節能型能源在線監控系統的製作方法

2023-11-30 13:23:21

專利名稱：節能型能源在線監控系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種節能型能源在線監控系統。
背景技術：
在路燈監測控制、工廠能源管理、樓宇自動化控制、環境監測等系統中，遠程數據採集與監控終端(RTU)是關鍵設備，實現遙控、遙測、遙信等功能。採用工業控制計算機，擴展測控硬體接口電路，是RTU設計常見的方法，但是這種方法設計的RTU成本高、體積大、耗電多。採用80C196等單片機設計RTU，由於單片機的運算處理和硬體擴展等能力較低，影響RTU的性能。此外，現有監控系統均是監測控制和節電器分離，即監控不能節能，節能不監控。

實用新型內容本實用新型的目的是針對上述現有技術的不足，提供一種成本低、體積小且集節能於一體的節能型能源在線監控系統。本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的包括主板模塊、遙信模塊、遙控模塊、遙測模塊、CAN總線模塊、串口模塊、數據機，所述主板模塊通過RTU母板總線分別與遙信模塊、遙控模塊、CAN總線模塊、串口模塊雙向連接，所述串口模塊與數據機雙向連接，所述CAN總線模塊與遙測模塊雙向連接。進一步，所述主板模塊包括微處理器、乙太網接口、動態隨機存儲器、電子快閃記憶體、看門狗復位電路、微處理器總線、總線驅動電路，所述微處理器與乙太網接口、動態隨機存儲器、電子快閃記憶體雙向連接，所述微處理器與看門狗復位電路單向連接，所述微處理器內部集成兩個異步串行通信接口串口 0與串口 1。進一步，所述串口模塊可為PC16C550串口模塊。進一步，所述微處理器型號優選S3C4510B。進一步，所述動態隨機存儲器可為16M字節動態隨機存儲器。進一步，所述電子快閃記憶體可為2M字節電子快閃記憶體。進一步，所述看門狗復位電路為MAX507晶片。進一步，所述總線驅動電路為主板模塊的內部通信總線，可採用雙電源供電的雙向總線電平轉換器74LVX4M5，實現微處理器總線與RTU母板總線之間的電平轉換和驅動。所述主板模塊即中央處理運算模塊，其作用是負責處理和運算計算機內部的所有數據。所述遙信模塊即模擬量採集模塊，其作用是採集用能設備的電壓、電流、電度等模擬量數據。所述遙控模塊，其作用是執行主站下達給用能設備的分、合閘模塊。所述CAN總線模塊為外部數據採集總線。所述串口模塊，其作用是將數據通過該串口以數據機向遠方傳送。[0017]所述數據機，其作用是通過電話載波的形式與監控主站通信。所述動態隨機存儲器，其作用是存儲暫存運行數據和交換數據。所述電子快閃記憶體，其作用是存儲應用程式。所述看門狗復位電路的作用是對運行的程序進行監控。所述串口 0連接控制臺，用於調試設備。所述串口 1連接IXD顯示屏和觸控螢幕，實現當地監控的人機界面。本實用新型之節能型能源在線監控系統，其硬體成本低，體積小，能耗低，處理能力強，軟體採用μ Clinux作業系統，許多應用程式都可利用，可實現能源的計量、監測及追溯，完成用能設備的節能及監測與控制。本實用新型突破了監控不能節能，節能不監控這個技術瓶頸，在自動採集能耗數據的同時，分析、對比前一次的數據，得出符合用能設備理想狀態下的運行曲線，可以實時調節用能設備用能狀態，可節能5%。

圖1是本實用新型實施例結構示意圖；圖2是本實用新型實施例RTU母板總線驅動電路示意圖；圖3是本實用新型實施例CAN總線模塊電路示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。參照圖1，本實施例包括主板模塊、遙信模塊、遙控模塊、遙測模塊、CAN總線模塊、 PC16C550串口模塊、數據機，所述主板模塊通過RTU母板總線分別與遙信模塊、遙控模塊、CAN總線模塊、PC16C550串口模塊接口雙向連接，所述PC16C550串口模塊與數據機雙向連接，所述CAN總線模塊與遙測模塊雙向連接。所述主板模塊包括S3C4510B微處理器、乙太網接口、16M字節動態隨機存儲器(兩片HY57V651620B)、2M字節電子快閃記憶體(一片AiC9LV160DB)、看門狗復位電路、微處理器總線、 總線驅動電路，所述S3C4510B微處理器與乙太網接口、16M字節動態隨機存儲器、2M字節電子快閃記憶體雙向連接，所述S3C4510B微處理器與看門狗復位電路單向連接，所述S3C4510B微處理器內部集成兩個異步串行通信接口串口 0與串口 1。所述微處理器總線是3. 3V的CMOS電平，其作用是協調內部總線數據的同步計算。所述RTU母板總線是5V的TTL電平(TTL輸出高電平>2. 4V,輸出低電平=2. 0V,輸入低電平<=0. 8V，噪聲容限是0. 4V)。微處理器總線與RTU母板總線存在速度和電平上的差別，不能直接相連，它們之間需要一個總線驅動電路(速度指兩總線的運行頻率，前者高，後者低)。參照圖2，RTU母板總線設有數據總線H-DO H_D7，地址總線H-AO H_A7，地址片選信號H-SO H-S6，讀寫操作信號H-WR和H-RD，地址鎖存控制信號H-ALE，中斷服務請求控制信號H-INTO H-INT3，復位信號H-RESET。總線驅動電路是主板模塊的一部分，可實現微處理器總線到RTU母板總線的接口擴展，並採用雙電源供電的雙向總線能動衝區74LVX4245實現微處理器總線與RTU母板總線之間的電平轉換和驅動。所述總線驅動電路設有三八解碼器U1(741S318)，將I字節地址空間譯為8個地址片選信號，稱為SO S7，其中SO S6由總線驅動晶片74LS244驅動後，作為該RTU母板總線地址片選信號。一些常用的晶片，如CAN總線控制器SJA1000、時鐘晶片DSU887等，內部帶一個地址鎖存器，需要地址鎖存信號ALE，才能實現接口。S3C4510B微處理器沒有ALE信號，所以 RTU母板總線擴展ALE信號，才能實現這類器件的接口。將Ul的一個地址片選信號S7取反，寫數據到S7地址，可以模擬出ALE控制信號，並實現ALE的功能。所述RTU母板總線作為微處理器的一個外設，其地址和訪問速度由微處理器決定。S3C4510B總線統一編址，nECSO是外設地址片選信號，佔外設地址空間起始的16K字節。nECSO接U3使能端，決定RTU母板總線的基地址和訪問速度。S3C4510B控制寄存器 2EXTDBWTH第20位置1、21位置0，表示nECSO按8位方式尋址，寄存器REFEXTC0N的低10 位設為0x360，則nECSO的基地址是0x3600000。參照圖3，CAN總線模塊以SJA1000為核心，通信數據經高速光電耦合器Gl、G2隔離，82C250驅動，從接線端子J2連接到外部CAN總線，Pl是IW的5V轉5V的DC/DC電源模塊(即B0505S晶片，一電源內外隔離晶片)，CAN模塊使用H-SO作為片選信號，其基地址是 0x3600000。所述SJA1000是一個獨立CAN總線控制器，具有完成CAN通信協議所要求的全部特性，並且通過簡單總線連接可完成CAN總線的物理和數據鏈路層的所有功能。其硬體與軟體設計和PCA82C200的基本CAN模式(BesicCAN)兼容，同時新增加的增強CAN模式 (PeliCAN)還可支持CAN2. OB協議。所述高速光電耦合器Gl和G2是一種把紅外光發射器件和紅外光接受器件以及信號處理電路等封裝在同一管座內的器件。當輸入電信號加到輸入端發光器件LED上，LED發光，光接受器件接受光信號並轉換成電信號，然後將電信號直接輸出，或者將電信號放大處理成標準數字電平輸出，這樣就實現了「電一光一電」的轉換及傳輸。光是傳輸的媒介，因輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，也稱為電隔離。所述82C250其作用是能夠提供對總線的差動接收和發送功能，以實現總線上各節點之間的電氣隔離，最高通信速率可達IMb/s。所述節能型能源在線監控系統的軟體 μ Clinux作業系統是從Iinux作業系統改進而來，適於運行在S3C4510B這種無內破例管理單元MMU的處理器中。基於工控機-linux的節能型能源在線監控系統程序，可以很方便地移植到ARM-μ Clinux設計的節能型能源在線監控系統中。所述節能型能源在線監控系統程序的開發，包括應用程式開發和驅動程序開發兩部分，全部採用C語言編寫。1.節能型能源在線監控系統應用程式調試節能型能源在線監控系統應用程式調試，使用JTAG仿真器工具和相應工具軟體將μ Clinux作業系統燒寫到主板模塊的2M電子快閃記憶體中。μ Clinux作業系統在主板模塊上運行後，可以使用μ Clinux作業系統提供的工具軟體在2M電子快閃記憶體上更新自身及應用程式。連接PC機的串口與主板模塊的串口 0，用Windows超級終端，與主板模塊建立交互關係。將主板模塊與PC機接入同一個區域網，配置合適的IP位址，使用文件傳輸服務工具
5FTP或TFTP，將PC機編譯的11(1^1皿應用程式下載到主板模塊/1^111肚吐目錄中，改為可執行屬性後執行。在應用程式中加入PrintfO函數，輸出執行過程中的測試信息。2. JFFS2文件系統應用JFFS2是一種為嵌入式系統Flash存儲文件而設計的文件系統。μ Clinux作業系統編譯選項時加入JFFS2文件系統，將2MB的Flash分成mtdO和mtdl兩個區，各為1MB。 所述MtdO是從0地址開始的存儲空間，用於存儲μ Clinux作業系統鏡像文件，所述Mtdl 用於存儲應用程式。μ Clinux的/dev目錄中，有字符設備文件mtdO、mtdl和對應的塊設備文件mtdblockO、mtdblockl。有了 JFFS2文件系統支持，使用文件拷貝操作方法即可將節能型能源在線監控系統的作業系統和應用程式在2M電子快閃記憶體上更新。節能型能源在線監控系統的開發和現場調試，可以脫離JTAG仿真器工具，給節能型能源在線監控系統開發和維護提供了方便。3.更新 μ Clinux 的步驟(1)用FTP傳輸作業系統文件IMAGE. ROM到/ramdisk/目錄；(2)擦除 mtdO 分區eraseall/dev/mtdO ；(3)將 IMAGE. ROM 寫入 mtdO cp/ramdisk/IMAGE. R0M/dev/mtd0。當提示操作完成後，復位主板模塊即運行新的作業系統。由於μ Clinux作業系統在16Μ字節動態隨機存儲器中執行，更新作業系統過程中不能斷電。4.應用程式在2Μ電子快閃記憶體上的更新與執行(1)安裝 mtdl 分區mount-t-jffs2/dev/mtdblock/mnt。此操作將 mtdl 分區按塊設備方式安裝在μ Clinux的/mnt目錄中，在/mnt目錄中添加的文件存儲在2M電子快閃記憶體中，不會因斷電而丟失。(2)將應用程式 myapp 下載到 /ramdisk 目錄，然後 cp/ramdisk/myapp/mnt，即完成了應用程式在2M電子快閃記憶體上的更新。(3)修改文件屬性chmod755/mnt/myapp。(4 )執行文件· /mnt/myapp。μ Clinux作業系統啟動後，讀取並執行/proc/rc文件中的命令。要使myapp應用程式自動執行，在rc文件中加mount-tjffs2/dev/mtdblockl/mnt. /mnt/myapp,系統啟動後，自動安裝mtdl分區，執行應用程式myapp。本實用新型之節能型能源在線監控系統，可節能5%，且性能穩定可靠。
權利要求1.節能型能源在線監控系統，其特徵在於，包括主板模塊、遙信模塊、遙控模塊、遙測模塊、CAN總線模塊、串口模塊、數據機，所述主板模塊通過RTU母板總線分別與遙信模塊、遙控模塊、CAN總線模塊、串口模塊雙向連接，所述串口模塊與數據機雙向連接，所述CAN總線模塊與遙測模塊雙向連接。
2.如權利要求1所述的節能型能源在線監控系統，其特徵在於，所述主板模塊包括微處理器、乙太網接口、動態隨機存儲器、電子快閃記憶體、看門狗復位電路、微處理器總線、總線驅動電路，所述微處理器與乙太網接口、動態隨機存儲器、電子快閃記憶體雙向連接，所述微處理器與看門狗復位電路單向連接，所述微處理器內部集成兩個異步串行通信接口串口 0與串口 1。
3.如權利要求1所述的節能型能源在線監控系統，其特徵在於，所述串口模塊為 PC16C550 串口模塊。
4.如權利要求2所述的節能型能源在線監控系統，其特徵在於，所述微處理器為 S3C4510B微處理器。
5.如權利要求2所述的節能型能源在線監控系統，其特徵在於，所述動態隨機存儲器為16M字節動態隨機存儲器。
6.如權利要求2所述的節能型能源在線監控系統，其特徵在於，所述電子快閃記憶體為2M字節電子快閃記憶體。
7.如權利要求2所述的節能型能源在線監控系統，其特徵在於，所述看門狗復位電路為MAX507晶片。
8.如權利要求2所述的節能型能源在線監控系統，其特徵在於，所述總線驅動電路為主板模塊的內部通信總線，採用雙電源供電的雙向總線電平轉換器74LVX4245，實現微處理器總線與RTU母板總線之間的電平轉換和驅動。
專利摘要節能型能源在線監控系統，包括主板模塊、遙信模塊、遙控模塊、遙測模塊、CAN總線模塊、串口模塊、數據機，主板模塊通過RTU母板總線分別與遙信模塊、遙控模塊、CAN總線模塊、串口模塊雙向連接，串口模塊與數據機雙向連接，CAN總線模塊與遙測模塊雙向連接。本實用新型可實現能源的計量、監測及追溯，完成用能設備的節能及監測與控制，可節能15-20%。
文檔編號G05B19/042GK202093349SQ201120203350
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月16日 優先權日2011年6月16日
發明者劉志和 申請人:劉志和