一種發電數據採集物聯網上傳電路及系統的製作方法

2023-05-17 00:53:11

本實用新型屬於數據採集及傳輸技術領域，具體涉及一種發電數據採集物聯網上傳電路及系統。

背景技術：

現有發電數據收集與上傳通過傳感器以及串口通信為主。串口通信的缺陷在於實時性較差，需要每臺電力設備配備計算機終端作為數據採集節點，通過計算機再上傳至相關伺服器，其過程複雜且硬體成本高。公眾要的，數據的上傳收到本地計算機終端工作環境限制，無法做到實時反饋，這對於智能電網場景下的數據處理是一大限制。

同時，採用有線傳輸方式會提高維護以及問題檢測的成本和難度。因此串口通信等有線通信方式逐步被取代。而在電力系統發電過程中的數據採集依然通過有線數據採集方式進行。在此技術領域相對滯後。

隨著WiFi技術的普及，採用WiFi可以直接上傳網際網路，一方面，它能夠獲取發電設備真實使用情況，因為直接上傳的同時可以清楚完整的記錄發電設備的整個發電效率和用戶使用的情況，積累的數據可以為日後大數據分析提供更多有用的隱藏數據。另一方面，相比於目前大部分發電數據採集系統，它們大多數採用有線串口通訊設備通訊，將採集到的傳感器數據信息先通過串口線傳到本地伺服器主機，最終匯總成結果通過網際網路終端上傳到遠程的數據中心。然而先通過本地伺服器收集，再匯總到遠程伺服器的通訊方式由於經過了一個或多個傳輸中繼，實時性不足(本地必須有至少一個接入網際網路的中繼設備，將數據傳到網際網路的遠程資料庫中)。而採用了WiFi通訊方式的發電數據採集設備，由於WiFi本身就是一個基於網際網路的站點，因此一個基於WiFi通訊的數據採集模塊可以通過網際網路直接發送採集數據到遠程伺服器中，由於減少了中間通訊過程，它的實時性會比較高，而且可以不搭建本地伺服器，只需一個能正常連上外網的無線熱點，可以節約用戶成本。基於WiFi無線傳輸的設備由於WiFi模塊自身可以作為站點，可以說它與網際網路的交互是直接。這使得物聯網功能的實現變得簡單。電力設備物聯網化，對於智能電網、智能電站以及電網大數據服務具有最關鍵的基石作用。是未來智能電網智慧城市的必須技術。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種發電數據採集物聯網上傳電路及系統，本發電數據採集物聯網上傳系統基於物聯網技術，採用WiFi入網，可以實現發電數據的無間斷採集，並實時傳入伺服器中，大大提高了發電數據採集的效率。

為實現上述技術方案，本實用新型提供了一種發電數據採集物聯網上傳電路，包括：第一採樣電阻R1、第二採樣電阻R2、第一普通電阻R3、第二普通電阻R4、第一可調精密電阻RW1、第二可調精密電阻RW2、第一控制晶片U1、第二控制晶片U2、第三控制晶片U3、電容C1、第一二極體D1、第二二極體D2、WiFi模塊P1以及電源；

所述第一控制晶片U1包括可編程的模數轉換器和微控制器，所述第一控制晶片U1的2腳與第二二極體D2和第二普通電阻R4的一端並接，所述第一控制晶片U1的3腳與第一二極體D1的一端相接，所述第一控制晶片U1的4腳和WiFi模塊P1的5腳相接，所述第一控制晶片U1的7腳與地相接，所述第一控制晶片U1的9腳與電源相接，所述第一控制晶片U1的19腳和第二控制晶片U2的1腳和2腳並接，所述第一控制晶片U1的20腳與第二控制晶片U2的6腳和7腳並接；

所述第二控制晶片U2用於電壓放大，所述第二控制晶片U2的3腳和第一可調精密電阻RW1的一端相連，所述第二控制晶片U2的5腳和第二精密可調電阻RW2的一端相連，所述第二控制晶片U2的4腳接地，所述第二控制晶片U2的8腳接電源；

所述第三控制晶片U3用於電流採集，所述第三控制晶片U3的1腳和2腳接採集的電流的輸入端，所述第三控制晶片U3的3腳和4腳接採集的電流的輸出端，所述第三控制晶片U3的5腳接地，所述第三控制晶片U3的6腳與電容C1的一端相接，所述電容C1的另一端接地，所述第三控制晶片U3的7腳與第二精密可調電阻RW2的一端相接，所述第三控制晶片U3的8腳與供電電源相接。

優選的，所述第二精密可調電阻RW2的一端與第三控制晶片U3的7腳相連，另一端與第二控制晶片U2的5腳相連，所述第二精密可調電阻RW2的可調端與第二採樣電阻R2的一端相連，所述第二採樣電阻R2的另一端與地相接。

優選的，所述第一二極體D1的陽極與第三控制晶片U3的3腳相連，陰極與WiFi模塊P1的4腳、第一普通電阻R3的一端並接，所述第一普通電阻R3另一端接入高電平。

優選的，所述電容C1為補償電容，所述電容C1的一端接第三控制晶片U3的6腳，另一端接在第三控制晶片U3的5腳。

本發電數據採集物聯網上傳電路的工作原理是：第二控制晶片U2、第三控制晶片U3、第一採樣電阻R1、第二採樣電阻R2、第一可調精密電阻RW1、第二可調精密電阻RW2及其外圍組成了電壓電流採集電路，進行電壓採集時，通過第一可調精密電阻RW1和第一採樣電阻R1分壓，校正測量的電壓範圍，然後再通過第二控制晶片U2緩衝隔離後，送入第一控制晶片U1的模數轉換器中，最後經過第一控制晶片U1的微控制器進行數值轉換計算測得發電設備的輸出電壓；進行電流採集時，需要採集的電流首先通過第三控制晶片U3轉換成一個電壓值，在此基礎上再通過第二可調精密電阻RW2和第二採樣電阻R2分壓，之後再通過第二控制晶片U2處理後送入第一控制晶片U1的模數轉換器中，最後經過第一控制晶片U1的微控制器進行數值轉換計算測得發電設備的輸出電流。WiFi模塊P1及其外圍電路組成WiFi傳輸電路，第一控制晶片U1的微處理器對採集到的電壓電流數據進行處理，提高採集數據的有效性，然後通過採集的參數計算其他電參數後，以統一的格式進行封裝打包並輸送至WiFi傳輸電路，經過外部抗幹擾二極體與WiFi模塊P1串口進行通訊，數據經天線向外傳輸。

本實用新型還提供了一種發電數據採集物聯網上傳系統，包括：前述的發電數據採集物聯網上傳電路、發電設備、無線熱點、路由器、乙太網、伺服器和資料庫，所述發電設備的信號輸出端連接到發電數據採集物聯網上傳電路，所述發電數據採集物聯網上傳電路通過WiFi模塊P1與無線熱點配對連接，所述無線熱點通過路由器將採集數據通過乙太網傳輸至伺服器，所述伺服器將數據存儲在資料庫內。

本發電數據採集物聯網上傳系統的工作原理如下，具體包括如下步驟：

S1、發電設備電壓及電流數據採集：發電設備正常工作過程中，電壓輸出端連接到發電數據採集物聯網上傳電路，所述發電數據採集物聯網上傳電路通過第一可調精密電阻RW1和第一採樣電阻R1分壓，校正測量的電壓範圍，然後再通過第二控制晶片U2緩衝隔離後，送入第一控制晶片U1的模數轉換器中最後經過微控制器進行數值轉換計算測得發電設備的輸出電壓；發電設備的電流測量首先是通過第三控制晶片U3轉換成一個電壓值，在此基礎上再通過第二可調精密電阻RW2和第二採樣電阻R2分壓，之後再通過第二控制晶片U2處理後送入第一控制晶片U1的模數轉換器中最後經過微控制器進行數值轉換計算測得發電設備的輸出電流；

S2、數據傳輸：第一控制晶片U1的微處理器對採集到的電壓電流數據進行處理，提高採集數據的有效性，然後通過採集的參數計算其他電參數後，以統一的格式進行封裝打包並輸送至WiFi模塊P1，數據經天線向外傳輸；

S3、數據存儲：WiFi模塊P1通過本地無線熱點連接上乙太網，本地無線熱點通過TCP/IP協議與遠程伺服器連接，將採集數據通過乙太網傳輸至伺服器，伺服器將數據存儲在資料庫內。

本實用新型的有益效果在於：

1)、本發電數據採集物聯網上傳電路採用了包括可編程模數轉換器和微控制器的控制晶片，實現了電路的電參數(如電壓、電流、功率等)的無間斷實時採集，並通過與之配對的WiFi模塊實現了數據的實時傳輸，電路集成度高，且硬體可編程，對於採集數據修正和後期系統升級可以採用WiFi無線傳輸的方式，大大簡化維護難度，實現了電力設備物聯網化，對於智能電網、智能電站以及電網大數據服務具有最關鍵的基石作用，是未來智能電網智慧城市的必須技術。

2)、本發電數據採集物聯網上傳系統使用發電數據採集物聯網上傳電路實現了電路的電參數(如電壓、電流、功率等)採集並通過WiFi連接物聯網，將相關數據上傳到指定的伺服器中，此過程的好處是只要用戶使用設備，設備的相關電參數總是可以通過WiFi無線模塊，經TCP/IP協議進入網際網路，傳輸到伺服器中，對於發電數據的統計具有非常好的優越性，其優越性體現在其總是與發電設備同步運行，只要有數據產生即可上傳到伺服器中，保證發電數據的同步性。

3)本發電數據採集物聯網上傳系統由於使用WiFi無線通信和微控制器的組合系統，因此系統可以使用WiFi進行無線升級，便於修正採集的電參數和實現相關功能，同時，也因為系統整合了WiFi傳輸模塊，實現對具有此實用新型的發電設備的採集功能的控制也可以通過WiFi進行，十分方便。

附圖說明

圖1為本實用新型中發電數據採集物聯網上傳電路圖。

圖2為本實用新型中發電數據採集物聯網上傳系統示意圖。

圖中：100、發電數據採集物聯網上傳電路；200、發電設備；300、無線熱點；400、路由器；500、乙太網；600、伺服器；700、資料庫。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。本領域普通人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，均屬於本實用新型的保護範圍。

實施例1：一種發電數據採集物聯網上傳電路。

參照圖1所示，一種發電數據採集物聯網上傳電路，包括：包括：第一採樣電阻R1、第二採樣電阻R2、第一普通電阻R3、第二普通電阻R4、第一可調精密電阻RW1、第二可調精密電阻RW2、第一控制晶片U1、第二控制晶片U2、第三控制晶片U3、電容C1、第一二極體D1、第二二極體D2、WiFi模塊P1以及電源；

所述第一控制晶片U1包括可編程的模數轉換器和微控制器，所述第一控制晶片U1的2腳與第二二極體D2和第二普通電阻R4的一端並接，所述第一控制晶片U1的3腳與第一二極體D1的一端相接，所述第一控制晶片U1的4腳和WiFi模塊P1的5腳相接，所述第一控制晶片U1的7腳與地相接，所述第一控制晶片U1的9腳與電源相接，所述第一控制晶片U1的19腳和第二控制晶片U2的1腳和2腳並接，所述第一控制晶片U1的20腳與第二控制晶片U2的6腳和7腳並接；

所述第二控制晶片U2用於電壓放大，所述第二控制晶片U2的3腳和第一可調精密電阻RW1的一端相連，所述第二控制晶片U2的5腳和第二精密可調電阻RW2的一端相連，所述第二控制晶片U2的4腳接地，所述第二控制晶片U2的8腳接電源；

所述第三控制晶片U3用於電流採集，所述第三控制晶片U3的1腳和2腳接採集的電流的輸入端，所述第三控制晶片U3的3腳和4腳接採集的電流的輸出端，所述第三控制晶片U3的5腳接地，所述第三控制晶片U3的6腳與電容C1的一端相接，所述電容C1的另一端接地，所述第三控制晶片U3的7腳與第二精密可調電阻RW2的一端相接，所述第三控制晶片U3的8腳與供電電源相接。

參照圖1所示，所述第二精密可調電阻RW2的一端與第三控制晶片U3的7腳相連，另一端與第二控制晶片U2的5腳相連，所述第二精密可調電阻RW2的可調端與第二採樣電阻R2的一端相連，所述第二採樣電阻R2的另一端與地相接。所述第一二極體D1的陽極與第三控制晶片U3的3腳相連，陰極與WiFi模塊P1的4腳、第一普通電阻R3的一端並接，所述第一普通電阻R3另一端接入高電平。所述電容C1為補償電容，所述電容C1的一端接第三控制晶片U3的6腳，另一端接在第三控制晶片U3的5腳。

本發電數據採集物聯網上傳電路的工作原理是：第二控制晶片U2、第三控制晶片U3、第一採樣電阻R1、第二採樣電阻R2、第一可調精密電阻RW1、第二可調精密電阻RW2及其外圍組成了電壓電流採集電路，進行電壓採集時，通過第一可調精密電阻RW1和第一採樣電阻R1分壓，校正測量的電壓範圍，然後再通過第二控制晶片U2緩衝隔離後，送入第一控制晶片U1的模數轉換器中，最後經過第一控制晶片U1的微控制器進行數值轉換計算測得發電設備的輸出電壓；進行電流採集時，需要採集的電流首先通過第三控制晶片U3轉換成一個電壓值，在此基礎上再通過第二可調精密電阻RW2和第二採樣電阻R2分壓，之後再通過第二控制晶片U2處理後送入第一控制晶片U1的模數轉換器中，最後經過第一控制晶片U1的微控制器進行數值轉換計算測得發電設備的輸出電流。WiFi模塊P1及其外圍電路組成WiFi傳輸電路，第一控制晶片U1的微處理器對採集到的電壓電流數據進行處理，提高採集數據的有效性，然後通過採集的參數計算其他電參數後，以統一的格式進行封裝打包並輸送至WiFi傳輸電路，經過外部抗幹擾二極體與WiFi模塊P1串口進行通訊，數據經天線向外傳輸。

實施例2：一種發電數據採集物聯網上傳系統。

參照圖2所示，一種發電數據採集物聯網上傳系統包括：如實施例1中所述的發電數據採集物聯網上傳電路100、發電設備200、無線熱點300、路由器400、乙太網500、伺服器600和資料庫700，所述發電設備200的信號輸出端連接到發電數據採集物聯網上傳電路100，所述發電數據採集物聯網上傳電路100通過WiFi模塊P1與無線熱點300配對連接，所述無線熱點300通過路由器400將採集數據通過乙太網500傳輸至伺服器600，所述伺服器600將數據存儲在資料庫700內。

本發電數據採集物聯網上傳系統使用如實施例1中所述的發電數據採集物聯網上傳電路100實現了對發電設備200發電參數(如電壓、電流、功率等)的實時採集並通過WiFi連接物聯網，將相關數據上傳到指定的伺服器600中的資料庫700內存儲，實現了發電設備200發電數據的實時監控，增強了數據更新的實效性，並且本發電數據採集物聯網上傳系統由於使用WiFi無線通信和微控制器的組合系統，因此系統可以使用WiFi進行無線升級，便於修正採集的電參數和實現相關功能，同時，也因為系統整合了WiFi傳輸模塊，實現對具有此實用新型的發電設備200的採集功能的控制也可以通過WiFi進行，十分方便。

為了更進一步的解釋本實用新型，特將本發電數據採集物聯網上傳系統的工作原理解釋如下，具體包括如下步驟：

S1、發電設備200電壓及電流數據採集：發電設備200正常工作過程中，電壓輸出端連接到發電數據採集物聯網上傳電路100，所述發電數據採集物聯網上傳電路100通過第一可調精密電阻RW1和第一採樣電阻R1分壓，校正測量的電壓範圍，然後再通過第二控制晶片U2緩衝隔離後，送入第一控制晶片U1的模數轉換器中最後經過微控制器進行數值轉換計算測得發電設備的輸出電壓；發電設備的電流測量首先是通過第三控制晶片U3轉換成一個電壓值，在此基礎上再通過第二可調精密電阻RW2和第二採樣電阻R2分壓，之後再通過第二控制晶片U2處理後送入第一控制晶片U1的模數轉換器中最後經過微控制器進行數值轉換計算測得發電設備的輸出電流；

S2、數據傳輸：第一控制晶片U1的微處理器對採集到的電壓電流數據進行處理，提高採集數據的有效性，然後通過採集的參數計算其他電參數後，以統一的格式進行封裝打包並輸送至WiFi模塊P1，數據經天線向外傳輸；

S3、數據存儲：WiFi模塊P1通過本地無線熱點300連接上乙太網500，本地無線熱點300通過TCP/IP協議與遠程伺服器500連接，將採集數據通過乙太網500傳輸至伺服器600，伺服器600將數據存儲在資料庫700內。

通過本發電數據採集物聯網上傳系統可以實現電力數據的實時採集及實時傳輸，保證發電數據更新的同步性，避免了電力數據傳統採集輸送方法中的數據滯後性。

以上所述為本實用新型的較佳實施例而已，但本實用新型不應局限於該實施例和附圖所公開的內容，所以凡是不脫離本實用新型所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本實用新型保護的範圍。