一种新型物联网能源数据采集装置的制作方法

本实用新型涉及能源数据监管技术领域，具体涉及一种新型物联网能源数据采集装置。

背景技术：

中国是能源资源消费大国，但是中国的人均能源资源拥有量很低，只有世界平均水平的40％左右。在经济高速发展的背后，凸显出来的是中国能源枯竭的问题。因此，节能减排工作已经迫在眉睫，其中构建能源计量数据系统、强化能源计量工作、实施能源精细化管理已成为中国能源管理的重点工作，是节能减排的重要基石。

能源计量是指在能源消费、转化等流程中，对处于各环节(包括能源生产、运输、使用、监管等各个领域)的能源数量、质量、性能等参数进行检测、度量和计算。其中的重点就是能源计量数据的采集，而本实用新型的发明人经过研究发现，以往能源计量系统中无线数据采集往往采用的是传统单一网络组网，由于距离和带宽相矛盾，不能广泛适用在采集现场，即目前中国能源计量数据采集缺乏一种适用性广、经济、可靠的传输手段，不能做到大规模布点、大吞吐量传输、大数据分析，为高效使用能源提供决策依据。

物联网技术是一项新兴的技术，分为应用层、传输层和感知层。本申请主要从传输层和感知层出发，将物联网技术的数据感知和传输应用到能源计量中去，以较低的投资和使用成本实现对能源全流程的＂泛在感知＂，获取以往无法获取的重要能源消耗过程参数，并以此为基础通过大数据分析和决策，达到节能减排的目标。

技术实现要素：

针对现有技术存在的能源计量系统中无线数据采集往往采用的是传统单一网络组网，由于距离和带宽相矛盾，不能广泛适用在采集现场的技术问题，本实用新型提供一种新型物联网能源数据采集装置，该装置根据典型的物联网体系架构，将多种物联网混合组网应用于能源计量。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种新型物联网能源数据采集装置，包括主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块，与所述主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块连接的RS-485接口模块、900MHz无线通信模块和433MHz无线通信模块，以及与所述主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块、900MHz无线通信模块和433MHz无线通信模块连接的WI-FI通信模块；其中，所述RS-485接口模块适于采集各种计量仪表的能源消耗数据，所述主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块适于接收RS-485接口模块采集的能源消耗数据，根据所述能源消耗数据的传输距离和带宽需求，采用2.4GHz-ZigBee无线通信模块或900MHz无线通信模块或433MHz无线通信模块，向上通过所述WI-FI通信模块接入互联网与上层平台进行交互。

进一步，所述主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块选用型号为CC2538的处理芯片，所述RS-485接口模块选用型号为SP3485的芯片，所述900MHz无线通信模块和433MHz无线通信模块选用型号为XC430的芯片，所述WI-FI通信模块选用型号为ESP8266的芯片。

进一步，所述新型物联网能源数据采集装置还包括智能积算仪模块，所述智能积算仪模块适于将计量仪表数据采集接口为模拟量接口的转换为RS-485数字接口供RS-485接口模块采集。

进一步，所述计量仪表包括水、电、气、煤、油和热仪表。

进一步，所述新型物联网能源数据采集装置还包括与主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块1连接适于保存未上传数据和功能配置文件的SD卡模块。

与现有技术相比，本实用新型提供的新型物联网能源数据采集装置，将传输层和感知层的硬件系统融合在一起，包括主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块、与主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块连接的RS-485接口模块、900MHz无线通信模块和433MHz无线通信模块，以及与主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块、900MHz无线通信模块和433MHz无线通信模块连接的WI-FI通信模块，成功利用WI-FI、ZigBee、900M、433M网络将不同距离需求和带宽需求的能源数据进行采集，系统解决了无线混合组网、主站与从站和路由器的通讯问题，仪表数据接口处理、多种仪表通讯协议解析问题，组网灵活，模块增减便利，非常适用于复杂环境的能源数据采集。

附图说明

图1是本实用新型提供的新型物联网能源数据采集装置结构示意图。

图中，1、主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块；2、RS-485接口模块；3、900MHz无线通信模块；4、433MHz无线通信模块；5、WI-FI通信模块；6、智能积算仪模块；7、SD卡模块。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参考图1所示，本实用新型提供一种新型物联网能源数据采集装置，包括主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块1，与所述主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块1连接的RS-485接口模块2、900MHz无线通信模块3和433MHz无线通信模块4，以及与所述主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块1、900MHz无线通信模块3和433MHz无线通信模块4连接的WI-FI通信模块5；其中，所述RS-485接口模块2适于采集各种计量仪表的能源消耗数据，所述主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块1适于接收RS-485接口模块2采集的能源消耗数据，并对所述能源消耗数据进行协议转换和重新封装后，根据所述能源消耗数据的传输距离和带宽需求，所述主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块将接收到的数据采用自带2.4GHz-ZigBee无线通信模块1或900MHz无线通信模块3或433MHz无线通信模块4，向上通过所述WI-FI通信模块5接入互联网与上层平台进行交互。

与现有技术相比，本实用新型提供的新型物联网能源数据采集装置，将传输层和感知层的硬件系统融合在一起，包括主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块、与主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块连接的RS-485接口模块、900MHz无线通信模块和433MHz无线通信模块，以及与主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块、900MHz无线通信模块和433MHz无线通信模块连接的WI-FI通信模块，成功利用WI-FI、ZigBee、900M、433M网络将不同距离需求和带宽需求的能源数据进行采集，系统解决了无线混合组网、主站与从站和路由器的通讯问题，仪表数据接口处理、多种仪表通讯协议解析问题，组网灵活，模块增减便利，非常适用于复杂环境的能源数据采集。

作为具体实施例，所述主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块1选用型号为CC2538的处理芯片，CC2538处理芯片为本申请新型物联网能源数据采集装置的主控模块，相比基于8051的上一代处理芯片CC2530，CC2538是基于ARM Cortex M3架构的高性能MCU，主频达到了32MHz，故在其功能设计上，除了控制整个采集装置外，还附带了ZigBee传输功能，并支持1km以内的短距离传输；所述RS-485接口模块2选用型号为SP3485的芯片，在所述主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块1的控制下用于采集各种计量仪表的能源消耗数据；所述900MHz无线通信模块3和433MHz无线通信模块4选用型号为XC430的芯片，即将XC430模块作为900MHz和433MHz网络的无线传输模块，由于芯片兼容，当只需要900MHz和433MHz其中的一种网络时将XC430模块配置成相应的网络协议，当同时需要两种传输协议时，则嵌入两个XC430模块即可，配置为900MHz的XC430模块传输距离为2.5km，配置为433MHz的XC430模块传输距离为5km；所述WI-FI通信模块5选用型号为ESP8266的芯片，主要用于数据通过互联网上传到数据库服务器时使用，只有少量主站需要嵌入该模块。

作为具体实施例，所述新型物联网能源数据采集装置还包括智能积算仪模块6，所述智能积算仪模块6适于将计量仪表数据采集接口为模拟量接口的转换为RS-485数字接口供RS-485接口模块2采集。具体地，所述RS-485接口模块2用于采集各种计量仪表的能源消耗数据，主要包括水、电、气、煤、油和热6种计量仪表，而现场能源计量设备大多采用RS485总线数据通道，通过RS-232或RS-485接口连接，但也有部分现场能源计量设备的数据采集接口为4mA～20mA模拟量接口，因而在本实施例中采用智能积算仪模块将4mA～20mA模拟量接口转换为RS-485数字接口供RS-485接口模块2采集，使之兼容数据采集系统，避免更换设备，降低采集成本。

作为具体实施例，所述新型物联网能源数据采集装置还包括适于保存未上传数据和功能配置文件的SD卡模块7，即所述SD卡模块7与主控2.4GHz-ZigBee无线通信模块1连接适于保存未上传数据和包括功能配置文件在内的其他文件，一般仅在主节点需要，而子节点和路由点的数据信息直接保存于CC2538处理芯片内部的Flash中。

在本申请提供的新型物联网能源数据采集装置中，传输层主要解决感知层所获得的数据的传输问题，它是由许多在空间上分布的传感节点等数据采集装置(如RS-485接口模块)组成的一种无线自组织网络，这些装置协作地监控不同位置的能源消耗。具体来说，感知层首先通过采集装置采集能源消耗的数据，然后在传感器网络中通过433MHz、900MHz、2.4GHz、WI-FI等传输技术传递能源消耗数据。传输层位于数据采集装置和互联网之间，主要完成数据转发、协议转换和设备控制等功能，且传输层还支持无线传感器网络内部的数据协同和汇聚，支持互联网接入，从而桥接传感器网络与互联网。与传统的传输层相比，本申请的重点在于将多种网络混合组网，实现了根据传输距离和带宽的需求合理选择网络协议的目的。传输层主要完成的功能包括：1)数据转发：作为互联网与局域网之间的桥梁，传输层最基础的功能即为数据转发，传输层应能够正确接收感知层和应用层发送的收据，并正确地向所述感知层和应用层发送数据；2)协议转换：传输层向下通过433MHz、900MHz、2.4GHz协议与传感器节点进行数据通信，向上通过WI-FI方式接入互联网与上层平台进行交互，因此传输层应实现在接收到感知层数据后，需对数据进行协议转换，并将重新封装后的数据上报；3)管理控制：传输层除了接收传感网络上传的数据外，还应该能够对感知层节点进行部分管理与控制功能，如传输层接收应用命令，并将命令进行处理后(如协议转换等)下达给传感器节点，从而实现应用层对感知层的管理与控制。应用层主要解决信息数据的处理与服务提供的问题，传送层传输而来的数据在这一层里进入各类信息系统进行处理，并通过统计和分析为各类用户提供节能减排的决策依据，具体的应用层为已经成熟并运用到多家企业和公共机构的国家城市能源计量数据平台(重庆)。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。