基于能效监测的集成控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于能效监测的集成控制器，集成控制器与电力系统的能效监测设备相连，集成控制器包括主控芯片、板上存储单元、网络通信单元、电源管理单元和扩展接口单元，主控芯片分别与板上存储单元、网络通信单元、电源管理单元和扩展接口单元相连，电源管理单元分别与主控芯片、板上存储单元和网络通信单元相连，主控芯片通过扩展接口单元分别与能效监测设备上的电力数据采集模块、红外对管、3G网络模块、RS485控制器和GPS模块相连。本实用新型选用高集成度的主控芯片，处理能力强大和片上资源丰富，丰富的扩展接口单元能满足各种常用接口的需求，具有体积小、集成度高、功能丰富和实时监测的功能。
【专利说明】基于能效监测的集成控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及能效监测【技术领域】，尤其涉及一种基于能效监测的集成控制器。
【背景技术】
[0002]目前，电力行业中能效监测设备的核心单元由于体积较大、功能较单一、能效监测算法低效，满足不了当前智能电网的对监测的工作需求。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；人机交互方式单一，支持可扩展性差等问题。通用的核心单元由于应用场景的不确定性、选型上未充分考虑到恶劣应用场景、在电力行业针对性不强的缺点，不能很好地满足当前智能电网能效终端设备的应用。
【发明内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种集成度高、功能丰富的基于能效监测的集成控制器。
[0004]为解决上述问题，本实用新型的技术方案是:
[0005]一种基于能效监测的集成控制器，所述集成控制器与电力系统的能效监测设备相连，能效监测设备上设有电力数据采集模块、红外对管、3G网络模块、RS485控制器和GPS模块，所述集成控制器包括用于控制的主控芯片、用于存储主控芯片传送的数据信息的板上存储单元、用于接入互联网的网络通信单元、用于给各单元提供直流电源的电源管理单元和用于连接外部设备的扩展接口单元，主控芯片分别与板上存储单元、网络通信单元、电源管理单元和扩展接口单元相连，电源管理单元分别与主控芯片、板上存储单元和网络通信单元相连，主控芯片通过扩展接口单元分别与能效监测设备上的电力数据采集模块、红外对管、3G网络模块、RS485控制器和GPS模块相连。
[0006]优选地，所述网络通信单元包括与主控芯片相连的GMII数据通信接口和USB接口，GMII数据通信接口与有线网络相连，USB接口与3G网络模块相连。
[0007]优选地，所述板上存储单元包括与主控芯片相连的DDR3存储器、EMMC存储单元、EEPROM存储器和NAND FLASH内存。
[0008]优选地，所述EEPROM存储器的型号为AT24C02，DDR3存储器的容量为512M，EMMC存储单元的容量为2GB，EEPROM的容量为256KB，NAND FLASH内存的容量为2GB。
[0009]优选地，所述扩展接口单元包括用于连接显示器的24bit的IXD接口、用于信号转换的八路12bit的ADC输入接口、三路UART接口、两路SPI接口、两路SD/SD10接口、两路I2C接口、DCAN接口、四路通用时钟输出接口、三路16bit的PWM接口、JTAG接口、RESET接口和WAKEUP接口，IXD接口上连接有IXD显示屏，第一路UART接口与红外对管相连，第二路UART接口与GPS模块相连，第三路UART接口与RS485控制器相连，第一路SPI接口与电力数据采集模块相连。
[0010]优选地，所述扩展接口单元为两个100管脚的电连接器。
[0011]优选地，所述主控芯片的型号为AM3354，电源管理单元的型号为TPS65910。
[0012]优选地，所述电源管理单元的输入电压为5V直流电，电源管理单元的输出电压为1.1V、1.5V、1.8V 和 3.3V 的直流电。
[0013]相比较于现有技术，本实用新型的基于能效监测的集成控制器选用高集成度的主控芯片，处理能力强大和片上资源丰富，丰富的扩展接口单元能满足各种常用接口的需求，具有体积小、集成度高、功能丰富和实时监测的功能，可广泛应用到工业、电力、水利等行业，实现工业领域的实时监控和管理。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型基于能效监测的集成控制器的电路原理框图。
[0015]图2是本实用新型基于能效监测的集成控制器中网络通信单元与能效监测设备连接的电路原理框图。
[0016]图3是本实用新型基于能效监测的集成控制器中板上存储单元与主控芯片连接的电路原理框图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例进一步详细说明本实用新型，但本实用新型的保护范围并不限于此。
[0018]参照图1，本实用新型的基于能效监测的集成控制器，集成控制器与电力系统的能效监测设备相连，即集成控制器搭载在能效监测设备上。其中，能效监测设备上设有电力数据采集模块、红外对管、3G网络模块、RS485控制器和GPS模块，能效监测设备用于采集具体的用电数据及对电力数据进行传送等。
[0019]所述集成控制器包括用于控制的主控芯片、用于存储主控芯片传送的数据信息的板上存储单元、用于接入互联网的网络通信单元、用于给各单元提供直流电源的电源管理单元和用于连接外部设备的扩展接口单元，主控芯片分别与板上存储单元、网络通信单元、电源管理单元和扩展接口单元相连，电源管理单元分别与主控芯片、板上存储单元和网络通信单元相连，主控芯片通过扩展接口单元分别与能效监测设备上的电力数据采集模块、红外对管、3G网络模块、RS485控制器和GPS模块相连。
[0020]其中，主控芯片采用主流、处理能力强大、片上资源丰富的工业级微处理器AM3354，并选用工业级别的电子元件、在电路原理上做相应的隔离、在PCB布局和布线方面采取相应抗干扰的一些措施，充分满足工业级别设计。主控芯片主要用于进行数据处理、控制和调度各个单元工作，在启动时，主控芯片初始化板上存储单元，加载板上存储单元的镜像文件，完成操作系统的启动。主控芯片能将需要传输的数据通过网络通信单元以以太网的形式传输到远端，主控芯片同时能对能效终端采集到的电力数据进行运算处理，形成相关数据报告。
[0021]电源管理单元的型号为TPS65910，电源管理单元的输入电压为5V直流电，由电源管理单元转化输出其它各单元工作所需的直流电，电源管理单元的输出电压为1.1V、1.5V、
1.8V和3.3V的直流电，利用5V直流电压供电，使整个集成控制器超低功耗，整个集成控制器的功耗小于1W，整个集成控制器的工作温度为-40°C?+85°C。
[0022]参照图2，所述网络通信单元包括与主控芯片相连的GMII数据通信接口和USB接口，GMII数据通信接口与有线网络相连，USB接口与3G网络模块相连，以实现集成控制器的有线和无线通信，网络通信单元完美支持1M/1OOM/1OOOM网口自适应采用GMII模式，使网络通信更加快速。
[0023]参照图3，所述板上存储单元包括与主控芯片相连的DDR3存储器、EMMC存储单元、EEPROM存储器和NAND FLASH内存。EEPROM存储器的型号为AT24C02，DDR3存储器的容量为512M，EMMC存储单元的容量为2GB，EEPROM的容量为256KB，NAND FLASH内存的容量为2GB。EEPROM存储器用于存储能效监测设备的校准参数和唯一特征码两项主要信息，EMMC存储单元用于存储能效监测设备采集到的三相电压有效值、三相电流有效值、电网频率、三相电压2-63次谐波含量百分比、三相电流2-63次谐波有效值、功率因素、有功功率、无功功率、视在功率、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、短时闪变、长时闪变、三相电压512点录播数据、三相电流512点录播数据、谐波超限事件、频率超限事件、电压骤升事件、电压骤降事件和电压短路中断事件；NAND FLASH内存用于存储傅立叶变换2_63次谐波分量、概率值推算前需要用到的每个时段的电压有效值、电流有效值和谐波有效值。
[0024]所述扩展接口单元为两个100管脚的电连接器，扩展接口单元包括用于连接显示器的24bit的IXD接口、用于信号转换的八路12bit的ADC输入接口、三路UART接口、两路SPI接口、两路SD/SD10接口、两路I2C接口、DCAN接口、四路通用时钟输出接口、三路16bit的PWM接口、JTAG接口、RESET接口和WAKEUP接口。IXD接口上连接有IXD显示屏，采用键盘、电阻触摸屏操作人机交互方式，使交互方式更加友好。第一路UART接口与红外对管相连，通过IRDA与电表等设备进行数据通信。第二路UART接口与GPS模块相连，通过主控芯片的控制可以实时对能效监测设备进行定位。第三路UART接口与RS485控制器相连，利用RS485协议进行数据通信，第一路SPI接口与电力数据采集模块相连，使能效监测设备上采集到的数据传送到主控芯片上，然后通过主控芯片的数据处理功能对电力数据进行精细的数据分析，能对电网的运行进行实时的监控、管理，分析结果有利于电力部门对线损控制和对窃、漏电等事件的发生进行有效规避和及时的处理，并可以进一步指导用电企业削峰平谷节约用电费用。扩展接口单元弓I出的各种常用的接口资源，适合于用户批量使用，接口布局充分考虑了能效监测设备的布局设计。
[0025]本实用新型扩展性强，搭载基于开源Linux3.12内核开发的操作系统，开源Linux3.12内核是一个基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程的软件平台，完全兼容P0SIX1.0标准、良好的用户界面等特点。同时，可方便的集成和开发多种软件丰富新型核心板的功能，同时能效监测设备的应用软件，能进行实时能效分析。本实用新型采用工业级设计标准，经过绝缘电阻试验、绝缘强度试验、冲击耐压试验，电快速瞬变脉冲群抗干扰试验能满足GB/T17626.4-20084级标准、辐射电磁场抗干扰性试验能满足GB/T17626.3-20063级标准、浪涌试验能满足GB/T17626.5 - 20084级标准、气候防护试验能满足GB/T2423.2 - 2008标准、静电放电抗干扰试验能满足GB/T17626.2 - 20064级标准、能满足工业、电力、水利行业的对运算处理单元的需求。
[0026]上述实施实例中，本实用新型核心板的各种关键信号，如时钟信号线、地址/数据总线、片选信号、总线读/写控制信号等，均进行严格的等长线或者50 Ω的特征阻抗线，以确保本实用新型能够稳定工作。上述说明中，凡未加特别说明的，均采用现有技术中的常规技术手段。
【权利要求】
1.一种基于能效监测的集成控制器，所述集成控制器与电力系统的能效监测设备相连，能效监测设备上设有电力数据采集模块、红外对管、3G网络模块、RS485控制器和GPS模块，其特征在于，所述集成控制器包括用于控制的主控芯片、用于存储主控芯片传送的数据信息的板上存储单元、用于接入互联网的网络通信单元、用于给各单元提供直流电源的电源管理单元和用于连接外部设备的扩展接口单元，主控芯片分别与板上存储单元、网络通信单元、电源管理单元和扩展接口单元相连，电源管理单元分别与主控芯片、板上存储单元和网络通信单元相连，主控芯片通过扩展接口单元分别与能效监测设备上的电力数据采集模块、红外对管、3G网络模块、RS485控制器和GPS模块相连。
2.根据权利要求1所述的基于能效监测的集成控制器，其特征在于，所述网络通信单元包括与主控芯片相连的GMII数据通信接口和USB接口，GMII数据通信接口与有线网络相连，USB接口与3G网络模块相连。
3.根据权利要求1所述的基于能效监测的集成控制器，其特征在于，所述板上存储单元包括与主控芯片相连的DDR3存储器、EMMC存储单元、EEPROM存储器和NAND FLASH内存。
4.根据权利要求3所述的基于能效监测的集成控制器，其特征在于，所述EEPROM存储器的型号为AT24C02，DDR3存储器的容量为512M，EMMC存储单元的容量为2GB，EEPROM的容量为256KB，NAND FLASH内存的容量为2GB。
5.根据权利要求1所述的基于能效监测的集成控制器，其特征在于，所述扩展接口单元包括用于连接显示器的24bit的IXD接口、用于信号转换的八路12bit的ADC输入接口、三路UART接口、两路SPI接口、两路SD/SD10接口、两路I2C接口、DCAN接口、四路通用时钟输出接口、三路16bit的PWM接口、JTAG接口、RESET接口和WAKEUP接口，IXD接口上连接有IXD显示屏，第一路UART接口与红外对管相连，第二路UART接口与GPS模块相连，第三路UART接口与RS485控制器相连，第一路SPI接口与电力数据采集模块相连。
6.根据权利要求1所述的基于能效监测的集成控制器，其特征在于，所述扩展接口单元为两个100管脚的电连接器。
7.根据权利要求1所述的基于能效监测的集成控制器，其特征在于，所述主控芯片的型号为AM3354，电源管理单元的型号为TPS65910。
8.根据权利要求7所述的基于能效监测的集成控制器，其特征在于，所述电源管理单元的输入电压为5V直流电，电源管理单元的输出电压为1.1V、1.5V、1.8V和3.3V的直流电。
【文档编号】G05B19/042GK203930426SQ201420379454
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】曾伟, 陈中奎, 许亮峰, 赵元成, 沈君健, 蔡文 申请人:杭州戈虎达科技有限公司