一种多核并行刀片式变电站图像智能分析装置的制作方法

本发明智能化电网领域，具体涉及于一种多核并行刀片式变电站图像智能分析装置。

背景技术：

目前，随着电力系统图像智能化应用的需求不断提升，现有的图像智能分析设备方案已不能很好的适应现在和未来的需求。现有方案存在硬件平台图像智能分析性能低下、硬件平台架构和接口不统一、硬件平台扩展性差、硬件平台的性能价格比低和硬件平台的运行功耗较高等问题。

在现有的电力系统变电站图像分析硬件平台方案中，与本方案最接近的技术方案是基于x86架构的通用服务器构建的图像智能分析系统方案。该方案从架构上一般分为两种，1、采用基于x86架构处理器加上专用图形显卡方案；2、采用基于x86架构处理器的刀片式服务器方案。方案1一般由一台基于x86架构处理器、服务器主板、硬盘、内存条、电源模块和专用图形显卡组成。其中图形显卡可根据实际需求选配。服务器上运行windows或linux操作系统和定制开发的图像智能分析软件。方案2一般多个刀片式服务模块、电源模块、网络模块和机框组成，其中每个刀片式服务模块是由基于x86架构处理器、服务器主板、硬盘、内存条和电源模块组成，它是一个与通用服务器和电脑功能相同的，具备独立计算能力的模块化计算单元。每个刀片式服务模块上面运行windows或linux操作系统和定制开发的图像智能分析软件。

现有的变电站图像智能分析设备方案主要包括：1、自带图像分析功能的摄像头设备；2、自带图像分析功能的DVR或NVR设备；3、基于x86架构通用服务器构建的图像智能分析服务器；4、基于DSP专用处理器构建的图像智能分析服务器。主要存在如下缺点：（1）其中方案1、2、4对图像的智能分析性能较差，只能对单路或少数几路视频进行分析处理，并且只能提供极简单的分析功能，无法适应未来海量高清晰度图像数据的处理。（2）目前电力系统的图像智能分析相关的系统在不同的时间里根据不同的需求构建，硬件平台采用1、2、3、4多种不同的方案构建，每种方案的架构、性能和上层接口均不相同，无法为将来的图像智能分析应用提供持续的硬件支持；（3）方案1、2、4都是单个独立的硬件设备，无法根据实际需求灵活扩展。（4）方案3虽然能够提供较高的图像处理性能和相对灵活的扩展结构，但由于其构建成本极高，面对变电站图像智能分析站端硬件平台场景，性价比极低。同时方案3的硬件平台整体功耗极高，系统运行成本高。

技术实现要素：

本发明的方案，一种多核并行刀片式变电站图像智能分析装置,采用刀片式结构提供灵活的硬件扩展能力，其中每个刀片服务模块可根据现有和未来多种不同特性的芯片单独设计，适应未来的海量高清图像数据处理需求。本方案采用统一的硬件架构和上层接口，为未来的图像智能分析应用需求提供统一的硬件平台支撑。本发明核心基于低功耗ARM架构的处理器加GPU处理器构建，在变电站图像智能分析应用场景中，达到同样的处理性能，硬件成本远低于基于x86架构的服务器。本发明硬件平台日常运行功耗大约是x86服务器的1/10。

本发明解决现有的技术问题通过以下技术方案进行实现：

一种多核并行刀片式变电站图像智能分析装置，包括前面板、风扇组件、通信背板、侧面板、底板、支撑梁、导轨、刀片服务模块、刀片服务模块后面板、电源模块、电源模块后面板和顶盖；

侧面板包括左侧面板和右侧面板，前面板、左侧面板、右侧面板、底板和顶盖构成一面开口的箱体；风扇组件、通信背板、支撑梁、导轨、刀片服务模块和电源模块均设置在箱体内；支撑梁固定设置在左侧面板和右侧面板之间；

风扇组件与通信背板之间设置有风道隔板，支撑梁包括中上梁、中下梁、后上梁和后下梁，中上梁和后上梁之间、中下梁和后下梁之间均设置导轨，通信背板固定设置在中上梁和中下梁上，刀片服务模块沿导轨滑动，刀片服务模块与刀片服务模块后面板固定连接；电源模块与通信背板连接；电源模块后面板设置在箱体的开口侧，用于封装电源模块，刀片服务模块后面板设置在箱体的开口侧，用于封装刀片服务模块。风扇组件包括风扇墙、风扇控制板和风扇，风扇包括若干个，风扇嵌入设置在风扇墙内，风扇控制板与风扇相连接。

前面板、风扇墙、风道隔板、侧面板和底板为厚度为1.2mm的钢板。

支撑梁、电源模块后面板、刀片服务模块后面板为铝型材加工，电源模块后面板、刀片服务模块后面板的表面进行导电氧化处理。

导轨材质为塑料。

风扇墙上设置有若干个穿线孔。

通信背板为多层PCB电路板，通信背板上设置有散热通风孔、刀片服务模块连接器、485串口连接器、硬盘连接器和电源连接器。

刀片服务模块为多层PCB电路板，刀片服务模块8上设置有ARM处理器、存储模块、固态硬盘接口、串口芯片、电源管理芯片、网络接口、系统调试串口和LED；ARM处理器包括ARM处理核心和GPU处理核心；存储模块、固态硬盘接口、串口芯片、电源管理芯片、网络接口、系统调试串口和LED均与ARM处理器相连接，串口芯片和电源管理芯片通过11PIN连接器与通信背板连接。

与现有锁相环技术相比，本发明的优点和积极效果为：

本发明提出一种多核并行刀片式变电站图像智能分析装置，采用了基于标准化插件方式的刀片服务架构，支持电源的冗余配置、刀片服务模块热插拔等功能，充分结合并发挥了低功耗的ARM处理芯片、高并发处理能力的GPU模块的优势，具备灵活的硬件扩展能力，具备多业务刀片服务模块功能的扩张，能够适应变电站不同数据分析、数据接入的统一处理，采用统一的硬件架构和上层接口，便于平台功能、性能对硬件服务模块的提升，为电力图像分析、数据处理提供了一种支持长期扩展的硬件平台。

本发明高级程度的模块化整体设计，具有处理性能高、可扩展性强、运行功耗低、性价比高，同时采用了低功耗的ARM处理芯片、高并发处理能力的GPU模块，非常适用于电力变电站场景下的图像智能分析应用，具有很强的实用性、广泛适用性和可推广性。可以应用于电力变电站、中心平台下图像智能分析处理、大数据处理、云计算平台构建等应用中，对电网智能化水平的发展和提高具有一定的促进作用。

附图说明

图1为本发明多核并行刀片式变电站图像智能分析装置结构图；

图2为本发明风扇墙结构图；

图3为本发明风扇控制板结构图；

图4为本发明通信背板正面结构图；

图5为本发明通信背板反面结构图；

图6为本发明刀片服务模块。

具体实施方式

下面参照附图，对本方法的应用进行详细描述。

本发明解决现有的技术问题通过以下技术方案进行实现：

如图1所示，一种多核并行刀片式变电站图像智能分析装置，包括前面板1、风扇组件2、通信背板3、侧面板4、底板5、支撑梁6、导轨7、刀片服务模块8、刀片服务模块后面板9、电源模块10、电源模块后面板11和顶盖12；

侧面板4包括左侧面板和右侧面板，前面板1、左侧面板、右侧面板、底板5和顶盖12构成一面开口的箱体；风扇组件2、通信背板3、支撑梁6、导轨7、刀片服务模块8和电源模块10均设置在箱体内；支撑梁6固定设置在左侧面板和右侧面板之间；

风扇组件2与通信背板3之间设置有风道隔板，支撑梁6包括中上梁601、中下梁602、后上梁603和后下梁604，中上梁601和后上梁603之间、中下梁602和后下梁604之间均设置导轨7，通信背板3固定设置在中上梁601和中下梁602上，刀片服务模块8沿导轨7滑动，刀片服务模块8与刀片服务模块后面板9固定连接；电源模块10与通信背板3连接；电源模块后面板11设置在箱体的开口侧，用于封装电源模块10，刀片服务模块后面板9设置在箱体的开口侧，用于封装刀片服务模块8。

风扇组件2包括风扇墙201、风扇控制板202和风扇203，风扇203包括若干个，风扇203嵌入设置在风扇墙201内，风扇控制板202与风扇203相连接。

前面板1、风扇墙201、风道隔板、侧面板4和底板5为厚度为1.2mm的钢板。

支撑梁6、电源模块后面板11、刀片服务模块后面板9为铝型材加工，电源模块后面板11、刀片服务模块后面板9的表面进行导电氧化处理。

导轨7材质为塑料。

如图2所示，风扇墙201上设置有若干个穿线孔，为长430mm、宽130mm的钢板，上面安装了3个型号为8045的4线PWM温控调速风扇，风扇墙上分别开了4个长条形穿线孔。

如图3所示，风扇控制板是一个基于单片机芯片的电路板，尺寸为长80mm、宽35mm，通过6个4pin 2.54mm间距的连接器支持对外连接6个PWM风扇，通过一个48pin的连接器与通信背板连接，48pin连接器中包含1组12v的直流供电输入信号、6对温度传感器信号和1对485串口信号。

通信背板3为多层PCB电路板，通信背板3上设置有散热通风孔、刀片服务模块连接器（为11PIN连接器）、485串口连接器、硬盘连接器和电源连接器。如图4所示通信背板3是一个尺寸为长426mm宽128mm的多层PCB电路板，通信背板上有16个长方形的散热通风孔，负责将风扇吹出的冷风导到刀片服务模块。图4通信背板正3面有16个oupiin的型号为9114-C13ABS06CB30-CB30P的11PIN连接器，负责与刀片服务模块连接；1个间距为3.81mm的2PIN的485串口连接器。如图5，通信背板反面有16个标准的7PIN sata硬盘连接器，负责与外接硬盘互联。通信背板反面还有16个间距为5.0mm 2 PIN的电源连接器，负责和电源模块互联。

刀片服务模块8为多层PCB电路板，刀片服务模块8上设置有ARM处理器、存储模块、固态硬盘接口、串口芯片、电源管理芯片、网络接口、系统调试串口和LED；ARM处理器包括ARM处理核心和GPU处理核心；存储模块、固态硬盘接口、串口芯片、电源管理芯片、网络接口、系统调试串口和LED均与ARM处理器相连接，串口芯片和电源管理芯片通过11PIN的刀片服务模块连接器与通信背板3连接。

如图6所示，刀片服务模块是一个尺寸为长220mm宽100mm的多层PCB电路板，电路板上有一个Nvidia的型号为tk1的ARM处理器，该处理器提供了4核2.3GHZ的ARM处理核心和192核800MHZ的GPU处理核心。电路板上设置了16GB容量的EMMC存储模块、msata固态硬盘接口和M.2固态硬盘接口，支持主流的msata固态硬盘和M.2固态硬盘，提供大容量本地存储。电路板上提供了232串口芯片、485串口芯片和电源管理芯片，其中485串口芯片和电源管理芯片通过oupiin的型号为9114-C13ABS06CB30-CB30D的11PIN连接器与通信背板连接。电路板对外提供了电源和硬盘LED指示灯、两个RJ45网络接口、1个micro-usb烧写系统接口和一个间距为2.54mm的5PIN系统调试串口。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。