專利名稱：用于可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目監(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：
本實(shí)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(xiàng)目監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器。
背景技術(shù)：
2006年，建設(shè)部、財(cái)政部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)可再生能源在建筑中應(yīng)用的實(shí)施意見》，全面啟動(dòng)可再生能源建筑應(yīng)用的推廣工作，經(jīng)過項(xiàng)目示范、城市示范和縣級(jí)示范、省級(jí)集中示范三個(gè)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(kuò)大，構(gòu)建可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，量化和評(píng)估示范項(xiàng)目的節(jié)能效果與經(jīng)濟(jì)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(cè)系統(tǒng)包括具有遠(yuǎn)傳功能的計(jì)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?jì)量設(shè)備安裝在項(xiàng)目監(jiān)測(cè)支路中用于計(jì)量溫度、流量、功率等項(xiàng)目參數(shù)，項(xiàng)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(duì)項(xiàng)目參數(shù)進(jìn)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(gè)監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)的核心節(jié)點(diǎn)設(shè)備。目前市場(chǎng)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(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的算法處理支持不夠等問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種采用模塊化設(shè)計(jì)、信息鏈路簡(jiǎn)單、系統(tǒng)穩(wěn)定性高，并且功能強(qiáng)大、能耗低、可擴(kuò)展性高的用于可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)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(xiàng)目監(jiān)測(cè)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(chǔ)單元、信號(hào)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(hào)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(chǔ)單元連接，并進(jìn)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(shí)現(xiàn)可再生能源計(jì)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(chǎng)總線協(xié)議的可再生能源計(jì)量設(shè)備，接收來自可再生能源計(jì)量設(shè)備的實(shí)時(shí)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(jì)量設(shè)備的實(shí)時(shí)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(jìn)行分析處理。光電隔離轉(zhuǎn)換電路能實(shí)現(xiàn)光、電信號(hào)的耦合隔離。[0010]數(shù)據(jù)上傳單元包括網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)模塊和RJ45接口 ；所述網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)模塊與ARM處理器連接；所述RJ45接口與網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)模塊連接，并插接入以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)通過以太網(wǎng)向數(shù)據(jù)中心上傳可再生能源計(jì)量設(shè)備的數(shù)據(jù)。所述存儲(chǔ)單元包括K9F1G08U0B閃存芯片和K4S561632隨機(jī)存儲(chǔ)器。所述信號(hào)輸出單元包括IXD液晶顯示電路和LED信號(hào)指示電路；所述IXD液晶顯示電路和LED信號(hào)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(jī)對(duì)話、工作參數(shù)和結(jié)果顯示提供便捷、直觀的途徑；LED信號(hào)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(duì)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(hào)指示。所述電源電路單元設(shè)有濾波電路、保護(hù)電路和開關(guān)電源；濾波電路與保護(hù)電路連接，保護(hù)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(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行過濾，保持電路信號(hào)純凈，保護(hù)電路對(duì)電路器件進(jìn)行過流保護(hù)。本實(shí)用新型的“用于可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目監(jiān)測(cè)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(shí)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(xiàng)目數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》和有關(guān)現(xiàn)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研制。ARM處理器具備的特點(diǎn)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(jiǎn)單，執(zhí)行效率高；6、指令長(zhǎng)度固定。本實(shí)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(jì)量設(shè)備的實(shí)時(shí)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(jìn)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(chǔ)單元進(jìn)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(shí)，ARM處理器將監(jiān)測(cè)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(huì)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(hào)輸出單元，讓監(jiān)控人員隨時(shí)可以通過信號(hào)輸出單元直觀的了解采集器的工作狀態(tài)。配置單元?jiǎng)t根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)采集器的各部分模塊單元的參數(shù)進(jìn)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(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)據(jù)采集、上傳、存儲(chǔ)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(dòng)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(shí)命令，支持向多個(gè)數(shù)據(jù)中心同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集器具備自動(dòng)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(shí)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(jì)、信息鏈路簡(jiǎn)單、系統(tǒng)穩(wěn)定性高，且具有能耗低、功能強(qiáng)大、可擴(kuò)展性高等優(yōu)點(diǎn)。(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(jì)量?jī)x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(shí)采集大氣溫度計(jì)、水溫度計(jì)、太陽總輻照儀、功率計(jì)、電能表、流量計(jì)、熱能表等不同類型可再生能源計(jì)量設(shè)備的監(jiān)測(cè)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)采集器可以定時(shí)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(duì)計(jì)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(jìn)行靈活獨(dú)立配置，可支持實(shí)時(shí)采集同步上傳、實(shí)時(shí)采集異步上傳、不同計(jì)量設(shè)備采集頻率差異配置等多種模式；(5)支持對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)向多個(gè)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(chǔ)來自計(jì)量設(shè)備的數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)正常后自動(dòng)連接數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的斷點(diǎn)續(xù)傳。(7)本實(shí)用新型電磁兼容性能優(yōu)良，經(jīng)權(quán)威部門檢測(cè)，完全滿足《可再生能源建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》對(duì)數(shù)據(jù)采集器的電磁兼容性要求。

圖1是本實(shí)用新型的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框架圖。圖2是本實(shí)用新型應(yīng)用于可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。實(shí)施例如附圖所示，一個(gè)用于可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目監(jiān)測(cè)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(chǔ)單元、信號(hào)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(hào)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(chǔ)單元連接，并進(jìn)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(chǎng)總線協(xié)議的可再生能源計(jì)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(dòng)模塊和RJ45接口 ；所述網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)模塊與ARM處理器連接；所述RJ45接口與網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)模塊連接；所述存儲(chǔ)單元包括K9F1G08U0B閃存芯片和K4S561632隨機(jī)存儲(chǔ)器；所述信號(hào)輸出單元包括LCD液晶顯示電路和LED信號(hào)指示電路；所述LCD液晶顯示電路和LED信號(hào)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(hù)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(jì)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(jìn)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(shí)保存在存儲(chǔ)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(shí)，將監(jiān)測(cè)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(chǔ)容量，并可擴(kuò)展SD卡用于擴(kuò)展存儲(chǔ)空間。在數(shù)據(jù)采集器進(jìn)入自動(dòng)監(jiān)測(cè)工作狀態(tài)前，可通過配置單元將可再生能源計(jì)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(yuǎn)傳參數(shù)設(shè)置信息等寫入數(shù)據(jù)采集器內(nèi)。在本實(shí)施例中，可再生能源計(jì)量設(shè)備通過主-從結(jié)構(gòu)的半雙工現(xiàn)場(chǎng)總線與數(shù)據(jù)采集器連接，數(shù)據(jù)采集器是通信主機(jī)，可再生能源計(jì)量設(shè)備是通信從機(jī)，從機(jī)在主機(jī)的請(qǐng)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(yuǎn)傳可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目監(jiān)測(cè)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(xiàng)目監(jiān)測(cè)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(chǔ)單元、信號(hào)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(hào)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(chǔ)單元連接，并進(jìn)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(xiàng)目監(jiān)測(cè)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(chǎng)總線協(xié)議的可再生能源計(jì)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(jì)量設(shè)備的實(shí)時(shí)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(jìn)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(xiàng)目監(jiān)測(cè)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(dòng)模塊和RJ45接口 ；所述網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)模塊與ARM處理器連接；所述RJ45接口與網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)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(xiàng)目監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，其特征在于所述存儲(chǔ)單元包括K9F1G08U0B閃存芯片和K4S561632隨機(jī)存儲(chǔ)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(xiàng)目監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，其特征在于所述信號(hào)輸出單元包括LCD液晶顯示電路和LED信號(hào)指示電路；所述LCD液晶顯示電路和LED信號(hào)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(xiàng)目監(jiān)測(cè)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(hù)電路和開關(guān)電源。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于可再生能源建筑應(yīng)用項(xiàng)目監(jiān)測(cè)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(chǔ)單元、信號(hào)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(hào)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(chǔ)單元連接，并進(jìn)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(jì)、信息鏈路簡(jiǎn)單、系統(tǒng)穩(wěn)定性高，且具有能耗低、功能強(qiáng)大、可擴(kuò)展性高。
文檔編號(hào)G05B19/418GK202886978SQ20122061110
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)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(qǐng)人:廣西壯族自治區(qū)建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院