一种配用电边缘计算装置的制作方法

本发明涉及一种计算装置，特别涉及一种配用电边缘计算装置，属于配用电技术领域。

背景技术：

在当今时代，社会对于电能的依耐性前所未有的高，一次短暂的停电会造成人民在生产生活、工商业活动上很大的损失，因此更高效、更合理的能源供应是必然的要求，一个优质的配电房毫无疑问是其中重要的一环，随着我国智能电网建设的日趋成熟，大数据和物联网技术深入发展，广泛应用到配网日常监测和维护中，配网监测终端数量和采集数据急剧增加，给云数据中心的网络带宽、云存储和计算能力带来很大挑战。由于缺少有针对性的故障处理策略、运维人员个人素质不同等问题，无法有效判断安全隐患、发现运行问题和处理问题不及时给配网安全运行带来很大的影响。同时受制于网络运行情况，当网络延时过高或无网络时无法及时发现和处理问题和故障点，影响配网安全运行。

目前在特定地区的配电房中广泛使用的监控终端单元(stu)虽然具备一定的传感器感知层的采集能力和边缘计算能力，但是其集成不少其他的功能，导致其体积大、工艺复杂、成本高，不利于推广到供电局外的用户，例如住宅小区自有产权的供配电设施就属于开发商所有，由小区物业维护管理供电设施，医院、工厂、商场中的配电室也是如此，可见，未来智能电房的数量将十分之多，对于适应配电房应用场景的、具备边缘计算能力的智能网关会有巨大的需求。

目前，智能家居行业蓬勃发展，不少物联网技术得到长足发展，物联网网关在其中发挥重要角色，但是，对于使用在配电房中的边缘计算网关，有着不同于居家使用的边缘计算网关网关的要求,最明显的特征便是可靠性，包含环境可靠性和emc可靠性——在配电房中，工作环境恶劣，电磁干扰极强，因此要求边缘计算网关必须具备极强的抗干扰能力。另外由于维护的周期较长，必然要求边缘计算网关具有极好的可靠性，mtbf(meantimebetweenfailures平均故障间隔时间)要长，软硬件的冗余度要高,这是用在智能家居行业中的网关所不具备的。

通过分析国内外厂商提供的边缘计算网关，不管功能优劣、多无，边缘计算网关只是系统的一环，几乎必然需要系统后台，尽管系统提供的服务各有差异，用户只有通过后台才能获得有价值的资讯。目前配电房的管理者，基于成本以及隐私的考虑，可能暂时不愿意投资建设、运维自己的管理平台，也不愿意接入第三方平台,又或者不愿意对现场进行大改造，便提出了一种不需要管理后台支援也能独立工作的边缘计算网关,作为中间的过渡性存在，同时也让边缘计算网关的功能更加完整。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种配用电边缘计算装置，以解决上述背景技术中提出的当前的边缘计算网关只是系统的一环，需要云平台才能提供数据分析业务，而在实际应用中，不少客户不愿意花费人力、物力去建设、运维平台；而若是接入第三方后台，又心存信息隐私方面的担心的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括封装壳体，所述封装壳体的内部分别安装有主控板和电源板，所述主控板与电源板之间通过排针排母方式进行电气连接，所述主控板的顶端插接有核心主板，所述主控板的底端固定设有全网通gps通信板和调速串口，所述封装壳体顶端的边角处固定设有指示灯群，所述指示灯群与主控板电性连接，所述封装壳体两侧的底部均固定设有安装块，两个所述安装块的中部均开设有螺纹孔。

作为本发明的一种优选技术方案，所述核心主板包括处理器、存储器和硬件看门狗芯片以及外围电路，所述处理器为cortex-a8内核，并采用linux操作系统，所述处理器采用1gbbytenandflash和512mbddr3。

作为本发明的一种优选技术方案，所述主控板包括100m以太网、1000m以太网、can、rs-232、tf卡接口、usb2.0、wi-fi模块、ttl串口模块和指示灯群，所述100m以太网包括百兆以太网芯片及其外围电路，10/100m速率自适应，所述1000m以太网包括千兆以太网芯片及其外围电路，10/100/1000m速率自适应，所述can采用can收发器及高速光耦芯片进行隔离，并使用tvs二极管进行防护，所述rs-232采用232收发器及高速光耦芯片进行隔离，并使用tvs二极管进行防护，所述tf卡接口采用适合标准tf卡，采用esd二极管进行静电防护，防止tf卡插入、取出的过程中，由于静电放电导致装置受到干扰，所述usb2.0采用esd二极管进行静电防护，防止u盘插入、取出的过程中，由于静电放电导致装置受到干扰，所述wi-fi模块采用wi-fi转串口的无线模块，支持完备的tcp/ip协议栈，所述ttl串口模块用于操作系统的信息打印，通过缓冲器进行静电防护并采用esd二极管做进一步的保护，所述指示灯群有8颗，8颗指示灯用于网关电源指示、核心主板运行指示、100m网口的活动和连接指示、1000m网口的活动和连接指示、lte模块运行指示、wi-fi模块运行指示。

作为本发明的一种优选技术方案，所述电源板包括4路遥信输入、2路遥控输出、2路rs-485、复位输入、zigbee模块、超级电容、实时时钟和电源接口，所述4路遥信输入采用低速光耦进行隔离，并且使用tvs二极管进行防护，所述2路遥控输出通过继电器对外输出控制，容量为ac250v/5a或dc30v/5a，所述2路rs-485采用485收发器及高速光耦芯片进行隔离，并使用tvs二极管进行防护，所述复位输入采用低速光耦进行隔离，并且使用tvs二极管进行防护，所述zigbee模块采用zigbee转串口的无线模块，通过接插的方式固定在电源板上，所述超级电容配置13.5v/2f的超级电容及其外围充电电路，装置上电后即开始充电，充电至电容两端电压为电源输入电压或者13.1v时停止，所述实时时钟采用实时时钟芯片及纽扣电池，为装置提供时间信息，所述电源接口的供电电源电压范围为dc12-24v，采用降压转换调节器产生内部5v，采用低压差线性稳压器将内部5v转换为3.3v供各个芯片使用，采用dcdc隔离模块将内部5v转换为外部5v，供rs-485、rs-232、can通信接口使用，实现内外电源隔离并与遥信遥控电路隔离，采用dcdc隔离模块将内部5v转换为外部12v，供遥信、遥控接口使用，实现内外电源隔离并与通信电路隔离。

作为本发明的一种优选技术方案，所述全网通gps通信板包括ltecat1模块及其外围电路，模块采用pcie封装，方便的从通信板上拔插，所述主控板与全网通gps通信板通过排针排母的方式进行电气连接,可依据用户需求配置或不配置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述封装壳体的背面等距开设有多个散热孔，多个所述散热孔的内部均固定安装有防尘网。

作为本发明的一种优选技术方案，所述封装壳体的长度为135.00mm，所述封装壳体宽度为102.5mm，所述封装壳体的高度为53.00mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明一种配用电边缘计算装置，该装置具有边缘计算能力，并且可作为wi-fi热点与用户手机、平板电脑直连。在无管理平台的情况下，用户依然能从网关中获得有价值的运行信息及可视化报表，提供tf卡接口，极大的拓展了装置的本地数据存储能力，如此能从配电智能化中获取更大的利益，并为进一步的数据分析、能耗优化提供充足的数据支撑；

2.本发明一种配用电边缘计算装置，本装置提供多种常见接口，包括有线及无线，可方便的进一步转换，因此能适应绝大部分的物联网应用场合；

3.本发明一种配用电边缘计算装置，本装置依据工业级设计，每个对外接口均采用成熟电路，具有完备的emc防护；

4.本发明一种配用电边缘计算装置，通过在网关内置超级电容，即使遇到电源电压暂降跌落等波动干扰，依然能稳定的工作；即使电源完全断电，依然能维持整体工作5秒以上，从而保证网关运行流程、信息的完整性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的侧面结构示意图；

图3为本发明的模块图。

图中：1、封装壳体；2、安装块；3、螺纹孔；4、散热孔；5、主控板；6、电源板；7、核心主板；8、指示灯群。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供了一种配用电边缘计算装置的技术方案：

根据图1-3所示，包括封装壳体1，封装壳体1的内部分别安装有主控板5和电源板6，主控板5与电源板6之间通过排针排母方式进行电气连接，主控板5的顶端插接有核心主板7，主控板5的底端固定设有全网通gps通信板和调速串口，封装壳体1顶端的边角处固定设有指示灯群8，指示灯群8与主控板5电性连接，封装壳体1两侧的底部均固定设有安装块2，两个安装块2的中部均开设有螺纹孔3。

核心主板7包括处理器、存储器和硬件看门狗芯片以及外围电路，处理器为cortex-a8内核，并采用linux操作系统，处理器采用1gbbytenandflash和512mbddr3。

主控板5包括100m以太网、1000m以太网、can、rs-232、tf卡接口、usb2.0、wi-fi模块、ttl串口模块和指示灯群8，100m以太网包括百兆以太网芯片及其外围电路，10/100m速率自适应，1000m以太网包括千兆以太网芯片及其外围电路，10/100/1000m速率自适应，can采用can收发器及高速光耦芯片进行隔离，并使用tvs二极管进行防护，rs-232采用232收发器及高速光耦芯片进行隔离，并使用tvs二极管进行防护，tf卡接口采用适合标准tf卡，采用esd二极管进行静电防护，防止tf卡插入、取出的过程中，由于静电放电导致装置受到干扰，usb2.0采用esd二极管进行静电防护，防止u盘插入、取出的过程中，由于静电放电导致装置受到干扰，wi-fi模块采用wi-fi转串口的无线模块，支持完备的tcp/ip协议栈，ttl串口模块用于操作系统的信息打印，通过缓冲器进行静电防护并采用esd二极管做进一步的保护，指示灯群8有8颗，8颗指示灯用于网关电源指示、核心主板运行指示、100m网口的活动和连接指示、1000m网口的活动和连接指示、lte模块运行指示、wi-fi模块运行指示。

电源板6包括4路遥信输入、2路遥控输出、2路rs-485、复位输入、zigbee模块、超级电容、实时时钟和电源接口，4路遥信输入采用低速光耦进行隔离，并且使用tvs二极管进行防护，2路遥控输出通过继电器对外输出控制，容量为ac250v/5a或dc30v/5a，2路rs-485采用485收发器及高速光耦芯片进行隔离，并使用tvs二极管进行防护，复位输入采用低速光耦进行隔离，并且使用tvs二极管进行防护，zigbee模块采用zigbee转串口的无线模块，通过接插的方式固定在电源板6上，超级电容配置13.5v/2f的超级电容及其外围充电电路，装置上电后即开始充电，充电至电容两端电压为电源输入电压或者13.1v时停止，实时时钟采用实时时钟芯片及纽扣电池，为装置提供时间信息，电源接口的供电电源电压范围为dc12-24v，采用降压转换调节器产生内部5v，采用低压差线性稳压器将内部5v转换为3.3v供各个芯片使用，采用dcdc隔离模块将内部5v转换为外部5v，供rs-485、rs-232、can通信接口使用，实现内外电源隔离并与遥信遥控电路隔离，采用dcdc隔离模块将内部5v转换为外部12v，供遥信、遥控接口使用，实现内外电源隔离并与通信电路隔离。

全网通gps通信板包括ltecat1模块及其外围电路，模块采用pcie封装，方便的从通信板上拔插，主控板5与全网通gps通信板通过排针排母的方式进行电气连接,可依据用户需求配置或不配置。

封装壳体1的背面等距开设有多个散热孔4，多个散热孔4的内部均固定安装有防尘网，通过开设的散热孔4，便于对计算装置使用过程中产生的热量及时散出。

封装壳体1的长度为135.00mm，封装壳体1宽度为102.5mm，封装壳体1的高度为53.00mm，控制封装壳体1的尺寸。

具体使用时，本发明一种配用电边缘计算装置，当使用该该边缘计算装置时，首先对网关上电，系统运行，运行信息可通过ttl串口模块输出，可通过ttl串口模块输入命令进行配置信息查阅，通过iic接口从时钟芯片处获得当前时间，网关可以通过rs-485收发器总线在本地组成有线局域网，依据modbusrtu协议采集各种合适的传感器、监控终端的信息，并提取信息报文中的有效信息，最后通过tf卡接口接口模块，将有效信息以json格式保存到外置的tf卡中；

网关可以通过zigbee模块在本地组成无线局域网，依据不同传感器自定义的协议采集各种合适的传感器、监控终端的信息，并提取信息报文中的有效信息。最后通过tf卡接口模块，将有效信息以json格式保存到外置的tf卡中；

网关可以通过100m或者1000m或lte模块连接到互联网，通过mqtt协议，以json格式向云平台传输相应的数据信息，也能接受来自云平台的指令、配置信息。当网关能连接互联网而手机无法联网时(如当配电室处于地下负层等信号不好的位置时，网关仍可通过有线方式上网)，网关能作为无线路由，向客户手机、平板电脑提供wi-fi上网功能；

网关配置了4路遥信、can通信接口、rs-232接口，在必要时可直接连接到采用相应接口的设备进行信息采集，或者转换为其他需要的物理接口，最后通过tf卡接口模块，将有效信息以json格式保存到外置的tf卡中；

网关配置了2路遥控，为继电器型输出。可依据指令进行分合，从而驱动某些功率型设备。最后通过tf卡接口模块，将动作信息以json格式保存到外置的tf卡中；

当网关需要更新升级、修改配置的时候，可以在电脑上修改后，将文件放入u盘，将u盘插入网关的usb2.0接口后，网关自动识别u盘及其内部文件，并进行相应的程序升级与配置修改；

当网关不能连接互联网或者在无远方管理平台的情况下，网关依然可以作为wi-fi热点，让用户的手机、平板电脑通过wi-fi进行连接。用户通过账户密码登录网关后，可直接查阅网关采集的各设备的数据信息，并生成报表；可通过数据可视化的方式展现在手机客户端；

当网关突然断电时，超级电容放电，维持整个网关所有功能继续运行超过5秒以上时间。在维持时间内，网关将完成当前正在进行的工作并向云平台(若有)发出断电告警、在本地保存断电信息。

在本发明的描述中，需要理解的是，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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。