能源數(shù)據(jù)采集終端的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種能源數(shù)據(jù)采集終端，包括CPU模塊，壓力感應(yīng)模塊，流量感應(yīng)模塊，模數(shù)AD轉(zhuǎn)換模塊，以太網(wǎng)接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口，按鍵輸入模塊，液晶顯示屏，所述CPU模塊采用ATMEL公司生產(chǎn)的型號為AT91RM9200的嵌入式ARM微處理器，所述以太網(wǎng)接口采用以太網(wǎng)PHY芯片DM9161CEP。本實用新型用以通過采用高性能的嵌入式ARM微處理器AT91RM9200和以太網(wǎng)PHY芯片DM9161CEP，使得采用較為簡單的結(jié)構(gòu)即可實現(xiàn)多通道的能源數(shù)據(jù)采集和提高數(shù)據(jù)處理精度，處理后的數(shù)據(jù)可通過穩(wěn)定的以太網(wǎng)接口上傳至服務(wù)器端。
【專利說明】能源數(shù)據(jù)采集終端

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于能源監(jiān)測設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別地涉及一種能源數(shù)據(jù)采集終端。

【背景技術(shù)】
[0002]能源數(shù)據(jù)采集終端用于采集設(shè)備的壓力和流量等模擬量信號，開關(guān)，起停，報警等開關(guān)量信號。隨著信息技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，對能源數(shù)據(jù)采集終端的性能也有了越來越高的需求。但是現(xiàn)有技術(shù)中，能源數(shù)據(jù)采集器多采用單片機技術(shù)構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)，完成信號的采集、分析處理和顯示。由于受單片機性能的限制，多存在數(shù)據(jù)采集通道少，數(shù)據(jù)處理精度不高的問題。且因為單片機的擴展性能不佳，導(dǎo)致電路的適應(yīng)性差。同時對于處理后的能效數(shù)據(jù)，需要采用一定的方式上傳至服務(wù)器端進行存儲和進一步的處理，因此有必要提供一種穩(wěn)定的以太網(wǎng)接口。
[0003]故，針對目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，實有必要進行研究，以提供一種方案，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，避免造成現(xiàn)有技術(shù)中的能源數(shù)據(jù)采集終端存在的數(shù)據(jù)處理精度不高且適應(yīng)性差的問題，同時提供一種穩(wěn)定的以太網(wǎng)接口以供能源數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端。
實用新型內(nèi)容
[0004]為解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種能源數(shù)據(jù)采集終端，用以通過采用高性能的嵌入式ARM微處理器AT91RM9200和以太網(wǎng)PHY芯片DM9161CEP，使得采用較為簡單的結(jié)構(gòu)即可實現(xiàn)多通道的能源數(shù)據(jù)采集和提高數(shù)據(jù)處理精度，處理后的數(shù)據(jù)可通過穩(wěn)定的以太網(wǎng)接口上傳至服務(wù)器端。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案為:
[0006]一種能源數(shù)據(jù)采集終端，包括CPU模塊，壓力感應(yīng)模塊，流量感應(yīng)模塊，模數(shù)AD轉(zhuǎn)換模塊，以太網(wǎng)接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口，按鍵輸入模塊，液晶顯示屏，所述CPU模塊采用ATMEL公司生產(chǎn)的型號為AT91RM9200的嵌入式ARM微處理器，所述壓力感應(yīng)模塊的壓力傳感器和流量感應(yīng)模塊的流量計采用具有4?20mA的標準電流信號輸出端口的器件，所述壓力傳感器的標準電流信號輸出端串接第一負載電阻后輸入至第一運算放大器，第一運算放大器的輸出端連接AD轉(zhuǎn)換模塊的一路輸入端，流量計的標準電流信號輸出端串接第二負載電阻后輸入至第二運算放大器，第二運算放大器的輸出端連接AD轉(zhuǎn)換模塊的另一路輸入端，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接AT91RM9200的SPI輸入端；所述以太網(wǎng)接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口連接AT91RM9200對應(yīng)的以太網(wǎng)接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口端；用于能源數(shù)據(jù)采集終端的參數(shù)設(shè)置的所述按鍵輸入模塊的輸出端通過串行總線連接AT91RM9200的輸入端；所述AT91RM9200的輸出端通過串行總線連接用于顯示設(shè)置的參數(shù)、當前壓力和流量數(shù)據(jù)、能源信號的值的所述液晶顯示模塊，所述以太網(wǎng)接口采用以太網(wǎng) PHY 芯片 DM9161CEP。
[0007]優(yōu)選地，所述以太網(wǎng)PHY芯片DM9161CEP的19管腳TXDl連接AT91RM9200的52管腳 ΡΑΙΟ，DM916ICEP 的 20 管腳 TXDO 連接 AT91RM9200 的 51 管腳 PA9, DM9161CEP 的 21 管腳TXEN 連接 AT91RM9200 的 50 管腳 PA8，DM9161CEP 的 24 管腳 EMDC 連接 AT91RM9200 的 59 管腳 PA15，DM9161CEP 的 25 管腳 DM1 連接 AT91RM9200 的 60 管腳 PA16，DM9161CEP 的 28 管腳 ERXl 連接 AT91RM9200 的 55 管腳 PA13，DM9161CEP 的 29 管腳 RXDO 連接 AT91RM9200 的54 管腳 PA12，DM9161CEP 的 32 管腳 MDINTR 連接 AT91RM9200 的 23 管腳 PC4，DM9161CEP 的37 管腳 RXDV 連接 AT91RM9200 的 53 管腳 PA11，DM9161CEP 的 58 管腳 EXER 連接 AT91RM9200的 58 管腳 PA14, DM9161CEP 的 42 管腳 XT2 連接 AT91RM9200 的 49 管腳 PA7。
[0008]優(yōu)選地，所述AD轉(zhuǎn)換模塊采用六通道16位的A/D轉(zhuǎn)換器AD73360。
[0009]優(yōu)選地，所述AD73360的第I管腳VINP2和第2管腳VINNl作為一路輸入端連接第一運算放大器的輸出端；第3管腳VINPl和第4管腳VINNl作為另一路輸入端連接第二運算放大器的輸出端；第6管腳REFCAP串接一端接地的第一電容Cl ;第7管腳ADD2接3.3V電源同時并接一端接地的第二電容C2 ;第8管腳AGND2串接一端接地的第一電阻Rl ;第9管腳DGND接地；第10管腳DVDD并接一端接地的第三電容C3和第四電容C4同時串接一端接3.3V電源的第二電阻R2，第三電阻與第五電容串聯(lián)，第三電阻的另一端連接3.3V電源，第五電容另一端連接第三電容和第四電容的接地端；第11管腳RESET連接一端接3.3V電壓的第四電阻同時并接一端接地的第六電容；第13管腳MCLK連接一端接地的第七電容；第14管腳連接AT91RM9200的PAl腳；第17管腳連接AT91RM9200的PAO腳；第18管腳SE串接一端接3.3V電源的第五電阻；第20管腳AVDDl接3.3V電源并串接一端接地的第八電容和第九電容。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0011](I)通過采用高性能的嵌入式ARM微處理器AT91RM9200，通過簡單的外設(shè)電路即可實現(xiàn)多通道的數(shù)據(jù)采集，提高能源數(shù)據(jù)的處理精度；
[0012](2)采用模塊化設(shè)計的AD轉(zhuǎn)換模塊，使得系統(tǒng)在需檢測的能源數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，只需在CPU模塊上設(shè)置相應(yīng)的解析模式即可獲得相應(yīng)的能量信號，無需進行硬件上的改變，適應(yīng)性好；
[0013](3)采用完全集成的和符合成本效益單芯片快速以太網(wǎng)PHY芯片DM9161CEP與微處理器AT91RM9200連接，以太網(wǎng)接口結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型實施例的能源數(shù)據(jù)采集終端的結(jié)構(gòu)框圖；
[0015]圖2為本實用新型實施例的能源數(shù)據(jù)采集終端的CPU模塊的AT91RM9200PQFP嵌入式ARM微處理器的電路引腳框圖；
[0016]圖3為本實用新型實施例的能效數(shù)據(jù)采集終端的以太網(wǎng)接口芯片DM9161CEP電路引腳圖；
[0017]圖4為本實用新型實施例的能源數(shù)據(jù)采集終端的AD轉(zhuǎn)換模塊的電路圖。

【具體實施方式】
[0018]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0019]相反，本實用新型涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本實用新型的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本實用新型有更好的了解，在下文對本實用新型的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本實用新型。
[0020]參見圖1與圖2，其中圖1所示為本實用新型實施例的能源數(shù)據(jù)采集終端的，圖2為CPU模塊采用的AT91RM9200PQFP嵌入式ARM微處理器的電路引腳框圖，本實用新型實施例的能源數(shù)據(jù)采集終端包括CPU模塊101，壓力感應(yīng)模塊102，流量感應(yīng)模塊103，模數(shù)AD轉(zhuǎn)換模塊105，以太網(wǎng)接口 104，RS232接口 106，紅外模塊107，USB接口 108，按鍵輸入模塊109，液晶顯示屏110，CPU模塊101采用ATMEL公司生產(chǎn)的型號為AT91RM9200的嵌入式ARM微處理器，壓力感應(yīng)模塊102的壓力傳感器和流量感應(yīng)模塊103的流量計采用具有4?20mA的標準電流信號輸出端口的器件。其中壓力感應(yīng)模塊102包括壓力傳感器,第一負載電阻和第一運算放大器，壓力傳感器的標準電流信號輸出端串接第一負載電阻后輸入至第一運算放大器，第一運算放大器的輸出端連接AD轉(zhuǎn)換模塊的一路輸入端，流量感應(yīng)模塊103流量計的標準電流信號輸出端串接第二負載電阻后輸入至第二運算放大器，第二運算放大器的輸出端連接AD轉(zhuǎn)換模塊的另一路輸入端，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接AT91RM9200的SPI輸入端；以太網(wǎng)接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口連接AT91RM9200對應(yīng)的以太網(wǎng)接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口端；用于能源數(shù)據(jù)采集終端的參數(shù)設(shè)置的按鍵輸入模塊的輸出端通過串行總線連接AT91RM9200的輸入端；AT91RM9200的輸出端通過串行總線連接用于顯示設(shè)置的參數(shù)、當前壓力和流量數(shù)據(jù)、能源信號的值的所述液晶顯示模塊，以太網(wǎng)接口采用以太網(wǎng)PHY芯片DM9161CEP。參見圖3，所示為本實用新型實施例的能效數(shù)據(jù)采集終端的以太網(wǎng)接口芯片DM9161CEP電路引腳圖，以太網(wǎng)PHY芯片DM9161CEP的19管腳TXDl 連接 AT91RM9200 的 52 管腳 PA10，DM9161CEP 的 20 管腳 TXDO 連接 AT91RM9200 的 51管腳 PA9, DM9161CEP 的 21 管腳 TXEN 連接 AT91RM9200 的 50 管腳 PA8, DM9161CEP 的 24 管腳 EMDC 連接 AT91RM9200 的 59 管腳 PA15，DM9161CEP 的 25 管腳 DM1 連接 AT91RM9200 的60 管腳 PA16，DM9161CEP 的 28 管腳 ERXl 連接 AT91RM9200 的 55 管腳 PA13，DM9161CEP 的 29管腳 RXDO 連接 AT91RM9200 的 54 管腳 PA12，DM9161CEP 的 32 管腳 MDINTR 連接 AT91RM9200的 23 管腳 PC4，DM9161CEP 的 37 管腳 RXDV 連接 AT91RM9200 的 53 管腳 PAll，DM916ICEP 的58 管腳 EXER 連接 AT91RM9200 的 58 管腳 PA14，DM9161CEP 的 42 管腳 XT2 連接 AT91RM9200的49管腳PA7。其工作過程如下:其中RS232接口 106，紅外模塊107，USB接口 108用于能源數(shù)據(jù)采集終端的本地調(diào)試，，以太網(wǎng)接口用于通過有線傳輸?shù)姆绞较騃nternet上的遠端數(shù)據(jù)服務(wù)器上傳數(shù)據(jù)，壓力感應(yīng)模塊用于能源數(shù)據(jù)信號包括汽、氣、油的標準電流信號的采集，流量感應(yīng)模塊用于能源數(shù)據(jù)信號的流量采集，AD轉(zhuǎn)換模塊用于將壓力和流量的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，CPU模塊用于將采集到的壓力和流量的電壓信號進行記錄和處理，主要是將壓力信號和流量信號進行乘積后對時間積分再乘以一個常數(shù)，從而獲得能源數(shù)據(jù)信號，采用DM9161CEP為核心的以太網(wǎng)接口 104將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端。
[0021]以上的以太網(wǎng)接口，RS232接口，紅外模塊，按鍵輸入模塊和液晶顯示模塊可通過現(xiàn)有技術(shù)中的通用模塊實現(xiàn)，本實用新型中將不做贅述。
[0022]在一具體應(yīng)用實例中，AD轉(zhuǎn)換模塊采用六通道16位的A/D轉(zhuǎn)換器AD73360。參見圖4所示為AD轉(zhuǎn)換模塊的AD轉(zhuǎn)換模塊的電路圖，AD73360的第I管腳VINP2和第2管腳VINNl作為一路輸入端連接第一運算放大器的輸出端；第3管腳VINPl和第4管腳VINNl作為另一路輸入端連接第二運算放大器的輸出端；第6管腳REFCAP串接一端接地的第一電容Cl ;第7管腳ADD2接3.3V電源同時并接一端接地的第二電容C2 ;第8管腳AGND2串接一端接地的第一電阻Rl ;第9管腳DGND接地；第10管腳DVDD并接一端接地的第三電容C3和第四電容C4同時串接一端接3.3V電源的第二電阻R2，第三電阻R3與第五電容C5串聯(lián)，第三電阻R3的另一端連接3.3V電源，第五電容C5另一端連接第三電容C3和第四電容C4的接地端；第11管腳RESET連接一端接3.3V電壓的第四電阻R4同時并接一端接地的第六電容C6 ;第13管腳MCLK連接一端接地的第七電容C7 ;第14管腳連接AT91RM9200的PAl腳；第17管腳連接AT91RM9200的PAO腳；第18管腳SE串接一端接3.3V電源的第五電阻R5 ;第20管腳AVDDl接3.3V電源并串接一端接地的第八電容C8和第九電容C9。AD73360的具有六通道A/D轉(zhuǎn)換器，每個通道均同步采樣以確保通道間幾乎不存在時間(相位)延遲，因此適用多通道模擬輸入。通過以上設(shè)置的AD轉(zhuǎn)換模塊，可將壓力信號和流量信號轉(zhuǎn)換成CPU模塊可處理的信號。
[0023]以上設(shè)置的能源數(shù)據(jù)采集終端，通過采用完全圍繞ARM920T ARM Thumb處理器構(gòu)建的系統(tǒng)的AT91RM9200，AT91RM9200具有豐富的系統(tǒng)與應(yīng)用外設(shè)及標準的接口，從而提供了一種低功耗、低成本、高性能單片能源數(shù)據(jù)采集終端的解決方案。AT91RM9200集成了許多標準接口，包括USB2.0全速主機和設(shè)備端口及與多數(shù)外設(shè)和在網(wǎng)絡(luò)層廣泛使用的10/100Base-T以太網(wǎng)媒體訪問控制器(MAC)，此外，它還提供一系列符合工業(yè)標準的外設(shè)，可在音頻、電信、Flash卡紅外線及智能卡中使用，使得可方便添加如上的RS232接口 106，紅外模塊107，USB接口 108，GPRS模塊105和以太網(wǎng)接口 104。通過以上采用AT91RM9200設(shè)置的能源數(shù)據(jù)采集終端，電路結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)據(jù)處理功能強大。采用完全集成的和符合成本效益單芯片快速以太網(wǎng)PHY芯片DM9161CEP與微處理器AT91RM9200連接，以太網(wǎng)接口結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好。
[0024]在一具體應(yīng)用實例中，本實用新型實施例的能源數(shù)據(jù)采集終端用于采集水泵的實際出力，AD轉(zhuǎn)換模塊一路采集水泵出水的壓力，一路用于采集水泵出水的流量，根據(jù)水泵出水的壓力和流量，CPU模塊內(nèi)部計算出水泵出水的出力，也即實際出力的能量，即可得到水泵的能量信號。
[0025]在另一具體應(yīng)用實例中，應(yīng)用于風機出力的能源數(shù)據(jù)采集終端，流量計采用具有4-20mA標準電流信號輸出的旋進旋渦流量計進行空氣流量的檢測，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)該可以理解的是，另外的，如采用孔板加差壓流量變送器，渦街流量計，阿牛巴流量計，熱式氣體流量計，質(zhì)量流量計具有4-20mA標準電流信號輸出的適用于空氣流量檢測的流量計即可用于本實用新型實施例中。壓力傳感器用來測量風機的空氣壓力，AD轉(zhuǎn)換模塊一路采集流量計的流量信號，一路用于采集壓力信號，CPU模塊內(nèi)部通過流量與壓力進行時間積分并乘以效率常數(shù)，即可得到風機出力的能量信號。
[0026]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種能源數(shù)據(jù)采集終端，包括CPU模塊，壓力感應(yīng)模塊，流量感應(yīng)模塊，模數(shù)AD轉(zhuǎn)換模塊，以太網(wǎng)接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口，按鍵輸入模塊，液晶顯示屏，其特征在于，所述CPU模塊采用ATMEL公司生產(chǎn)的型號為AT91RM9200的嵌入式ARM微處理器，所述壓力感應(yīng)模塊的壓力傳感器和流量感應(yīng)模塊的流量計采用具有4?20mA的標準電流信號輸出端口的器件，所述壓力傳感器的標準電流信號輸出端串接第一負載電阻后輸入至第一運算放大器，第一運算放大器的輸出端連接AD轉(zhuǎn)換模塊的一路輸入端，流量計的標準電流信號輸出端串接第二負載電阻后輸入至第二運算放大器，第二運算放大器的輸出端連接AD轉(zhuǎn)換模塊的另一路輸入端，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接AT91RM9200的SPI輸入端；所述以太網(wǎng)接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口連接AT91RM9200對應(yīng)的以太網(wǎng)接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口端；用于能源數(shù)據(jù)采集終端的參數(shù)設(shè)置的所述按鍵輸入模塊的輸出端通過串行總線連接AT91RM9200的輸入端；所述AT91RM9200的輸出端通過串行總線連接用于顯示設(shè)置的參數(shù)、當前壓力和流量數(shù)據(jù)、能源信號的值的所述液晶顯示模塊，所述以太網(wǎng)接口采用以太網(wǎng)PHY芯片DM9161CEP。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能源數(shù)據(jù)采集終端，其特征在于，所述以太網(wǎng)PHY芯片DM9161CEP 的 19 管腳 TXDl 連接 AT91RM9200 的 52 管腳 PA10，DM9161CEP 的 20 管腳 TXDO 連接 AT91RM9200 的 51 管腳 PA9，DM9161CEP 的 21 管腳 TXEN 連接 AT91RM9200 的 50 管腳 PA8，DM9161CEP 的 24 管腳 EMDC 連接 AT91RM9200 的 59 管腳 PA15, DM9161CEP 的 25 管腳 DM1連接 AT91RM9200 的 60 管腳 PA16, DM9161CEP 的 28 管腳 ERXl 連接 AT91RM9200 的 55 管腳PA13, DM9161CEP 的 29 管腳 RXDO 連接 AT91RM9200 的 54 管腳 PA12，DM9161CEP 的 32 管腳MDINTR 連接 AT91RM9200 的 23 管腳 PC4，DM9161CEP 的 37 管腳 RXDV 連接 AT91RM9200 的 53管腳 PAl I，DM9161CEP 的 58 管腳 EXER 連接 AT91RM9200 的 58 管腳 PA14，DM9161CEP 的 42管腳XT2連接AT91RM9200的49管腳PA7。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能源數(shù)據(jù)采集終端，其特征在于，所述AD轉(zhuǎn)換模塊采用六通道16位的MD轉(zhuǎn)換器AD73360。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能源數(shù)據(jù)采集終端，其特征在于，所述AD73360的第I管腳VINP2和第2管腳VINNl作為一路輸入端連接第一運算放大器的輸出端；第3管腳VINPl和第4管腳VINNl作為另一路輸入端連接第二運算放大器的輸出端；第6管腳REFCAP串接一端接地的第一電容Cl ;第7管腳ADD2接3.3V電源同時并接一端接地的第二電容C2 ;第8管腳AGND2串接一端接地的第一電阻Rl ;第9管腳DGND接地；第10管腳DVDD并接一端接地的第三電容C3和第四電容C4同時串接一端接3.3V電源的第二電阻R2，第三電阻與第五電容串聯(lián)，第三電阻的另一端連接3.3V電源，第五電容另一端連接第三電容和第四電容的接地端；第11管腳RESET連接一端接3.3V電壓的第四電阻同時并接一端接地的第六電容；第13管腳MCLK連接一端接地的第七電容?’第14管腳連接AT91RM9200的PAl腳；第17管腳連接AT91RM9200的PAO腳?’第18管腳SE串接一端接3.3V電源的第五電阻；第20管腳AVDDl接3.3V電源并串接一端接地的第八電容和第九電容。
【文檔編號】G05B19/042GK203965872SQ201420415962
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】張麗斌, 黃加付 申請人:杭州能云科技有限公司