一種新型物聯網能源數據採集裝置的製作方法

2023-04-27 11:31:09 1

本實用新型涉及能源數據監管技術領域，具體涉及一種新型物聯網能源數據採集裝置。

背景技術：

中國是能源資源消費大國，但是中國的人均能源資源擁有量很低，只有世界平均水平的40％左右。在經濟高速發展的背後，凸顯出來的是中國能源枯竭的問題。因此，節能減排工作已經迫在眉睫，其中構建能源計量數據系統、強化能源計量工作、實施能源精細化管理已成為中國能源管理的重點工作，是節能減排的重要基石。

能源計量是指在能源消費、轉化等流程中，對處於各環節(包括能源生產、運輸、使用、監管等各個領域)的能源數量、質量、性能等參數進行檢測、度量和計算。其中的重點就是能源計量數據的採集，而本實用新型的發明人經過研究發現，以往能源計量系統中無線數據採集往往採用的是傳統單一網絡組網，由於距離和帶寬相矛盾，不能廣泛適用在採集現場，即目前中國能源計量數據採集缺乏一種適用性廣、經濟、可靠的傳輸手段，不能做到大規模布點、大吞吐量傳輸、大數據分析，為高效使用能源提供決策依據。

物聯網技術是一項新興的技術，分為應用層、傳輸層和感知層。本申請主要從傳輸層和感知層出發，將物聯網技術的數據感知和傳輸應用到能源計量中去，以較低的投資和使用成本實現對能源全流程的＂泛在感知＂，獲取以往無法獲取的重要能源消耗過程參數，並以此為基礎通過大數據分析和決策，達到節能減排的目標。

技術實現要素：

針對現有技術存在的能源計量系統中無線數據採集往往採用的是傳統單一網絡組網，由於距離和帶寬相矛盾，不能廣泛適用在採集現場的技術問題，本實用新型提供一種新型物聯網能源數據採集裝置，該裝置根據典型的物聯網體系架構，將多種物聯網混合組網應用於能源計量。

為了解決上述技術問題，本實用新型採用了如下的技術方案：

一種新型物聯網能源數據採集裝置，包括主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊，與所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊連接的RS-485接口模塊、900MHz無線通信模塊和433MHz無線通信模塊，以及與所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊、900MHz無線通信模塊和433MHz無線通信模塊連接的WI-FI通信模塊；其中，所述RS-485接口模塊適於採集各種計量儀表的能源消耗數據，所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊適於接收RS-485接口模塊採集的能源消耗數據，根據所述能源消耗數據的傳輸距離和帶寬需求，採用2.4GHz-ZigBee無線通信模塊或900MHz無線通信模塊或433MHz無線通信模塊，向上通過所述WI-FI通信模塊接入網際網路與上層平臺進行交互。

進一步，所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊選用型號為CC2538的處理晶片，所述RS-485接口模塊選用型號為SP3485的晶片，所述900MHz無線通信模塊和433MHz無線通信模塊選用型號為XC430的晶片，所述WI-FI通信模塊選用型號為ESP8266的晶片。

進一步，所述新型物聯網能源數據採集裝置還包括智能積算儀模塊，所述智能積算儀模塊適於將計量儀表數據採集接口為模擬量接口的轉換為RS-485數字接口供RS-485接口模塊採集。

進一步，所述計量儀表包括水、電、氣、煤、油和熱儀表。

進一步，所述新型物聯網能源數據採集裝置還包括與主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1連接適於保存未上傳數據和功能配置文件的SD卡模塊。

與現有技術相比，本實用新型提供的新型物聯網能源數據採集裝置，將傳輸層和感知層的硬體系統融合在一起，包括主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊、與主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊連接的RS-485接口模塊、900MHz無線通信模塊和433MHz無線通信模塊，以及與主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊、900MHz無線通信模塊和433MHz無線通信模塊連接的WI-FI通信模塊，成功利用WI-FI、ZigBee、900M、433M網絡將不同距離需求和帶寬需求的能源數據進行採集，系統解決了無線混合組網、主站與從站和路由器的通訊問題，儀表數據接口處理、多種儀表通訊協議解析問題，組網靈活，模塊增減便利，非常適用於複雜環境的能源數據採集。

附圖說明

圖1是本實用新型提供的新型物聯網能源數據採集裝置結構示意圖。

圖中，1、主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊；2、RS-485接口模塊；3、900MHz無線通信模塊；4、433MHz無線通信模塊；5、WI-FI通信模塊；6、智能積算儀模塊；7、SD卡模塊。

具體實施方式

為了使本實用新型實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本實用新型。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語「縱向」、「徑向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。在本實用新型的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

請參考圖1所示，本實用新型提供一種新型物聯網能源數據採集裝置，包括主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1，與所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1連接的RS-485接口模塊2、900MHz無線通信模塊3和433MHz無線通信模塊4，以及與所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1、900MHz無線通信模塊3和433MHz無線通信模塊4連接的WI-FI通信模塊5；其中，所述RS-485接口模塊2適於採集各種計量儀表的能源消耗數據，所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1適於接收RS-485接口模塊2採集的能源消耗數據，並對所述能源消耗數據進行協議轉換和重新封裝後，根據所述能源消耗數據的傳輸距離和帶寬需求，所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊將接收到的數據採用自帶2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1或900MHz無線通信模塊3或433MHz無線通信模塊4，向上通過所述WI-FI通信模塊5接入網際網路與上層平臺進行交互。

與現有技術相比，本實用新型提供的新型物聯網能源數據採集裝置，將傳輸層和感知層的硬體系統融合在一起，包括主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊、與主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊連接的RS-485接口模塊、900MHz無線通信模塊和433MHz無線通信模塊，以及與主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊、900MHz無線通信模塊和433MHz無線通信模塊連接的WI-FI通信模塊，成功利用WI-FI、ZigBee、900M、433M網絡將不同距離需求和帶寬需求的能源數據進行採集，系統解決了無線混合組網、主站與從站和路由器的通訊問題，儀表數據接口處理、多種儀表通訊協議解析問題，組網靈活，模塊增減便利，非常適用於複雜環境的能源數據採集。

作為具體實施例，所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1選用型號為CC2538的處理晶片，CC2538處理晶片為本申請新型物聯網能源數據採集裝置的主控模塊，相比基於8051的上一代處理晶片CC2530，CC2538是基於ARM Cortex M3架構的高性能MCU，主頻達到了32MHz，故在其功能設計上，除了控制整個採集裝置外，還附帶了ZigBee傳輸功能，並支持1km以內的短距離傳輸；所述RS-485接口模塊2選用型號為SP3485的晶片，在所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1的控制下用於採集各種計量儀表的能源消耗數據；所述900MHz無線通信模塊3和433MHz無線通信模塊4選用型號為XC430的晶片，即將XC430模塊作為900MHz和433MHz網絡的無線傳輸模塊，由於晶片兼容，當只需要900MHz和433MHz其中的一種網絡時將XC430模塊配置成相應的網絡協議，當同時需要兩種傳輸協議時，則嵌入兩個XC430模塊即可，配置為900MHz的XC430模塊傳輸距離為2.5km，配置為433MHz的XC430模塊傳輸距離為5km；所述WI-FI通信模塊5選用型號為ESP8266的晶片，主要用於數據通過網際網路上傳到資料庫伺服器時使用，只有少量主站需要嵌入該模塊。

作為具體實施例，所述新型物聯網能源數據採集裝置還包括智能積算儀模塊6，所述智能積算儀模塊6適於將計量儀表數據採集接口為模擬量接口的轉換為RS-485數字接口供RS-485接口模塊2採集。具體地，所述RS-485接口模塊2用於採集各種計量儀表的能源消耗數據，主要包括水、電、氣、煤、油和熱6種計量儀表，而現場能源計量設備大多採用RS485總線數據通道，通過RS-232或RS-485接口連接，但也有部分現場能源計量設備的數據採集接口為4mA～20mA模擬量接口，因而在本實施例中採用智能積算儀模塊將4mA～20mA模擬量接口轉換為RS-485數字接口供RS-485接口模塊2採集，使之兼容數據採集系統，避免更換設備，降低採集成本。

作為具體實施例，所述新型物聯網能源數據採集裝置還包括適於保存未上傳數據和功能配置文件的SD卡模塊7，即所述SD卡模塊7與主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1連接適於保存未上傳數據和包括功能配置文件在內的其他文件，一般僅在主節點需要，而子節點和路由點的數據信息直接保存於CC2538處理晶片內部的Flash中。

在本申請提供的新型物聯網能源數據採集裝置中，傳輸層主要解決感知層所獲得的數據的傳輸問題，它是由許多在空間上分布的傳感節點等數據採集裝置(如RS-485接口模塊)組成的一種無線自組織網絡，這些裝置協作地監控不同位置的能源消耗。具體來說，感知層首先通過採集裝置採集能源消耗的數據，然後在傳感器網絡中通過433MHz、900MHz、2.4GHz、WI-FI等傳輸技術傳遞能源消耗數據。傳輸層位於數據採集裝置和網際網路之間，主要完成數據轉發、協議轉換和設備控制等功能，且傳輸層還支持無線傳感器網絡內部的數據協同和匯聚，支持網際網路接入，從而橋接傳感器網絡與網際網路。與傳統的傳輸層相比，本申請的重點在於將多種網絡混合組網，實現了根據傳輸距離和帶寬的需求合理選擇網絡協議的目的。傳輸層主要完成的功能包括：1)數據轉發：作為網際網路與區域網之間的橋梁，傳輸層最基礎的功能即為數據轉發，傳輸層應能夠正確接收感知層和應用層發送的收據，並正確地向所述感知層和應用層發送數據；2)協議轉換：傳輸層向下通過433MHz、900MHz、2.4GHz協議與傳感器節點進行數據通信，向上通過WI-FI方式接入網際網路與上層平臺進行交互，因此傳輸層應實現在接收到感知層數據後，需對數據進行協議轉換，並將重新封裝後的數據上報；3)管理控制：傳輸層除了接收傳感網絡上傳的數據外，還應該能夠對感知層節點進行部分管理與控制功能，如傳輸層接收應用命令，並將命令進行處理後(如協議轉換等)下達給傳感器節點，從而實現應用層對感知層的管理與控制。應用層主要解決信息數據的處理與服務提供的問題，傳送層傳輸而來的數據在這一層裡進入各類信息系統進行處理，並通過統計和分析為各類用戶提供節能減排的決策依據，具體的應用層為已經成熟並運用到多家企業和公共機構的國家城市能源計量數據平臺(重慶)。

最後說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。