，通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)采集器連接的遠(yuǎn)傳計(jì)量基表。數(shù)據(jù)采集器通過(guò)總線或者無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)與各能耗分項(xiàng)計(jì)量基表間的通信，分析和處理數(shù)據(jù)后使用數(shù)據(jù)采集器的GPRS模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心。監(jiān)測(cè)中心接收并存儲(chǔ)能耗數(shù)據(jù)，通過(guò)分析和處理后展示給用戶，并可通過(guò)數(shù)據(jù)管理功能供用戶查詢歷史能耗數(shù)據(jù)。本發(fā)明數(shù)據(jù)通信能力和數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G08C19/00GK102346960SQ201110328759
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者吳斌, 蔣鵬 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)