專利名稱：用于大型公建能耗監測系統的數據采集器的制作方法
技術領域：
本發明屬于無線傳感器網絡、現場總線、嵌入式系統技術領域，具體涉及一種用于大型公建能耗監測系統的數據采集器。
背景技術：
建筑耗能與工業耗能、交通耗能已并稱為三個“耗能大戶”，而建筑能耗中大型公共建筑的能源利用率尤其低。我國屬于能源緊缺，開展能耗監測及時獲取建筑能耗數據，以提高能源利用率具有重要的現實意義。開展建筑節能，制定節能對策的關鍵是及時獲取建筑能耗數據，能耗數據可通過構建能耗監測系統獲取。大型公建能耗監測系統包括支持遠傳的計量基表、數據采集器、監測中心。遠傳計量基表部署在監測建筑物中對各能耗分項進行計量；能耗數據通過有線或者無線等通信方式傳輸至數據采集器；數據采集器對能耗數據處理后通過遠程傳輸將能耗數據傳輸至監測中心；用戶可通過監測中心管理能耗監測網、收集監測信息。因此，數據采集器是整個能耗監測系統的關鍵部分之一。目前，已研制出了一些能耗監測系統。這在很大程度上解決了能耗數據的獲取問題，為宏觀上制定節能措施提供了翔實、可靠的數據支持。但這些數據采集器還存在以下問題1)普遍未實現分項計量，只能計量單項的用電量或者用水量等能耗數據，不利于制定更加具體的節能措施。2)數據采集器與能耗計量基表間的通信普遍采用總線方式，并且只采用了 RS485或者M-Bus中的一種，使得用戶在基表的選擇和更換方面存在局限性。隨著嵌入式、無線通信等技術的發展，改進現有能耗監測系統，解決能耗監測設備通信接口單一等問題成為可能。改進后的數據采集器同時具有兩類通信接口。一類是總線方式，總線方式具有簡單、成本低的特點，適宜容易布線的場所采用，并且具備M-Bus和 RS485兩種總線方式，用戶基表的選擇范圍更廣；另一類是ZigBee無線方式，此接口適合暫時不便于布設總線的場所采用。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供了一種用于大型公建能耗監測系統的數據采集
ο本發明的具體方案
本發明包括電源管理模塊、GPRS模塊MC35i、M-Bus模塊、ZigBee無線模塊HZ2012、 RS485模塊以及處理器模塊。電源管理模塊包括降壓整流電路，用于將輸入工頻交流電整流為直流電供給-15V電壓轉換電路、+15V電壓轉換電路；-15V電壓轉換電路將降壓整流電路的輸出電壓轉換為-15V電壓供給M-bus模塊；+15V電壓轉換電路將降壓整流電路的輸出電壓轉換為 +15V電壓供給M-Bus模塊和5V電壓轉換電路；5V電壓轉換電路將5V電壓供給GPRS模塊 MC35i和3. 3V電壓轉換電路將3. 3V電壓供給ZigBee無線模塊HZ20124、RS485模塊和處理器模塊。GPRS模塊MC35i，用于數據采集器和監測中心間的通信，通過UARTO與處理器模塊6連接。M-Bus模塊，用于數據采集器和M-Bus遠傳基表間的通信，通過UART3和處理器模塊連接。ZigBee無線通信模塊HZ20124，用于實現數據采集器和ZigBee遠傳基表間的通信，通過UARTl和處理器模塊連接。RS485模塊核心為RS485驅動器SP!M85，用于實現數據采集器和RS485遠傳基表間的通信，通過UART2和處理器模塊連接。處理器模塊采用ARM內核的處理器LPC2368FBD100，LPC2368FBD100用于控制 M-Bus模塊、ZigBee模塊HZ20124、RS485模塊和處理器模塊間的通信，并將采集到的數據經過分析處理后通過控制GPRS模塊MC35i傳輸至監測中心。所述的降壓整流電路包括變壓器Tl，一個橋堆BDl ；+15V電壓轉換電路包括2個極性電容Cl、C6，一個電感Li，一個穩壓二極管Dl和一片電源穩壓芯片VRl LM2576 ；-15V 電壓轉換電路包括2個極性電容C2、C4，2個濾波電容C3、C5和一片電源管理芯片VR2 LM7915 ；5V電壓轉換電路包括電容2個極性電容C7、C8，一個電感L2，一個穩壓二極管D2 和一片電源管理芯片VR3 LM2596S ；3. 3V電壓轉換電路包括2個濾波電容C9、C12，2個極性電容C10、Cl 1，一個發光二極管DSl和一片電源穩壓芯片VR4 SPXl 117-3. 3。帶中心抽頭變壓器Tl的中心抽頭接地，初級線圈輸入220V工頻交流電壓，次級線圈與橋堆BDl的交流端連接。橋堆BDl的正極和+15V電壓轉換電路連接，橋堆BDl的負極和-15V電壓轉換電路連接；
+15V電壓轉換電路中第一極性電容Cl的正極和電源管理芯片LM2576的1引腳、降壓整流電路中橋堆BDl的正極連接，第一極性電容Cl的負極接地，電源管理芯片LM2576的3 引腳、5引腳接地，電源管理芯片LM2576的4引腳和第一電感Ll的一端、第二極性電容C6 的正極連接，電源管理芯片LM2576的2引腳和第一電感Ll的另一端連接、第一穩壓二極管 Dl的陰極連接，第一穩壓二極管Dl的陽極接地，第二極性電容C6的負極接地。-15V電壓轉換電路中第三極性電容C2的正極和降壓整流電路中帶中心抽頭變壓器Tl的中心抽頭、第一濾波電容C3的一端、電源管理芯片LM7915的GND腳、第四極性電容 C4的正極和第二濾波電容C5的一端接地，第三極性電容C2的負極與降壓整流電路中橋堆 BDl的負極、第一濾波電容C3的另一端和電源管理芯片VR2 LM7915的Vin引腳連接，電源管理芯片VR2 LM7915的Vout引腳與第四極性電容C4的負極、第二濾波電容C5的另一端連接。5V電壓轉換電路中第五極性電容C7的正極和+15V電壓轉換電路的輸出端、電源管理芯片VR3 LM2596S的1引腳連接，第五極性電容C7的負極、電源管理芯片LM2596S的3 引腳、電源管理芯片LM2596S的5引腳、第二穩壓二極管D2的陽極和第六極性電容C8的負極接地，電源管理芯片LM2596S的4引腳和電感L2的一端、第六極性電容C8的正極連接， 電源管理芯片LM2596S的2引腳和第二電感L2的另一端連接、第二穩壓二極管D2的陰極接地。3. 3V電壓轉換電路中的第三濾波電容C9的一端與5V電壓轉換電路的輸出端、第七極性電容ClO的正極、電源管理芯片SPX1117-3. 3的3引腳連接，第三濾波電容C9 的另一端和第七極性電容ClO的負極、電源管理芯片SPX1117-3.3的1引腳、第八極性電容Cll的陰極、第四濾波電容C12的另一端和發光二極管DSl的陰極接地，電源管理芯片 SPXl 117-3. 3的2引腳與第二極性電容Cll的正極、第二濾波電容C12的一端、發光二極管 DSl的陽極連接。ZigBee無線模塊HZ2012的13引腳、15引腳、17引腳和3. 3V電壓轉換電路的輸出端連接，ZigBee無線模塊HZ2012的21引腳、23引腳、25引腳、27引腳均接地，ZigBee無線模塊的18引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的62引腳連接，ZigBee無線模塊的 20引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的63引腳連接，ZigBee無線模塊的其余引腳均懸空。RS485模塊包括驅動器SP;3485、第一電阻R1、第二電阻R2、接插件J1。 驅動器 SP3485的1引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的49引腳連接，驅動器SP!M85的 4引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的48引腳連接，驅動器SP!M85的3引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的46引腳連接，驅動器SP!M85的5引腳接地，驅動器 SP3485的8引腳與第一電阻Rl的一端、3. 3V電壓轉換電路的輸出端連接，驅動器SP3485 的6引腳與第一電阻Rl的另一端、接插件Jl的1引腳連接，驅動器SP3485的7引腳與第二電阻R2的一端、接插件Jl的2引腳連接，第二電阻R2的另一端接地。 GPRS模塊電路包括GPRS模塊MC35i和二極管D3。GPRS模塊MC35i的18引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的99引腳連接，MC35i的19引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的98引腳連接，MC35i的6引腳、7引腳、8引腳、9引腳、10引腳均接地，二極管D3的陽極和5V電壓轉換電路的輸出連接，二極管D3的陰極和MC35i的13引腳連接，MC35i的其余引腳均懸空。M-Bus 模塊包括一片 RS232 收發器 MAX3232 U5，6 個電容 C13、C14、C15、C16、C17、 C18,11 個電阻 R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13，3 個二極管 D4、D5、D6，3 個 PNP 三極管Ql、Q2、Q3，2個NPN三極管Q4、Q5，1個接插件J3。RS232收發器MAX3232 U5的1引腳和第五濾波電容C13的一端連接，MAX3232的 3引腳和第五濾波電容C13的另一端連接，MAX3232的4引腳和第六濾波電容C14的一端連接，MAX3232的5引腳和第六濾波電容C14的另一端連接，MAX3232的7引腳和第三電阻R3 的一端連接，MAX3232的8引腳接和第四電阻R4的一端連接，MAX3232的9引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的6引腳連接，MAX3232的10引腳和處理器模塊中的處理器 LPC2368FBD100的7引腳連接，MAX3232的15引腳和第七濾波電容C15的一端、第八濾波電容C16的一端接地，MAX3232的6引腳和第七濾波電容C15的另一端連接，MAX3232的2引腳和第八濾波電容C16的另一端連接，MAX3232的16引腳與3. 3V電壓轉換電路的輸出端連接。第九濾波電容C17的一端和+15V電壓轉換電路的輸出段、第一 PNP三極管Ql的發射極、第五電阻R5的一端、第六電阻R6的一端連接，第九濾波電容C17的另一端接地。第一 PNP三極管Ql的基極和第六電阻R6的另一端、第一 NPN三極管Q4的集電極連接，第一 PNP三極管Ql的集電極和第四二極管D6的陽極、第二 PNP三極管Q2的基極、第七電阻R7 的一端連接。第四二極管D6的陰極和第二 PNP三極管Q2的發射極、第三電阻R3的另一端連接。第二 PNP三極管Q2的集電極和第七電阻R7的另一端、-15V電壓轉換電路的輸出端連接。第四電阻R4的另一端和第二二極管D4的陽極、第三PNP三極管Q3的基極、第八電阻R8的一端連接。第二二極管D4的陰極和第三PNP三極管Q3的發射極接地。第三PNP三極管Q3的集電極和第九電阻R9的一端連接。第八電阻R8的另一端和-15V電壓轉換的輸出端連接。第十電阻RlO的一端接地，第十電阻RlO的另一端和第十一電阻Rll的一端、第二 NPN三極管Q5的基極連接。第十一電阻Rll的另一端和第三二極管D5的陽極連接。第三二極管D5的陰極和-15V電壓轉換電路的輸出端連接。第二 NPN三極管Q5的集電極和第一 NPN三極管的基極、第五電阻R5的另一端連接，第二 NPN三極管Q5的發射極與第九電阻R9的另一端、第十二電阻R12的一端連接。第十二電阻R12的另一端和-15V電壓轉換電路的輸出端連接。第一 NPN三極管Q4的發射極與第十三電阻R13的一端、接插件J3的 1引腳連接。第十三電阻R13的另一端和接插件J3的2引腳、-15V電壓轉換電路的輸出端連接。第十濾波電容C18的一端和-15V電壓轉換電路的輸出端連接，第十濾波電容C18的另一端接地。處理器模塊采用ARM內核的處理器LPC2368FBD100，其11引腳、14引腳、31引腳、 41引腳、55引腳、72引腳、83引腳、97引腳均接地，10引腳、12引腳、13引腳、28引腳、42引腳、54引腳、71引腳、84引腳、96引腳和3. 3V電壓轉換電路連接。其余腳均接地。本發明和現有技術相比，具有以下優點
1.支持多種基表通信接口。本數據采集器包括RS485、M-Bus、ZigBee無線通信等接口， 支持市場上絕大多數的遠傳計量基表，給用戶提供了更廣的基表選擇范圍。并且總線和無線方式相結合，不受部署地空間的限制。2.數據通信能力強、網絡覆蓋范圍廣。本數據采集器采用GPRS網絡實現與遠程監測中心的通信，具有功耗小、成本低、網絡容量大的特點。3.數據處理能力強，升級潛力大。本數據采集器采用ARM7內核高性能處理器，數據處理能力強。并且處理器片上外設豐富，具有升級潛力大的特點。4.設備環境適應性強。本數據采集器各部件均采用符合工業級標準的器件，充分考慮防潮、防腐等因素，使得系統在惡劣環境條件下具有較強的適應能力。
圖1為本發明的結構示意圖2為本發明中的電源管理模塊電路圖； 圖3為本發明中的ZigBee無線模塊接口圖； 圖4為本發明中的RS485模塊電路圖； 圖5為本發明中的GPRS模塊電路圖； 圖6為本發明中的M-Bus模塊原理圖； 圖7為本發明中的處理器模塊原理圖； 圖8為本發明一具體實施例的整體構架示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述。如圖1所示，本發明包括電源管理模塊1、GPRS模塊MC!35i 2、M_Bus模塊3、ZigBee無線模塊HZ2012 4、RS485模塊5以及處理器模塊6。其中，
電源管理模塊1包括降壓整流電路1-1，用于將輸入220V工頻交流電整流為2*18V直流電供給-15V電壓轉換電路1-2、+15V電壓轉換電路1-3 ；-15V電壓轉換電路1_2的核心為電源穩壓芯片LM7915，用于將降壓整流電路1-1的輸出電壓轉換為-15V電壓供給M_bus 模塊3 ；+15V電壓轉換電路1-3的核心為電源穩壓芯片LM2576，用于將降壓整流電路1_1 的輸出電壓轉換為+15V電壓供給M-Bus模塊3和5V電壓轉換電路1_4 ；5V電壓轉換電路 1-4的核心為電源穩壓芯片LM2596S，5V電壓轉換電路1_4將5V電壓供給GPRS模塊MC35i 2和3. 3V電壓轉換電路1-5 ；3. 3V電壓轉換電路1_5的核心為電源穩壓芯片SPXl 117-3. 3， 3. 3V電壓轉換電路1-5將3. 3V電壓供給ZigBee無線模塊HZ20124、RS485模塊5和處理器模塊6。GPRS模塊MC35i 2，用于數據采集器和監測中心間的通信，通過UARTO與處理器模塊6連接。M-Bus模塊3，用于數據采集器和M-Bus遠傳基表間的通信，通過UART3和處理器模塊6連接。ZigBee無線通信模塊HZ20124，用于實現數據采集器和ZigBee遠傳基表間的通信，通過UARTl和處理器模塊6連接。RS485模塊5核心為RS485驅動器SP!M85，用于實現數據采集器和RS485遠傳基表間的通信，通過UART2和處理器模塊6連接。處理器模塊6采用ARM內核的處理器LPC2368FBD100，LPC2368FBD100用于控制 M-Bus模塊3、ZigBee模塊HZ2012 4、RS485模塊5和處理器模塊6間的通信，并將采集到的數據經過分析處理后通過控制GPRS模塊MC35i 2傳輸至監測中心。如圖2所示，電源管理模塊包括降壓整流電路、+15V電壓轉換電路、-15V電壓轉換電路、5V電壓轉換電路和3. 3V電壓轉換電路。其中，降壓整流電路包括一個規格為輸入 220V工頻交流電壓輸出2*18V直流電壓的帶中心抽頭變壓器Tl，一個橋堆BDl ；+15V電壓轉換電路包括2個極性電容Cl、C6，一個電感Li，一個穩壓二極管Dl和一片電源穩壓芯片 VRl LM2576 ；-15V電壓轉換電路包括2個極性電容C2、C4，2個濾波電容C3、C5和一片電源管理芯片VR2 LM7915 ； 5V電壓轉換電路包括2個極性電容C7、C8，一個電感L2，一個穩壓二極管D2和一片電源管理芯片VR3 LM2596S ；3. 3V電壓轉換電路包括2個濾波電容C9、C12， 2個極性電容CIO、C11，一個發光二極管DSl和一片電源穩壓芯片VR4 SPXl 117-3. 3。帶中心抽頭變壓器Tl的中心抽頭接地，初級線圈輸入220V工頻交流電壓，次級線圈與橋堆BDl的交流端連接。橋堆BDl的正極和+15V電壓轉換電路連接，橋堆BDl的負極和-15V電壓轉換電路連接；
+15V電壓轉換電路中第一極性電容Cl的正極和電源管理芯片LM2576的1引腳、降壓整流電路中橋堆BDl的正極連接，第一極性電容Cl的負極接地，電源管理芯片LM2576的3 引腳、5引腳接地，電源管理芯片LM2576的4引腳和第一電感Ll的一端、第二極性電容C6 的正極連接，電源管理芯片LM2576的2引腳和第一電感Ll的另一端連接、第一穩壓二極管 Dl的陰極連接，第一穩壓二極管Dl的陽極接地，第二極性電容C6的負極接地。-15V電壓轉換電路中第三極性電容C2的正極和降壓整流電路中帶中心抽頭變壓器Tl的中心抽頭、第一濾波電容C3的一端、電源管理芯片LM7915的GND腳、第四極性電容C4的正極和第二濾波電容C5的一端接地，第三極性電容C2的負極與降壓整流電路中橋堆 BDl的負極、第一濾波電容C3的另一端和電源管理芯片VR2 LM7915的Vin引腳連接，電源管理芯片VR2 LM7915的Vout引腳與第四極性電容C4的負極、第二濾波電容C5的另一端連接。5V電壓轉換電路中第五極性電容C7的正極和+15V電壓轉換電路的輸出端、電源管理芯片VR3 LM2596S的1引腳連接，第五極性電容C7的負極、電源管理芯片LM2596S的3 引腳、電源管理芯片LM2596S的5引腳、第二穩壓二極管D2的陽極和第六極性電容C8的負極接地，電源管理芯片LM2596S的4引腳和電感L2的一端、第六極性電容C8的正極連接， 電源管理芯片LM2596S的2引腳和第二電感L2的另一端連接、第二穩壓二極管D2的陰極接地。3. 3V電壓轉換電路中的第三濾波電容C9的一端與5V電壓轉換電路的輸出端、 第七極性電容ClO的正極、電源管理芯片SPX1117-3. 3的3引腳連接，第三濾波電容C9 的另一端和第七極性電容ClO的負極、電源管理芯片SPX1117-3. 3的1引腳、第八極性電容Cll的陰極、第四濾波電容C12的另一端和發光二極管DSl的陰極接地，電源管理芯片 SPXl 117-3. 3的2引腳與第二極性電容Cll的正極、第二濾波電容C12的一端、發光二極管 DSl的陽極連接。如圖3所示，ZigBee無線模塊HZ2012的13引腳、15引腳、17引腳和3. 3V電壓轉換電路的輸出端連接，ZigBee無線模塊HZ2012的21引腳、23引腳、25引腳、27引腳均接地， ZigBee無線模塊的18引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的62引腳連接，ZigBee 無線模塊的20引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的63引腳連接，ZigBee無線模塊的其余引腳均懸空。如圖4所示，RS485模塊包括驅動器SP;3485、第一電阻R1、第二電阻R2、接插件 J1。驅動器SP;3485的1引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的49引腳連接，驅動器SP;3485的4引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的48引腳連接，驅動器SP!M85 的3引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的46引腳連接，驅動器SP!M85的5引腳接地，驅動器SP3485的8引腳與第一電阻Rl的一端、3. 3V電壓轉換電路的輸出端連接，驅動器SP3485的6引腳與第一電阻Rl的另一端、接插件Jl的1引腳連接，驅動器SP3485的 7引腳與第二電阻R2的一端、接插件Jl的2引腳連接，第二電阻R2的另一端接地。如圖5所示，GPRS模塊電路包括GPRS模塊MC35i和二極管D3。GPRS模塊MC35i 的18引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的99引腳連接，MC35i的19引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的98引腳連接，MC35i的6引腳、7引腳、8引腳、9引腳、10 引腳均接地，二極管D3的陽極和5V電壓轉換電路的輸出連接，二極管D3的陰極和MC35i 的13引腳連接，MC35i的其余引腳均懸空。如圖6所示，M-Bus模塊包括一片RS232收發器MAX3232 U5，6個電容C13、C14、 C15、C16、C17、C18，11 個電阻 R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll、R12、R13，3 個二極管 D4、 D5、D6，3個PNP三極管Ql、Q2、Q3，2個NPN三極管Q4、Q5，1個接插件J3。RS232收發器MAX3232 U5的1引腳和第五濾波電容C13的一端連接，MAX3232的 3引腳和第五濾波電容C13的另一端連接，MAX3232的4引腳和第六濾波電容C14的一端連接，MAX3232的5引腳和第六濾波電容C14的另一端連接，MAX3232的7引腳和第三電阻R3的一端連接，MAX3232的8引腳接和第四電阻R4的一端連接，MAX3232的9引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的6引腳連接，MAX3232的10引腳和處理器模塊中的處理器 LPC2368FBD100的7引腳連接，MAX3232的15引腳和第七濾波電容C15的一端、第八濾波電容C16的一端接地，MAX3232的6引腳和第七濾波電容C15的另一端連接，MAX3232的2引腳和第八濾波電容C16的另一端連接，MAX3232的16引腳與3. 3V電壓轉換電路的輸出端連接。第九濾波電容C17的一端和+15V電壓轉換電路的輸出段、第一 PNP三極管Ql的發射極、第五電阻R5的一端、第六電阻R6的一端連接，第九濾波電容C17的另一端接地。第
一PNP三極管Ql的基極和第六電阻R6的另一端、第一 NPN三極管Q4的集電極連接，第一 PNP三極管Ql的集電極和第四二極管D6的陽極、第二 PNP三極管Q2的基極、第七電阻R7 的一端連接。第四二極管D6的陰極和第二 PNP三極管Q2的發射極、第三電阻R3的另一端連接。第二 PNP三極管Q2的集電極和第七電阻R7的另一端、-15V電壓轉換電路的輸出端連接。第四電阻R4的另一端和第二二極管D4的陽極、第三PNP三極管Q3的基極、第八電阻R8的一端連接。第二二極管D4的陰極和第三PNP三極管Q3的發射極接地。第三PNP三極管Q3的集電極和第九電阻R9的一端連接。第八電阻R8的另一端和-15V電壓轉換的輸出端連接。第十電阻RlO的一端接地，第十電阻RlO的另一端和第十一電阻Rll的一端、第
二NPN三極管Q5的基極連接。第十一電阻Rll的另一端和第三二極管D5的陽極連接。第三二極管D5的陰極和-15V電壓轉換電路的輸出端連接。第二 NPN三極管Q5的集電極和第一 NPN三極管的基極、第五電阻R5的另一端連接，第二 NPN三極管Q5的發射極與第九電阻R9的另一端、第十二電阻R12的一端連接。第十二電阻R12的另一端和-15V電壓轉換電路的輸出端連接。第一 NPN三極管Q4的發射極與第十三電阻R13的一端、接插件J3的 1引腳連接。第十三電阻R13的另一端和接插件J3的2引腳、-15V電壓轉換電路的輸出端連接。第十濾波電容C18的一端和-15V電壓轉換電路的輸出端連接，第十濾波電容C18的另一端接地。圖7為本發明中處理器模塊。處理器模塊采用ARM內核的處理器LPC2368FBD100， 其11引腳、14引腳、31引腳、41引腳、55引腳、72引腳、83引腳、97引腳均接地，10引腳、12 引腳、13引腳、28引腳、42引腳、54引腳、71引腳、84引腳、96引腳和3. 3V電壓轉換電路連接。其余腳均接地。圖8為本發明一具體實施例的整體構架示意圖。整個監測建筑物中分布有若干個監測子網7。監測子網7中包含數據采集器8，以及通過RS485總線11和數據采集器8連接的遠傳計量基表13、通過M-Bus總線12和數據采集器8連接的遠傳計量基表14、通過 ZigBee無線網絡15和數據采集器8連接的遠傳計量基表10。數據采集器8通過總線或者無線方式實現與各能耗分項計量基表間的通信，分析和處理數據后使用數據采集器8的 GPRS模塊9通過網絡16傳輸到監測中心17。監測中心17接收并存儲能耗數據，通過分析和處理后展示給用戶，并可通過數據管理功能供用戶查詢歷史能耗數據。本發明的工作過程為
可用于大型公建能耗監測系統的數據采集器的工作過程如下數據采集器通過總線或者ZigBee無線方式控制和各能耗分項計量基表間的通信，數據采集器處理采集到的分項能耗數據后可通過GPRS模塊將數據傳輸至遠程監測中心，并且數據采集器也可以通過 GPRS模塊接收監測中心發出的命令。監測中心通過數據管理功能對數據進行管理，可實時展示數據給用戶，或者提供歷史數據查詢服務。
權利要求
1.用于大型公建能耗監測系統的數據采集器，包括電源管理模塊、GPRS模塊MC35i、 M-Bus模塊、ZigBee無線模塊HZ2012、RS485模塊以及處理器模塊，其特征在于電源管理模塊包括降壓整流電路，用于將輸入工頻交流電整流為直流電供給-15V 電壓轉換電路、+15V電壓轉換電路；-15V電壓轉換電路將降壓整流電路的輸出電壓轉換為-15V電壓供給M-bus模塊；+15V電壓轉換電路將降壓整流電路的輸出電壓轉換為+15V 電壓供給M-Bus模塊和5V電壓轉換電路；5V電壓轉換電路將5V電壓供給GPRS模塊MC35i 和3. 3V電壓轉換電路將3. 3V電壓供給ZigBee無線模塊HZ20124、RS485模塊和處理器模塊；GPRS模塊MC35i，用于數據采集器和監測中心間的通信，通過UARTO與處理器模塊6連接；M-Bus模塊，用于數據采集器和M-Bus遠傳基表間的通信，通過UART3和處理器模塊連接；ZigBee無線通信模塊HZ20124，用于實現數據采集器和ZigBee遠傳基表間的通信，通過UARTl和處理器模塊連接；RS485模塊核心為RS485驅動器SP!M85，用于實現數據采集器和RS485遠傳基表間的通信，通過UART2和處理器模塊連接；處理器模塊采用ARM內核的處理器LPC2368FBD100，LPC2368FBD100用于控制M-Bus模塊、ZigBee模塊HZ20124、RS485模塊和處理器模塊間的通信，并將采集到的數據經過分析處理后通過控制GPRS模塊MC35i傳輸至監測中心；所述的降壓整流電路包括變壓器Tl，一個橋堆BDl ；+15V電壓轉換電路包括2個極性電容Cl、C6，一個電感Li，一個穩壓二極管Dl和一片電源穩壓芯片VRl LM2576 ；-15V電壓轉換電路包括2個極性電容C2、C4，2個濾波電容C3、C5和一片電源管理芯片VR2 LM7915 ； 5V電壓轉換電路包括2個極性電容C7、C8，一個電感L2，一個穩壓二極管D2和一片電源管理芯片VR3 LM2596S ；3. 3V電壓轉換電路包括2個濾波電容C9、C12，2個極性電容C10、C11， 一個發光二極管DSl和一片電源穩壓芯片VR4 SPXl 117-3. 3 ；帶中心抽頭變壓器Tl的中心抽頭接地，初級線圈輸入220V工頻交流電壓，次級線圈與橋堆BDl的交流端連接，橋堆BDl的正極和+15V電壓轉換電路連接，橋堆BDl的負極和-15V 電壓轉換電路連接；+15V電壓轉換電路中第一極性電容Cl的正極和電源管理芯片LM2576的1引腳、降壓整流電路中橋堆BDl的正極連接，第一極性電容Cl的負極接地，電源管理芯片LM2576的3 引腳、5引腳接地，電源管理芯片LM2576的4引腳和第一電感Ll的一端、第二極性電容C6 的正極連接，電源管理芯片LM2576的2引腳和第一電感Ll的另一端連接、第一穩壓二極管 Dl的陰極連接，第一穩壓二極管Dl的陽極接地，第二極性電容C6的負極接地；-15V電壓轉換電路中第三極性電容C2的正極和降壓整流電路中帶中心抽頭變壓器Tl 的中心抽頭、第一濾波電容C3的一端、電源管理芯片LM7915的GND腳、第四極性電容C4的正極和第二濾波電容C5的一端接地，第三極性電容C2的負極與降壓整流電路中橋堆BDl 的負極、第一濾波電容C3的另一端和電源管理芯片VR2 LM7915的Vin引腳連接，電源管理芯片VR2 LM7915的Vout引腳與第四極性電容C4的負極、第二濾波電容C5的另一端連接； 5V電壓轉換電路中第五極性電容C7的正極和+15V電壓轉換電路的輸出端、電源管理芯片VR3 LM2596S的1引腳連接，第五極性電容C7的負極、電源管理芯片LM2596S的3引腳、電源管理芯片LM2596S的5引腳、第二穩壓二極管D2的陽極和第六極性電容C8的負極接地，電源管理芯片LM2596S的4引腳和電感L2的一端、第六極性電容C8的正極連接，電源管理芯片LM2596S的2引腳和第二電感L2的另一端連接、第二穩壓二極管D2的陰極接地；·3. 3V電壓轉換電路中的第三濾波電容C9的一端與5V電壓轉換電路的輸出端、第七極性電容ClO的正極、電源管理芯片SPX1117-3. 3的3引腳連接，第三濾波電容C9的另一端和第七極性電容ClO的負極、電源管理芯片SPX1117-3. 3的1引腳、第八極性電容Cll的陰極、第四濾波電容C12的另一端和發光二極管DSl的陰極接地，電源管理芯片SPX1117-3. 3 的2引腳與第二極性電容Cll的正極、第二濾波電容C12的一端、發光二極管DSl的陽極連接；ZigBee無線模塊HZ2012的13引腳、15引腳、17引腳和3. 3V電壓轉換電路的輸出端連接，ZigBee無線模塊HZ2012的21引腳、23引腳、25引腳、27引腳均接地，ZigBee無線模塊的18引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的62引腳連接，ZigBee無線模塊的20 引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的63引腳連接，ZigBee無線模塊的其余引腳均懸空；RS485模塊包括驅動器SP;3485、第一電阻Rl、第二電阻R2、接插件Jl，驅動器SP!M85 的1引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的49引腳連接，驅動器SP!M85的4引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的48引腳連接，驅動器SP!M85的3引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的46引腳連接，驅動器SP!M85的5引腳接地，驅動器SP!M85 的8引腳與第一電阻Rl的一端、3. 3V電壓轉換電路的輸出端連接，驅動器SP3485的6引腳與第一電阻Rl的另一端、接插件Jl的1引腳連接，驅動器SP3485的7引腳與第二電阻R2 的一端、接插件Jl的2引腳連接，第二電阻R2的另一端接地；GPRS模塊電路包括GPRS模塊MC35i和二極管D3，GPRS模塊MC35i的18引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的99引腳連接，MC35i的19引腳和處理器模塊中處理器 LPC2368FBD100的98引腳連接，MC35i的6引腳、7引腳、8引腳、9引腳、10引腳均接地，二極管D3的陽極和5V電壓轉換電路的輸出連接，二極管D3的陰極和MC35i的13引腳連接， MC35i的其余引腳均懸空；M-Bus 模塊包括一片 RS232 收發器 MAX3232 U5，6 個電容 C13、C14、C15、C16、C17、C18， 11 個電阻 R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll、R12、R13, 3 個二極管 D4、D5、D6, 3 個 PNP 三極管Q1、Q2、Q3，2個NPN三極管Q4、Q5，1個接插件J3 ；RS232收發器MAX3232 U5的1引腳和第五濾波電容C13的一端連接，MAX3232的3引腳和第五濾波電容C13的另一端連接，MAX3232的4引腳和第六濾波電容C14的一端連接， MAX3232的5引腳和第六濾波電容C14的另一端連接，MAX3232的7引腳和第三電阻R3的一端連接，MAX3232的8引腳接和第四電阻R4的一端連接，MAX3232的9引腳和處理器模塊中處理器LPC2368FBD100的6引腳連接，MAX3232的10引腳和處理器模塊中的處理器 LPC2368FBD100的7引腳連接，MAX3232的15引腳和第七濾波電容C15的一端、第八濾波電容C16的一端接地，MAX3232的6引腳和第七濾波電容C15的另一端連接，MAX3232的2 引腳和第八濾波電容C16的另一端連接，MAX3232的16引腳與3. 3V電壓轉換電路的輸出端連接，第九濾波電容C17的一端和+15V電壓轉換電路的輸出段、第一 PNP三極管Ql的發射極、第五電阻R5的一端、第六電阻R6的一端連接，第九濾波電容C17的另一端接地，第一 PNP三極管Ql的基極和第六電阻R6的另一端、第一 NPN三極管Q4的集電極連接，第一 PNP 三極管Ql的集電極和第四二極管D6的陽極、第二 PNP三極管Q2的基極、第七電阻R7的一端連接，第四二極管D6的陰極和第二 PNP三極管Q2的發射極、第三電阻R3的另一端連接， 第二 PNP三極管Q2的集電極和第七電阻R7的另一端、-15V電壓轉換電路的輸出端連接，第四電阻R4的另一端和第二二極管D4的陽極、第三PNP三極管Q3的基極、第八電阻R8的一端連接，第二二極管D4的陰極和第三PNP三極管Q3的發射極接地，第三PNP三極管Q3的集電極和第九電阻R9的一端連接，第八電阻R8的另一端和-15V電壓轉換的輸出端連接， 第十電阻RlO的一端接地，第十電阻RlO的另一端和第十一電阻Rll的一端、第二 NPN三極管Q5的基極連接，第十一電阻Rll的另一端和第三二極管D5的陽極連接，第三二極管D5 的陰極和-15V電壓轉換電路的輸出端連接，第二 NPN三極管Q5的集電極和第一 NPN三極管的基極、第五電阻R5的另一端連接，第二 NPN三極管Q5的發射極與第九電阻R9的另一端、第十二電阻R12的一端連接，第十二電阻R12的另一端和-15V電壓轉換電路的輸出端連接，第一 NPN三極管Q4的發射極與第十三電阻R13的一端、接插件J3的1引腳連接，第十三電阻R13的另一端和接插件J3的2引腳、-15V電壓轉換電路的輸出端連接，第十濾波電容C18的一端和-15V電壓轉換電路的輸出端連接，第十濾波電容C18的另一端接地；處理器模塊采用ARM內核的處理器LPC2368FBD100，其11引腳、14引腳、31引腳、41引腳、55引腳、72引腳、83引腳、97引腳均接地，10引腳、12引腳、13引腳、28引腳、42引腳、54 引腳、71引腳、84引腳、96引腳和3. 3V電壓轉換電路連接，其余腳均接地。
全文摘要
本發明提出了用于大型公建能耗監測系統的數據采集器，整個監測建筑物中分布有若干個監測子網。監測子網中包含數據采集器，以及通過RS485總線和數據采集器連接的遠傳計量基表、通過M-Bus總線和數據采集器連接的遠傳計量基表，通過ZigBee無線網絡和數據采集器連接的遠傳計量基表。數據采集器通過總線或者無線方式實現與各能耗分項計量基表間的通信，分析和處理數據后使用數據采集器的GPRS模塊通過網絡傳輸到監測中心。監測中心接收并存儲能耗數據，通過分析和處理后展示給用戶，并可通過數據管理功能供用戶查詢歷史能耗數據。本發明數據通信能力和數據處理能力強，設備環境適應性強。
文檔編號G08C19/00GK102346960SQ201110328759
公開日2012年2月8日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者吳斌, 蔣鵬 申請人:杭州電子科技大學