一种智能能效终端的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种智能能效终端，其包括主控单元，用于给主控单元提供时钟信号的时钟电路单元，用于接收电能量参数并传输给主控单元的数据采集单元，用于接收和分解北斗卫星和全球卫星定位系统的卫星报文并传输给主控单元，以实现定位和授时的定位授时单元；用于存储信息数据的板上存储单元；用于将外接交流电源转换为各单元所需的直流电源的电源管理单元；此外，该能效终端还包括其他的功能模块，能够实现无线数据的远程传输、触摸输入、蜂鸣告警、状态提示和远程系统升级等多种扩展功能。本实用新型提供的智能能效终端能够全面、及时、便捷、安全地读取和传输电能量参数，提高电能量采集效率，降低人工抄表成本。
【专利说明】一种智能能效终端
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电工仪器仪表行业的能效采集装置，特别是关于一种读取和传输电能量参数用的智能能效终端。
【背景技术】
[0002]随着我国节能减排工作的不断推进，对能效信息的采集和节能数据的分析工作提出了更高的要求，需要实时采集现场诸如相/线电压/电流、功率因子、基波功率、谐波功率等各种电能量参数，为进行全面准确的能效分析提供有力的数据支持。这些电能量参数通常由多功能电能表、手持单元或其他电能量数据采集设备采集，然后由能效终端读取和传输。目前，现有的能效终端由于配置较低、功能单一、扩展能力差，已经不能满足当前新的工作需求。例如，采用的主控单元型号较老，片上资源有限，数据处理能力较差；数据传输方式单一，不能用于某些布线困难的工业场所或者商业场所；依赖GPS全球卫星定位系统进行定位和授时，受制于人，安全方面存在隐患；人机交互方式单一，缺乏友好的用户交互方式；以及缺少可扩展的固件接口等问题。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本实用新型提供一种功能更加全面的读取和传输电能量参数用的智能能效终端。
[0004]本实用新型提供的智能能效终端，其特征在于，包括:
[0005]主控单元，用于控制和调度各单元工作；
[0006]时钟电路单元，其电连接所述主控单元，用于给所述主控单元提供外部时钟信号;
[0007]数据采集单元，其电连接所述主控单元，用于接收电能量数据采集设备采集的电能量数据，将其传给所述主控单元；
[0008]定位授时单元，其电连接所述主控单元，用于接收和分解全球定位卫星报文，将其传给所述主控单元，以对能效终端进行精确定位和授时；
[0009]板上存储单元，其电连接所述主控单元，用于存储所述主控单元传来的信息数据；
[0010]电源管理单元，其电连接各单元，用于为各单元提供所需的直流电源。
[0011]进一步地，上述智能能效终端还可以包括:
[0012]无线数据收发单元，其电连接所述主控单元，用于将所述主控单元传来的信息数据发送给远程服务器；
[0013]移动存储单元，其电连接所述主控单元，用于存储所述主控单元传来的信息数据。
[0014]上述无线数据收发单元包括GSM/GPRS无线传输模块和GSM/GPRS双模天线。
[0015]上述数据采集单元包括:
[0016]RS-485总线接口，其包括RS-485收发器和RS-485物理接口，用于接收电能量数据采集设备采集的电能量数据；
[0017]红外传输模块，其包括红外发射二极管和红外接收模块，用于通过红外连接技术接收电能量数据采集设备采集的电能量数据。
[0018]上述定位授时单元包括BD2/GPS双系统卫星定位模块和BD2/GPS双模天线，用于接收和分解北斗卫星和全球卫星定位系统的卫星报文，将其传给所述主控单元。
[0019]进一步地,上述智能能效终端还包括:
[0020]电路监控单元，其电连接所述主控单元，用于监控所述主控单元和电源管理单元的工作状态，于异常情况时或者人工控制下提供复位信号给所述主控单元。
[0021]进一步地,上述智能能效终端还包括:
[0022]安全认证单元，其电连接所述主控单元，用于对内部数据交换进行安全认证，对重要数据进行安全存储，对关键数据进行加密/解密处理。
[0023]进一步地,上述智能能效终端还包括:
[0024]人机交互单元，其电连接所述主控单元，包括液晶显示屏、触摸屏和矩阵键盘，用于显示所述主控单元传来的信息数据，以及进行人机互动。
[0025]进一步地,上述智能能效终端还包括:
[0026]蜂鸣器，其电连接所述主控单元，用于发出提示或者告警信息。
[0027]进一步地，上述智能能效终端还包括电连接所述主控单元的USB接口、JTAG接口和串行接口。
[0028]与现有技术相比，本实用新型带来的有益效果是:
[0029]1、本实用新型优选主流、处理能力强大、片上资源丰富的ARMll内核微处理器作为主控单元，并且植入基于开源的Linux3.0.1操作系统开发的系统和应用软件，可以方便地集成多种功能，提高综合处理能力。
[0030]2、本实用新型优选RS-485总线接口，以及红外传输模块接收电能量数据，数据传输方式呈多样化，可以满足不同应用场合的使用需求，尤其适用于某些布线困难的工业和商业用电场所，同时还可以减少现场布线成本，提高安装效率。
[0031]3、本实用新型优选BD2/GPS双系统卫星定位模块接收BD2卫星定位报文或者GPS卫星定位报文进行定位和授时，BD2卫星定位系统为国产北斗卫星的定位导航系统，因此工作的安全性和可靠性更好。
[0032]4、本实用新型优选液晶显示屏、触摸屏和矩阵键盘构建人机交互单元，人机交互方式得以提升。
[0033]本实用新型能够全面、及时、便捷、安全地读取和传输电能量参数，提高电能量采集效率，降低人工抄表成本。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点也可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例共同用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0035]图1是本实用新型智能能效终端的电路结构示意图；[0036]图2是本实用新型一实施例的智能能效终端的电路结构示意图；
[0037]图3是图2所示电路中实时时钟模块的电路连接示意图；
[0038]图4是图2所示电路中数据采集单元的RS-485总线接口的电路连接示意图；
[0039]图5是图2所示电路中数据采集单元的红外传输模块的电路连接示意图；
[0040]图6是图2所示电路中定位授时单元的电路连接示意图；
[0041]图7是图2所示电路中电源管理单元的电路结构示意图；
[0042]图8是图2所示电路中无线数据收发单元的电路连接示意图；
[0043]图9是图2所示电路中移动存储单元的电路连接示意图；
[0044]图10是图2所示电路中电路监控单元的电路连接示意图；
[0045]图11是图2所示电路中安全认证单元的电路连接示意图；
[0046]图12是图2所示电路中人机交互单元的电路连接示意图。
【具体实施方式】
[0047]如图1所示，是本实用新型提出的能效终端的组成结构示意图，其包括了主控单元10、时钟电路单元20、数据采集单元30、定位授时单元40、板上存储单元50和电源管理单元60，进一步地还可以包括无线数据收发单元70、移动存储单元80、电路监控单元90、安全认证单元100、人机交互单元110和蜂鸣器120，以及USB接口 130、JTAG接口 140和串行接口 150等。该能效终端能够通过多种方式接收、显示和存储例如电能表等电能量数据采集设备采集到的电能量参数，以及接收全球卫星定位系统报文信息，实现精确定位和授时功能，此外，该能效终端还可以进行无线数据远程传输，具有无线上网、收发短信、触摸输入、蜂鸣告警、状态提示和远程系统升级等多种扩展功能。
[0048]下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，达成技术效果的实现过程能够充分理解并具以实施。
[0049]如图2?图12所示，所述主控单元10是整个能效终端的核心。在本实施例中，主控单元10优选处理能力强大、片上资原丰富的ARMll内核微处理器S3C6410，进行算术和逻辑运算，以控制和调度各单元工作。
[0050]如图2所示，所述时钟电路单元20电连接主控单元10，主要由时钟管理模块21和实时时钟模块22构成，用于向主控单元10提供外部时钟信号和实时时钟信号。在本实施例中，时钟管理模块21可以向ARMll内核微处理器提供12MHz、27MHz和48MHZ的外部时钟信号。如图3所示，实时时钟模块22可以采用RX-8025T芯片构成，通过I2CSDA0、I2CSCL0信号线连接ARMll内核微处理器，用于提供秒、分、时、星期、日期、月、年等信息，并具有闰年自动调整功能。此外，实时时钟模块22还可以使用锂离子电池等蓄电池作为备用电源，当主电源断开时仍可保持精确计时。
[0051]如图2所示，所述数据采集单元30电连接主控单元10，用于接收例如电能表等电能量数据采集设备采集的电能量参数，传输给主控单元10。具体地，该数据采集单元30包括RS-485总线接口 31和红外传输模块32，其中:
[0052]如图4所示，所述RS-485总线接口 31主要由RS-485收发器和RS-485物理接口构成，作为RS-485总线网络上的主节点，接收电能量数据采集设备采集的电能量参数。在本实施例中，RS-485收发器可以采用Maxim公司生产的MAX13085收发器。此外，为了提高抗干扰能力，嫩乂13085收发器与八咖11内核微处理器之间的数据通道采用了型号为PS2501的光电耦合器进行隔离。PS2501的光电耦合器通过RXD3、TXD3和GPE4等信号线连接ARMll内核微处理器，其中，GPE4为MAX13085收发器的收/发端使能信号。
[0053]如图5所示，在本实施例中，所述红外传输模块32可以采用型号为DS208的红外线发射二极管和型号为DS-138T的红外线接收模块构成。DS-138T红外线接收模块通过RXD2信号线连接ARMll内核微处理器，DS208红外线发射二极管通过TXD2信号线连接ARMll内核微处理器，实现红外无线通信。其中，TXD2信号经38KHz载波信号XPWMT0UT1调制之后发给电能量数据采集设备。
[0054]如图6所示，所述定位授时单元40电连接主控单元10，主要由BD2/GPS双系统卫星定位模块41和BD2/GPS双模天线42构成，用于接收和分解北斗卫星和全球卫星定位系统的卫星报文，传输给主控单元10，以获取能效终端的实时定位参数，如经度/纬度、运行速度、运行方向、角度以及BD2/GPS时间等，从而实现对能量终端的精确定位和授时功能。在本实施例中，BD2/GPS双系统卫星定位模块41可以采用ATGM330B芯片构成，由于接口资源有限，ATGM330B芯片通过RX、TX信号线连接一 SPI桥接芯片43，SPI桥接芯片43通过SPICSl、SPICLK1、SPMOSI1、SPMIS01 等信号线连接 ARMll 内核微处理器；同时，ATGM330B芯片还通过nPWRDN电源控制线、RST复位信号线直接连接ARMll内核微处理器。
[0055]如图2所示，所述板上存储单元50电连接主控单元10，用于存储来自主控单元10的系统工作信息、电能量数据和定位参数等数据。在本实施例中，板上存储单元50包括DDR同步动态随机存取存储器51、NOR FLASH存储器52和NAND FLASH存储器53。其中，NORFLASH存储器52通过缓存连接ARMll内核微处理器的地址总线Addr Bus和数据总线DataBus0
[0056]如图2所示，所述电源管理单元60电连接能效终端各单元(图中未全部示出)，用于为各单元提供所需直流电源。如图7所示，在本实施例中，电源管理单元60外接220V单相交流电源，将220V单相交流电通过变压器61降压，经过整流桥62整流，转换成+12V直流电，然后再将+12V直流电通过直流变换器63转换成+5V直流电，最后利用多种型号的线性稳压器64将+5V直流电分别转换为各单元所需的直流电压，如+3.8V、+3.3V、1.8V等。同时，电源管理单兀60还包括一电池管理模块65,对如锂离子电池的蓄电池66进行充电管理。此外，电源管理单兀60还包括一直流升压转换器67对蓄电池66的输出电压+3.7V进行升压处理，转换成范围为4.8?5.2V直流电压，以驱动液晶显示屏的LED背光源工作。
[0057]如图8所示，所述无线数据收发单元70电连接主控单元10，主要由GSM/GPRS无线传输模块71和GSM/GPRS双模天线72构成，利用全球移动通信系统GSM/通用分组无线服务技术GPRS进行无线数据远程传输，将主控单元10传来的电能量数据和定位参数等信息发送至远程服务器。在本实施例中，GSM/GPRS无线传输模块71可以采用MG323-B芯片构成，通过RXDl、TXDl、RTSn、CTSn、TERM_0N、RESET等信号线连接ARMlI内核微处理器。其中，RTSn和CTSn信号用于流量控制，TERM_0N是MG323-B芯片的开/关机控制信号，RESET为复位信号。除了将电能量数据和定位参数等信息发送给远程服务器外，能效终端还可以借助GPRS实现无线上网及资讯下载，通过GSM实现收发短信等功能。
[0058]如图9所示，所述移动存储单元80电连接主控单元10，用于存储电能量数据和定位参数等相关数据。在本实施例中，移动存储单元80优选MiCro SD存储卡，MiCro SD存储卡通过 MMC0_CDN、MMC0_WPN、MMC0_CLK、MMC0_CMD 和 MMC0_DATA0 ?MMC0_DATA3 等信号线连接ARMll内核微处理器。其中，MMC0_CDN信号用于探测是否有MiCro SD存储卡插入。MiCro SD存储卡的+3.3V直流电压通过场效应晶体管MOSFET进行控制，以支持MiCro SD存储卡的热插拔功能。此外，MiCro SD存储卡也可以用于操作系统镜像和应用软件的升级和维护。
[0059]如图10所示，所述电路监控单元90电连接主控单元10，用于监控主控单元10和电源管理单元60的工作状态，能够在上电、掉电或者电源电压出现异常的情况下向主控单元10提供复位信号。此外，电路监控单元90还可以提供看门狗定时器和人工手动复位功能。在本实施例中，电路监控单元60主要采用型号为MAX706ATESA的CMOS电路监控芯片构成，通过WDOruWDI和SYSRST等信号线连接ARMlI内核微处理器。其中，WDI为看门狗输入信号，SYSRST为系统复位信号；SYSRST复位信号线与其他各单元的复位信号线相连(图中未示出)，以实现主控单元对各单元的正确控制和合理调度。这种电路与采用分立元件或单一功能芯片组合的电路相比，可以减小电路的复杂性和元器件的数量，提高电路的可靠性。
[0060]如图11所示，所述安全认证单元100电连接主控单元10，用于对内部数据交换进行安全认证，对重要数据进行安全存储，对关键数据进行加密/解密处理，以确保电表数据在存储和传输过程中的安全性和完整性。在本实施例中，安全认证单元100主要采用CEPESAM V108104芯片构成，其通过双向数据线DAT、时钟信号线CLK、复位信号线RESET以及电源控制线PWRCON连接ARMlI内核微处理器。
[0061]如图12所示，所述人机交互单元110电连接主控单元10，用于显示电能表数据和定位参数等信息，以及进行人机互动。在本实施例中，人机交互单元Iio包括液晶显示屏111、触摸屏112和矩阵键盘113。其中，液晶显示屏111通过VDEN、VSYNC, HSYNC, VCLK,NRESET和VDO?VD23等信号线连接ARMll内核微处理器；触摸屏112通过TSYM、TSYP,TSXM、TSXP等信号线连接ARMll内核微处理器。此外，液晶显示屏111的LED背光电源(图中未示出)可以由一升压变换器114驱动，该升压变换器114通过SHDN信号线连接ARMll内核微处理器，以使ARMl I内核微处理器能够在某些特定的条件下通过SHDN信号线关闭LED背光电源，降低系统功耗。所述矩阵键盘113 (图中未示出)可以采用的是5*5的矩阵键盘，其由数字键、方向键、OK键、复位键等组成。
[0062]如图2所示，所述蜂鸣器120电连接主控单元10，用于发出提示或者告警信息。
[0063]如图2所示，所述USB接口 130电连接主控单元10，可以用于外接条形码读取装置，以识别带有条形码的多功能电能表、手持单元、单相电能表等电能量数据采集设备。
[0064]如图2所示，所述JTAG接口 140电连接主控单元10，通过该接口可以在能效终端的开发和软件升级阶段，向能效终端烧写引导加载程序和操作系统镜像。
[0065]此外，所述串行接口 150也电连接主控单元10，为RS-232接口，用于外接打印装置打印调试信息。
[0066]上述实施例中，能效终端的各种关键信号，如时钟信号线、地址/数据总线、片选信号、总线读/写信号等，均进行严格的等长控制以及50Ω的阻抗匹配，以确保能效终端在较为复杂的环境下能够稳定工作。[0067]控制能效终端工作的系统软件可以基于Linux3.0.1嵌入式操作系统开发，并采用Sqlite3.0嵌入式数据库技术。Linux3.0.1是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统，是一个基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程的操作系统，具有支持多种平台、完全兼容P0SIX1.0标准、良好的用户界面等特点。基于Linux3.0.1嵌入式操作系统开发的系统软件能够满足能效终端的多方面需求。
[0068]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种智能能效终端，其特征在于，包括: 主控单元，用于控制和调度各单元工作； 时钟电路单元，其电连接所述主控单元，用于给所述主控单元提供外部时钟信号；数据采集单元，其电连接所述主控单元，用于接收电能量数据采集设备采集的电能量数据，将其传给所述主控单元； 定位授时单元，其电连接所述主控单元，用于接收和分解全球定位卫星报文，将其传给所述主控单元，以对能效终端进行精确定位和授时； 板上存储单元，其电连接所述主控单元，用于存储所述主控单元传来的信息数据； 电源管理单元，其电连接各单元，用于为各单元提供所需的直流电源。
2.如权利要求1所述的智能能效终端，其特征在于，还包括: 无线数据收发单元，其电连接所述主控单元，用于将所述主控单元传来的信息数据发送给远程服务器； 移动存储单元，其电连接所述主控单元，用于存储所述主控单元传来的信息数据。
3.如权利要求2所述的智能能效终端，其特征在于，所述无线数据收发单元包括GSM/GPRS无线传输模块和GSM/GPRS双模天线。
4.如权利要求1或2或3所述的智能能效终端,其特征在于,所述数据采集单元包括: RS-485总线接口，其包括RS-485收发器和RS-485物理接口，用于接收电能量数据采集设备采集的电能量数据； 红外传输模块，其包括红外发射二极管和红外接收模块，用于通过红外连接技术接收电能量数据采集设备采集的电能量数据。
5.如权利要求1或2或3所述的智能能效终端,其特征在于,所述定位授时单元包括BD2/GPS双系统卫星定位模块和BD2/GPS双模天线，用于接收和分解北斗卫星和全球卫星定位系统的卫星报文，将其传给所述主控单元。
6.如权利要求1或2或3所述的智能能效终端,其特征在于,进一步地还包括: 电路监控单元，其电连接所述主控单元，用于监控所述主控单元和电源管理单元的工作状态，于异常情况时或者人工控制下提供复位信号给所述主控单元。
7.如权利要求1或2或3所述的智能能效终端,其特征在于,进一步地还包括: 安全认证单元，其电连接所述主控单元，用于对内部数据交换进行安全认证，对重要数据进行安全存储，对关键数据进行加密/解密处理。
8.如权利要求1或2或3所述的智能能效终端,其特征在于,进一步地还包括: 人机交互单元，其电连接所述主控单元，包括液晶显示屏、触摸屏和矩阵键盘，用于显示所述主控单元传来的信息数据，以及进行人机互动。
9.如权利要求1或2或3所述的智能能效终端,其特征在于,进一步地还包括: 蜂鸣器，其电连接所述主控单元，用于发出提示或者告警信息。
10.如权利要求1或2或3所述的智能能效终端,其特征在于,进一步地还包括电连接所述主控单元的USB接口、JTAG接口和串行接口。
【文档编号】G05B19/042GK203480263SQ201320605558
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】龙华伟 申请人:北京妙微科技有限公司