一種具有兩路rs485接口的能源數據采集終端的制作方法
【專利摘要】本實用新型實施例公開了一種具有兩路RS485接口的能源數據采集終端，包括CPU模塊，壓力感應模塊，流量感應模塊，模數AD轉換模塊，以太網接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口，按鍵輸入模塊，液晶顯示屏，所述CPU模塊采用ATMEL公司生產的型號為AT91RM9200的嵌入式ARM微處理器，進一步包括互為備份的兩路RS485接口電路，AD轉換模塊的輸出端通過SPI總線與AT91RM9200連接。本實用新型用以通過采用高性能的嵌入式ARM微處理器的同時采用雙備份的RS485接口以供設備進行485通信，確保了能源數據采集終端485通信的可靠性。
【專利說明】一種具有兩路RS485接口的能源數據采集終端
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于能源監測設備【技術領域】，特別地涉及一種具有兩路RS485接口的能源數據采集終端。
【背景技術】
[0002]能源數據采集終端用于采集設備的壓力和流量等模擬量信號，開關，起停，報警等開關量信號。能源數據采集終端作為數據采集端的同時，需要可以級聯同類能源數據采集終端和其它具有485上行通道的智能儀表，因此很有必要進行485接口的設置，但是只設置一路485接口在接口運行故障的時候將對設備之間數據接收和發送造成影響，因此實有必要進行RS485接口的備份設置。
實用新型內容
[0003]為解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種具有兩路RS485接口的能源數據采集終端，用以通過采用高性能的嵌入式ARM微處理器的同時采用雙備份的RS485接口以供設備進行485通信，確保了能源數據采集終端485通信的可靠性。
[0004]為實現上述目的，本實用新型的技術方案為:
[0005]一種具有兩路RS485接口的能源數據采集終端，包括CPU模塊，壓力感應模塊，流量感應模塊，模數AD轉換模塊，以太網接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口，按鍵輸入模塊，液晶顯示屏，所述CPU模塊采用ATMEL公司生產的型號為AT91RM9200的嵌入式ARM微處理器，進一步包括互為備份的兩路RS485接口電路，所述壓力感應模塊的輸出端連接AD轉換模塊的一路輸入端，所述流量感應模塊的輸出端連接AD轉換模塊的另一路輸入端，AD轉換模塊的輸出端通過SPI總線與AT91RM9200連接；所述以太網接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口連接AT91RM9200對應的以太網接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口端；用于能源數據采集終端的參數設置的所述按鍵輸入模塊的輸出端通過串行總線連接AT91RM9200的輸入端；所述AT91RM9200的輸出端通過串行總線連接用于顯示設置的參數、當前壓力和流量數據、能源信號的值的所述液晶顯示模塊。
[0006]優選地，單路RS485接口電路的結構如下，采用SN65LBC184D作為主芯片，I管腳RO接收端通過第一光耦隔離單元連接CPU模塊的數據接收端，4管腳DI發送端通過第二光耦隔離單元連接CPU模塊的數據發送端，自動使能模塊連接管腳2和3 ;6管腳接485總線A端；7管腳接485總線的B端。
[0007]優選地，進一步包括與CPU模塊所在主板分離設置的GPRS模塊，所述GPRS模塊通過排針與主板連接。
[0008]優選地，所述GPRS模塊采用雙頻純數據工業無線模塊的有方生產的M590作為主
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[0009]優選地，所述壓力感應模塊進一步包括壓力傳感器，第一負載電阻和第一運算放大器，所述壓力傳感器具有4?20mA的標準電流信號輸出端口，所述壓力傳感器的標準電流信號輸出端串接第一負載電阻后輸入至第一運算放大器，第一運算放大器的輸出端連接AD轉換模塊的一路輸入端，
[0010]優選地，所述流量感應模塊進一步包括流量計，第二負載電阻和第二運算放大器，所述流量計具有4-20mA的標準電流信號輸出端口，流量計的標準電流信號輸出端串接第二負載電阻后輸入至第二運算放大器，第二運算放大器的輸出端連接AD轉換模塊的另一路輸入端，
[0011]優選地，所述AD轉換模塊采用六通道16位的A/D轉換器AD73360。
[0012]優選地，所述AD73360的第I管腳VINP2和第2管腳VINNl作為一路輸入端連接第一運算放大器的輸出端；第3管腳VINPl和第4管腳VINNl作為另一路輸入端連接第二運算放大器的輸出端；第6管腳REFCAP串接一端接地的第一電容Cl ;第7管腳ADD2接3.3V電源同時并接一端接地的第二電容C2 ;第8管腳AGND2串接一端接地的第一電阻Rl ;第9管腳DGND接地；第10管腳DVDD并接一端接地的第三電容C3和第四電容C4同時串接一端接3.3V電源的第二電阻R2，第三電阻與第五電容串聯，第三電阻的另一端連接3.3V電源，第五電容另一端連接第三電容和第四電容的接地端；第11管腳RESET連接一端接3.3V電壓的第四電阻同時并接一端接地的第六電容；第13管腳MCLK連接一端接地的第七電容；第14管腳連接AT91RM9200的PAl腳；第17管腳連接AT91RM9200的PAO腳；第18管腳SE串接一端接3.3V電源的第五電阻；第20管腳AVDDl接3.3V電源并串接一端接地的第八電容和第九電容。
[0013]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0014](I)通過設置雙備份的RS485接口以供設備進行485通信，確保了能源數據采集終端485通信的可靠性；
[0015](2)通過采用專門針對工業應用的雙頻的純數據GSM/GPRS無線模塊，可提供高精度穩定的遠程數據上傳功能；
[0016](4) GPRS模塊采用插針與主板連接的方式進行設置，使得拆卸和維修更為方便；
[0017](4)通過采用高性能的嵌入式ARM微處理器AT91RM9200，通過簡單的外設電路即可實現多通道的數據采集和提高能源數據的處理精度；
[0018](5)采用模塊化設計的AD轉換模塊，使得系統在需檢測的能源數據發生變化時，只需在CPU模塊上設置相應的解析模式即可獲得相應的能量信號，無需進行硬件上的改變。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型實施例的具有兩路RS485接口的能源數據采集終端的結構框圖；
[0020]圖2為本實用新型實施例的具有兩路RS485接口的能源數據采集終端的CPU模塊的AT91RM9200PQFP嵌入式ARM微處理器的電路引腳框圖；
[0021]圖3為本實用新型實施例的具有兩路RS485接口的能源數據采集終端的RS485接口的電路結構圖；
[0022]圖4為本實用新型實施例的具有兩路RS485接口的能源數據采集終端的GPRS模塊的電路圖；[0023]圖5為本實用新型實施例的具有兩路RS485接口的能源數據采集終端的AD轉換模塊電路圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0025]相反，本實用新型涵蓋任何由權利要求定義的在本實用新型的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本實用新型有更好的了解，在下文對本實用新型的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本實用新型。
[0026]參見圖1，所示為本實用新型實施例的具有兩路RS485接口的能源數據采集終端的結構框圖，其包括CPU模塊101，壓力感應模塊102，流量感應模塊103，模數AD轉換模塊111，以太網接口 104，RS232接口 106，紅外模塊107，USB接口 108，按鍵輸入模塊109，液晶顯示屏110，其中CPU模塊101采用ATMEL公司生產的型號為AT91RM9200的嵌入式ARM微處理器，圖2為AT91RM9200PQFP嵌入式ARM微處理器的電路引腳框圖，進一步包括互為備份的兩路RS485接口電路112，壓力感應模塊102的輸出端連接AD轉換模塊111的一路輸入端，流量感應模塊103的輸出端連接AD轉換模塊111的另一路輸入端，AD轉換模塊111的輸出端通過SPI總線與AT91RM9200連接；以太網接口 104，RS232接口 106，紅外模塊107，USB接口 108連接AT91RM9200對應的以太網接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口的接口端；用于能源數據采集終端的參數設置的按鍵輸入模塊109的輸出端通過串行總線連接AT91RM9200的輸入端；AT91RM9200的輸出端通過串行總線連接用于顯示設置的參數、當前壓力和流量數據、能源信號的值的所述液晶顯示模塊。其工作過程如下:其中RS232接口 106，紅外模塊107，USB接口 108用于能源數據采集終端的本地調試。壓力感應模塊102用于能源數據信號包括汽、氣、油的壓力標準電流信號的采集并將其轉換成可輸入至AD轉換模塊的電壓信號，流量感應模塊103用于能源數據包括汽、氣、油的流量標準電流信號的采集并將其轉換成可輸入至AD轉換模塊的電壓信號，AD轉換模塊111用于將表征壓力和流量的電流信號轉換成數字信號，CPU模塊用于將數字信號進行處理，主要是將壓力信號和流量信號進行乘積后對時間積分再乘以一個常數，從而獲得能源數據信號。以太網接口 104用于采用有線電纜的方式將采集到的能源數據的向置于Internet網絡上的服務器傳輸，RS485接口模塊可級聯同類能源數據采集終端和其它具有485上行通道的智能儀表。
[0027]以上實施例的具有兩路RS485接口的能源數據采集終端，通過設置雙備份的RS485接口以供設備進行485通信，確保了能源數據采集終端485通信的可靠性。
[0028]參見圖3，所示為一具體應用實例中單路RS485接口電路的結構圖，采用SN65LBC184D作為主芯片，I管腳RO接收端通過第一光耦隔離單元連接CPU模塊的數據接收端，4管腳DI發送端通過第二光耦隔離單元連接CPU模塊的數據發送端，自動使能模塊連接管腳2和3 ;6管腳接485總線A端；7管腳接485總線的B端。光耦隔離單元用于電氣隔離，保護CPU，防止CPU的損壞。
[0029]在其他的應用實例中，能源數據采集終端進一步包括與CPU模塊所在主板分離設置的GPRS模塊105，GPRS模塊105通過排針與主板連接。在一具體應用實施例中，參見圖4為本實用新型實施例的基于GPRS的遠程抄表能源數據采集終端的GPRS模塊的電路圖，可知GPRS模塊采用雙頻純數據工業無線模塊的有方M590作為主芯片。其中，2，3管腳VCCMAIN為模塊主電源輸入端；5管腳LIGHT為工作狀態指示管腳，在此管腳上通過一三極管V6的集電極連接一綠色LED，通過V6控制LED的導通用于指示GPRS模塊工作狀態；7管腳RXD為模塊接受數據端，通過一三極管V2控制一雙色二極管的導通或關斷，8管腳TXD為模塊發送數據通過一三極管Vl控制一雙色二極管的導通或關斷，雙色二極管閃爍用于指示GPRS的數據收發狀態，14管腳SMVCC為SM卡電源輸出管腳，連接型號為LK-1016的SM卡模塊的1，1’管腳和4，4’管腳；18管腳EMERGOFF為緊急關機引腳，連接一三極管V5控制其緊急關機，19管腳ON/OFF為開關機控制引腳，低電平開機，通過一三極管V4控制其開關機。同時，M590和SM卡槽通過15X2插針與主板相連。通過以上GPRS模塊，即可實現遠端服務器對能源數據采集終端的遠程抄表。
[0030]在一具體應用實施例中，壓力感應模塊進一步包括壓力傳感器，第一負載電阻和第一運算放大器，壓力傳感器具有4~20mA的標準電流信號輸出端口，所述壓力傳感器的標準電流信號輸出端串接第一負載電阻后輸入至第一運算放大器，第一運算放大器的輸出端連接AD轉換模塊的一路輸入端，通過第一負載電阻和運算放大器，即可將壓力傳感器輸出的標準電流信號轉換成電壓信號。
[0031]在一具體應用實施例中，流量感應模塊進一步包括流量計，第二負載電阻和第二運算放大器，流量計具有4-20mA的標準電流信號輸出端口，流量計的標準電流信號輸出端串接第二負載電阻后輸入至第二運算放大器，第二運算放大器的輸出端連接AD轉換模塊的另一路輸入端，通過第一負載電阻和運算放大器，即可將壓力傳感器輸出的標準電流信號轉換成電壓信號。
[0032]在一具體應用實例中，AD轉換模塊采用六通道16位的A/D轉換器AD73360，參見圖5所示為AD轉換模塊的電路圖，AD73360的第I管腳VINP2和第2管腳VINNl作為一路輸入端連接第一運算放大器的輸出端；第3管腳VINPl和第4管腳VINNl作為另一路輸入端連接第二運算放大器的輸出端；第6管腳REFCAP串接一端接地的第一電容Cl ;第7管腳ADD2接3.3V電源同時并接一端接地的第二電容C2 ;第8管腳AGND2串接一端接地的第一電阻Rl ?’第9管腳DGND接地；第10管腳DVDD并接一端接地的第三電容C3和第四電容C4同時串接一端接3.3V電源的第二電阻R2，第三電阻R3與第五電容C5串聯，第三電阻R3的另一端連接3.3V電源，第五電容C5另一端連接第三電容C3和第四電容C4的接地端；第11管腳RESET連接一端接3.3V電壓的第四電阻R4同時并接一端接地的第六電容C6 ;第13管腳MCLK連接一端接地的第七電容C7 ?’第14管腳連接AT91RM9200的PAl腳；第17管腳連接AT91RM9200的PAO腳?’第18管腳SE串接一端接3.3V電源的第五電阻R5 ?’第20管腳AVDDl接3.3V電源并串接一端接地的第八電容C8和第九電容C9。AD73360的具有六通道A/D轉換器，每個通道均同步采樣以確保通道間幾乎不存在時間(相位)延遲，因此適用多通道模擬輸入。通過以上設置的AD轉換模塊，可將壓力信號和流量信號轉換成CPU模塊可處理的信號。
[0033]以上設置的能源數據采集終端，通過采用完全圍繞ARM920T ARM Thumb處理器構建的系統的AT91RM9200，具有豐富的系統與應用外設及標準的接口，從而提供了一種低功耗、低成本、高性能單片能源數據采集終端的解決方案。AT91RM9200集成了許多標準接口，包括USB2.0全速主機和設備端口及與多數外設和在網絡層廣泛使用的10/100Base-T以太網媒體訪問控制器(MAC)，此外，它還提供一系列符合工業標準的外設，可在音頻、電信、Flash卡紅外線及智能卡中使用，使得可方便添加如上的RS232接口 106，紅外模塊107，USB接口 108，GPRS模塊105和以太網接口 104。通過以上采用AT91RM9200設置的能源數據采集終端，電路結構簡單，數據處理功能強大。
[0034]在一具體應用實例中，本實用新型實施例的具有兩路RS485接口的能源數據采集終端用于采集水泵的實際出力，AD轉換模塊一路采集水泵出水的壓力，一路用于采集水泵出水的流量，根據水泵出水的壓力和流量，CPU模塊內部計算出水泵出水的出力，也即實際出力的能量，即可得到水泵的能量信號。
[0035]在另一具體應用實例中，應用于風機出力的能源數據采集終端，流量計采用具有4-20mA標準電流信號輸出的旋進旋渦流量計進行空氣流量的檢測，本領域內技術人員應該可以理解的是，另外的，如采用孔板加差壓流量變送器，渦街流量計，阿牛巴流量計，熱式氣體流量計，質量流量計具有4-20mA標準電流信號輸出的適用于空氣流量檢測的流量計即可用于本實用新型實施例中。壓力傳感器用來測量風機的空氣壓力，AD轉換模塊一路采集流量計的流量信號，一路用于采集壓力信號，CPU模塊內部通過流量與壓力進行時間積分并乘以效率常數，即可得到風機出力的能量信號。
[0036]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種具有兩路RS485接口的能源數據采集終端，包括CPU模塊，壓力感應模塊，流量感應模塊，模數AD轉換模塊，以太網接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口，按鍵輸入模塊，液晶顯示屏，其特征在于，所述CPU模塊采用ATMEL公司生產的型號為AT91RM9200的嵌入式ARM微處理器，進一步包括互為備份的兩路RS485接口電路，所述壓力感應模塊的輸出端連接AD轉換模塊的一路輸入端，所述流量感應模塊的輸出端連接AD轉換模塊的另一路輸入端，AD轉換模塊的輸出端通過SPI總線與AT91RM9200連接；所述以太網接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口連接AT91RM9200對應的以太網接口，RS232接口，紅外模塊，USB接口端；用于能源數據采集終端的參數設置的所述按鍵輸入模塊的輸出端通過串行總線連接AT91RM9200的輸入端；所述AT91RM9200的輸出端通過串行總線連接用于顯示設置的參數、當前壓力和流量數據、能源信號的值的所述液晶顯示模塊。
2.根據權利要求1所述的具有兩路RS485接口的能源數據采集終端，其特征在于，單路RS485接口電路的結構如下，采用SN65LBC184D作為主芯片，I管腳RO接收端通過第一光耦隔離單元連接CPU模塊的數據接收端，4管腳DI發送端通過第二光耦隔離單元連接CPU模塊的數據發送端，自動使能模塊連接管腳2和3 ;6管腳接485總線A端；7管腳接485總線的B端。
3.根據權利要求1所述的具有兩路RS485接口的能源數據采集終端，其特征在于，進一步包括與CPU模塊所在主板分離設置的GPRS模塊，所述GPRS模塊通過排針與主板連接。
4.根據權利要求3所述的具有兩路RS485接口的能源數據采集終端，其特征在于，所述GPRS模塊采用雙頻純數據工業無線模塊的有方生產的M590作為主芯片。
5.根據權利要求1所述的具有兩路RS485接口的能源數據采集終端，其特征在于，所述壓力感應模塊進一步包括壓力傳感器，第一負載電阻和第一運算放大器，所述壓力傳感器具有4~20mA的標準電流信號 輸出端口，所述壓力傳感器的標準電流信號輸出端串接第一負載電阻后輸入至第一運算放大器，第一運算放大器的輸出端連接AD轉換模塊的一路輸入端，
6.根據權利要求1至5任一所述的具有兩路RS485接口的能源數據采集終端，其特征在于，所述流量感應模塊進一步包括流量計，第二負載電阻和第二運算放大器，所述流量計具有4-20mA的標準電流信號輸出端口，流量計的標準電流信號輸出端串接第二負載電阻后輸入至第二運算放大器，第二運算放大器的輸出端連接AD轉換模塊的另一路輸入端，
7.根據權利要求1至5任一所述的具有兩路RS485接口的能源數據采集終端，其特征在于，所述AD轉換模塊采用六通道16位的A/D轉換器AD73360。
8.根據權利要求7所述的具有兩路RS485接口的能源數據采集終端，其特征在于，所述AD73360的第I管腳VINP2和第2管腳VINNl作為一路輸入端連接第一運算放大器的輸出端；第3管腳VINPl和第4管腳VINNl作為另一路輸入端連接第二運算放大器的輸出端；第6管腳REFCAP串接一端接地的第一電容Cl ;第7管腳ADD2接3.3V電源同時并接一端接地的第二電容C2 ;第8管腳AGND2串接一端接地的第一電阻Rl ;第9管腳DGND接地；第10管腳DVDD并接一端接地的第三電容C3和第四電容C4同時串接一端接3.3V電源的第二電阻R2，第三電阻與第五電容串聯，第三電阻的另一端連接3.3V電源，第五電容另一端連接第三電容和第四電容的接地端；第11管腳RESET連接一端接3.3V電壓的第四電阻同時并接一端接地的第六電容；第13管腳MCLK連接一端接地的第七電容；第14管腳連接AT91RM9200的PAl腳；第17管腳連接AT91RM9200的PAO腳；第18管腳SE串接一端接3.3V電源的第五電阻；第20管腳AVDDl接3.3V電源并串接一端接地的第八電容和第九電容。
【文檔編號】G05B19/042GK203732930SQ201420133190
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月24日 優先權日:2014年3月24日
【發明者】張河林 申請人:福建東方遠大儀表有限公司