一种基于嵌入式核心组件的数据采集服务器及系统的制作方法

本发明涉及电力系统配电站数据采集技术领域，特别涉及一种基于嵌入式核心组件的数据采集服务器及系统。

背景技术：

目前，嵌入式主板一般为嵌入在设备里面做控制、数据处理使用的CPU板。嵌入式主板嵌入到设备里面，就会对主板的体积以及功耗有比较严格的要求。所以嵌入式主板会具备尺寸小、高集成度、低功耗等特性。嵌入式主板比较常见的一般有两大类：基于X86的嵌入式主板以及基于RISC的ARM嵌入式主板。嵌入式的ARM板一般都是板载CPU，而基于x86CPU的主板则不一定。

在一个嵌入式设计、开发过程中，设计往往走过从想法、到成型，从成型到定型的逐步改进的过程，普遍的做法是设计、线路布线、打板、测试等步骤，制作出可供软件开发的嵌入式硬件，每一次改进均非常费时费力，从而使整个设计研发周期长、成本高。

特别是在配电行业，环境非常恶劣，电力控制器设备部署在各个区域的节点上，其分布特点非常分散而且数量非常多，所以要求嵌入式设备抗干扰性非常强，同时要求设备稳定性非常高、长时间连续运行、低功耗、低发热量、成本低、易维护等特性。现有的嵌入式设备应用时，需独立设计配套电路、且应用过程中维护难度大，成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于嵌入式核心组件的数据采集服务器及系统，以解决现有的电力系统使用的嵌入式设备需要集成至采集设备中，在独立设计配套电路过程中及应用维护过程中难度大，成本较高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于嵌入式核心组件的数据采集服务器，包括：嵌入式核心组件，所述嵌入式核心组件包括：CPU、内存、eMMC存储器及自定义标准接口，所述CPU、内存、eMMC存储器及自定义标准接口封装在基板上构成一个核心组件整体，其中，所述自定义标准接口用于与数据采集服务器的功能电路底板相连，所述功能电路底板与传感器和/或表计相连，所述嵌入式核心组件设置于所述数据采集服务器中，所述嵌入式核心组件通过所述功能电路底板采集传感器和/或表计的数据，并通过所述数据采集服务器与供电网的数据采集策略服务器进行数据交互，所述数据采集策略服务器通过互联网与供电网的监控分中心服务器进行通信。

较佳地，所述核心组件整体外部还设有屏蔽罩，所述屏蔽罩用于将所述CPU、内存、eMMC存储器、电源管理单元屏蔽在所述屏蔽罩内。

较佳地，所述基板上设有屏蔽架，所述屏蔽架与所述屏蔽罩卡接。

较佳地，所述屏蔽罩的为金属构成或涂覆了金属屏蔽层的非金属构成。

较佳地，所述自定义标准接口包括若干个邮票孔形式的功能接口及通用I/O接口。

较佳地，还包括封装在所述基板上且与CPU相连的通信接口单元，所述通信接口单元包括至少1个RS-232接口、至少一个RS485接口、WAN接口及LAN接口。

较佳地，所述核心组件整体为8层HDI板结构。

较佳地，还包括：电源管理芯片，所述电源管理芯片与所述CPU、内存、eMMC存储器及自定义标准接口同时封装在所述基板上构成一个核心组件整体。

本发明还提供了一种基于嵌入式核心组件的数据采集系统，包括至少一个如上所述的数据采集服务器，所述数据采集服务器包括核心组件模块及与所述核心组件模块通过自定义标准接口连接的功能电路底板，所述功能电路底板与电力设备的传感器和/或表计相连，所述数据采集服务器通过所述嵌入式核心组件控制所述功能电路底板采集传感器和/或表计的数据，所述数据采集服务器与供电网的数据采集策略服务器进行数据交互，所述数据采集策略服务器通过互联网与供电网的监控分中心服务器进行通信。

其中，所述核心组件模块为一个或多个。

较佳地，所述自定义标准接口与所述功能电路底板焊接相连。

本发明还提供了一种电力数据采集控制器，包括至少一个如上所述的嵌入式核心组件，还包括电力设备的功能电路底板，所述功能电路底板与电力设备的传感器和/或表计相连，所述电力数据采集控制器通过所述嵌入式核心组件控制所述功能电路底板采集传感器和/或表计的数据，所述电力数据采集控制器与供电网的数据采集服务器进行数据交互，所述数据采集服务器通过互联网与供电网的监控中心服务器进行通信。

较佳地，所述自定义标准接口与所述功能电路底板焊接相连。

本发明的一种基于嵌入式核心组件的数据采集服务器及系统具有以下有益效果：

(1)便于扩充外围电路，灵活实现各种功能，缩短了设计开发时间，有效地降低了成本；

(2)核心组件邮票孔设计，其与扩充外围电路的灵活性得到了充分展现的同时，在快速故障诊断、降低维修成本、提高设备的重复使用方面起到了保驾护航的作用；和CPU焊接工艺一样；

(3)核心组件屏闭罩及散热的有效控制，能极大的避免信号的相互干扰，有效地阻断了热源的传播，引发的不稳定因素，极大地提高了其可靠性；

(4)出现问题时，封装集成设计使主板易监测。

附图说明

图1为本发明应用的配电站的电力数据采集系统组成结构图；

图2为优选实施例的数据采集服务器结构示意图；

图3为优选实施例提供的嵌入式核心组件组成示意图；

图4为优选实施例的嵌入式核心组件的屏蔽罩结构示意图；

图5为优选实施例的电力数据采集控制器示意图。

标号说明：100-嵌入式核心组件；101-CPU；102-内存；103-eMMC存储器；104-电源管理单元；105-自定义标准接口；106-屏蔽罩。

具体实施方式

为更好地说明本发明，通过以下优选实施例，并配合附图对本发明作详细说明，具体如下：

本发明提供的数据采集服务器应用于如图1、2所示的配电站的电力数据采集系统，该系统包括数据采集策略服务器200及数据采集服务器100，其中，数据采集服务器100包括具有eMMC存储器的嵌入式核心组件110及功能电路底板120。系统中，数据采集策略服务器200通过互联网与供电网的监控中心服务器300进行通信。其中，数据采集服务器100与数据采集策略服务器200通过网络相通信。数据采集服务器100一般设置为配电站的PLC控制器，也可设置为其他形式，用于采集供电网中各类的表计和/或传感器的数据，数据采集服务器100与数据采集策略服务器200进行数据交互。如图2所示，嵌入式核心组件通过自定义标准接口即可直接于电力设备的功能电路底板相连组成完整的数据采集服务器100，对不同的配电站或具体应用场合，嵌入式核心组件均可作为整体直接用于与功能电路底板连接，从而进行数据采集，使数据采集系统的建立十分方便。

其中，该系统还可根据需要设置与监控中心服务器相连的监控终端310、维护终端320、数据挖掘终端330，监控分中心服务器300通过网络(互联网)与数据采集策略服务器200进行通信。监控终端310用于获取采集的数据并显示；维护终端320用于获取采集的数据并在系统检测到数据异常时通知维护人员；数据挖掘终端330用于根据采集的数据进行处理分析供电网的各表记及传感器的工作性能。该系统还包括发布服务器400，发布服务器400与监控分中心服务器300相连，用于获取采集的数据并通过云端设备发布给用户。

这样，对于监控终端的管理人员来说，其可以通过与监控分中心服务器300相连的监控终端310直接获得各个电站的表计采集的数据的情况。而该系统中直接采集数据的嵌入式核心组件在进行数据采集的过程中，根据网络的好坏的情况将数据存储到缓存及eMMC存储器，在断网时，eMMC存储器仍提供了足够的存储空间存储采集的数据，恢复网络后再发送给数据采集服务器，避免断网造成数据丢失。

具体地，如图2所示，本实施例中的功能电路底板120上设置有天线201，网络接口LAN202、WAN203、4G通信芯片204、RS232接口205a、RS232接口205b、RS485接口206a、RS485接口206b、复位按钮207、开关按钮208、电源连接线209及LED灯210。通过该功能电路底板120即可与各个表计进行通信以进行数据采集，以及将采集的数据通过无线网络、有线网络、移动通信网络等发送至数据采集策略服务器。而嵌入式核心组件110通过自定义标准接口与功能电路底板120连接为一体。其中的嵌入式核心组件110，包括：CPU101、内存RAM102a及RAM102b、eMMC存储器103、电源管理芯片104及自定义标准接口105(本实施例中采用了ALC5640)。该功能电路底板120采用两层结构，嵌入式核心组件采用4层结构，其他优选实施例中，也可根据底板电路的功能需要设置为其他厚度。

结合图3所示，本发明的嵌入式核心组件的具体结构如下：

本实施例提供的嵌入式核心组件110，具体包括：CPU101、内存102、eMMC存储器103、电源管理单元104及自定义标准接口105，其中，CPU101、内存102、eMMC存储器103、电源管理单元104及自定义标准接口105封装在基板110上构成一个核心组件整体，其中，自定义标准接口105用于与电力设备的功能电路底板相连。

其中，本实施例中的CPU101采用了ARM A9型号的嵌入式主板，将其与嵌入式组件必备的存储器、接口及电源管理单元集成设计为一个独立的整体形式的核心组件。ARM主板相对于X86主板具有功耗较低、不易发热、开机时间短、性能优良、不受工作时间和工作环境的限制的优点。这种封装集成后的嵌入式核心组件使得在使用该嵌入式核心组件时，可以直接作为控制主板与外部的功能电路底板连接，无需在不同情况下根据不同电路将嵌入式组件部分嵌入整个功能电路中，从而降低电路改进或重新设计的研发周期。

本实施例中的嵌入式核心组件还包括封装在基板上且与CPU相连的通信接口单元106，通信接口单元106包括2个RS-232接口、2个RS485接口、WAN接口及LAN接口。其中，各为两个的RS-232接口、RS485接口，这种设置方式对于本发明的嵌入式核心组件来说方便根据需要扩展。而模块的各个接口对应的管脚均采用统一的形式，便于焊接在底板上。当然，在其他优选实施例中，也可根据需要将常用的RS-232接口、RS485接口分别设置为1个或更多数量。

如图3所示，本实施例中的核心组件整体外部还设有屏蔽罩107，屏蔽罩107用于将CPU101、内存102、eMMC存储器103、电源管理单元104屏蔽在屏蔽罩107内。屏蔽罩在EMI和EMC方面性能出众，避免模块间或模块与其他设备间的信号干扰。且因为核心组件接口的公共管脚在屏蔽罩外，故易扩展，易维修、稳定性能非常好，此外，屏蔽罩对防止灰尘起到很好的作用。

其中，本实施例中通过在基板上设置有屏蔽架，屏蔽架与屏蔽罩卡接的方式，在两者卡接后使得屏蔽罩与基板间相互连接并固定。屏蔽罩形式的安装对工艺的要求相比传统插入形式的工艺要求较低，易于安装。通过屏蔽架与屏蔽罩卡接的方式，便于安装屏蔽罩，也便于取下屏蔽罩。这里的屏蔽架可以根据需要设置为在基板上一体设置的凸起部分，也可设置为独立的屏蔽架零件，屏蔽架零件通过螺钉、焊接等连接方式固定在基板上。屏蔽架可以为连续的整体式结构，也可为多个独立的分布与基板上且可与屏蔽罩卡合连接的分体式结构。

这里的屏蔽罩的材料为金属，如铜、铝、铁等等，还可以根据需要设置为不锈钢和洋白铜，或者涂覆了金属屏蔽层的非金属材料。当然，采用全金属材质的屏蔽罩，其具有良好的导热及散热功能，不仅能够减少不同设备间的信号干扰，更有利于该嵌入式核心组件的快速散热，从而有效地提高模块整体的使用寿命。

本实施例中的自定义标准接口包括若干个邮票孔形式的功能接口及通用I/O接口。本实施例中模块引出了常用的功能和众多的GPIO，并采QFP188 1.0间距的邮票孔形式设计接口。这种齿轮形式的接口可以采用与CPU焊接一样的方式将接口与其他设备连接(焊接)，使得该模块与其他电路底板连接。该嵌入式核心组件可以满足配电领域设备环境的特殊性，可以较好地适应配电领域设备运行条件恶劣，需要设备长期处于运行状态，且被移动频率很高的情况。

本实施例中的核心组件整体为8层HDI板结构。具体地，该嵌入式核心组件采用8层HDI的盲埋工艺来制造，多层GND有效地屏闭高速信号线，因此减少EMI的产生。

本实施例中的电源管理单元104为一电源管理芯片，用于对CPU、内存、eMMC存储器进行供电及进行电源管理，其与CPU、内存、eMMC存储器及自定义标准接口同时封装在基板上构成一个核心组件整体，且在安装屏蔽罩时同样被屏蔽罩所屏蔽。电源管理芯片的设置可以有效地保证嵌入式核心组件的工作稳定、可靠。

如图5所示，为本实施例提供的数据采集服务器的外部结构，其内部包括一个如上所述的嵌入式核心组件，内部还包括功能电路底板，嵌入式核心组件通过自定义标准接口与功能电路底板相连，功能电路底板与电力设备的传感器和/或表计相连，这里的相连不限于有线连接，也可以为无线连接，即该功能电路底板可通过有线或无线的形式对各表计或传感器进行数据采集。这里将自定义标准接口与功能电路底板设置为焊接相连，相比与直插连接的方式，降低了插拔损耗，且更好地提高模块与底板间连接的稳固性、提高散热效果及使用寿命。

数据采集服务器通过嵌入式核心组件控制功能电路底板采集传感器和/或表计的数据，数据采集服务器与供电网的数据采集策略服务器进行数据交互，数据采集策略服务器通过互联网与供电网的监控分中心服务器进行通信，进而该数据采集服务器可以供整个网络用户共享和使用。

该数据采集服务器向外提供WAN、LAN通信接口以及电源(POWER)、4G接口及两路RS232及RS485接口，该些接口来自于嵌入式核心组件的通信接口单元，用于CPU的控制下与服务器外部进行数据交互。

其中，功能电路底板为电力系统进行数据采集的相关电路设备，其电路中可包含常用的LED灯、报警器、接地线、电路连接线路等等。在需要进行相应的电力数据采集而需要一个具有数据处理以及数据存储功能的嵌入式核心组件时，即可在该功能电路底板上直接焊接上述的封装集成好的嵌入式核心组件使其能够控制电路的各个部分工作即可。本发明提供的嵌入式核心组件即可执行与电路各部分连接以进行数据采集等工作。其中，当一个嵌入式核心组件的处理能力及存储空间不满足需求时，可通过再添加一个或更多个的嵌入式核心组件至功能电路底板上即可。而对于单个的嵌入式核心组件也可根据需要设置多个通信接口从而与多个电路相连，提高其利用效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。