專利名稱：用于建筑能耗計量與環(huán)境監(jiān)測的無線嵌入式網(wǎng)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種網(wǎng)關(guān)技術(shù)，尤其涉及一種用于建筑能耗計量與環(huán)境監(jiān)測的無
線嵌入式網(wǎng)關(guān)技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，節(jié)能與環(huán)保問題已成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時必須重點考慮的一個關(guān)鍵問題。目前我國建筑能耗占全社會能耗27%以上，單位建筑面積能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家水平。能源計量是實現(xiàn)建筑節(jié)能的前提，而準(zhǔn)確的計量設(shè)備是實現(xiàn)能源計量的基礎(chǔ)，建筑物能耗標(biāo)準(zhǔn)的制定、能耗的評估、節(jié)能的運行管理及節(jié)能效果的評估都離不開準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。然而，由于對建筑能耗的監(jiān)測、診斷、分析技術(shù)較為缺乏，對建筑物能源系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)能耗情況的認(rèn)識還不夠清楚，這已成為制約建筑節(jié)能改造的一個突出問題。 現(xiàn)在國內(nèi)的數(shù)據(jù)采集器主要有兩大類一類是將數(shù)據(jù)采集后直接傳輸給數(shù)據(jù)中心，由數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲和分析；另一類是將現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并進(jìn)行簡單存儲。這些數(shù)據(jù)采集器大都需要現(xiàn)場進(jìn)行配置和維護(hù)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能簡單、可靠性低、兼容儀表少。樓宇監(jiān)控系統(tǒng)中除需要采集電表數(shù)據(jù)外，還需對多種不同接口的儀表進(jìn)行采集，因此開發(fā)接口豐富、功能強大、兼容性好的數(shù)據(jù)采集裝置是樓宇智能化的需要。[0004] 傳統(tǒng)測控系統(tǒng)現(xiàn)場控制層的控制器與傳感器大多是通過有線方式電氣連接，受到了結(jié)構(gòu)布局和走線的限制。近年來，通信技術(shù)的普及、電子技術(shù)的進(jìn)步為數(shù)據(jù)采集，特別是遠(yuǎn)程抄表技術(shù)的發(fā)展提供了有利條件，在無線抄表方面，比較常用的是基于短消息的抄表系統(tǒng)，它一般是利用GSM (Global System for MobileCommunication，全球移動通信系統(tǒng))短信息模塊將電表信息通過GSM公用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。但由于GSM網(wǎng)絡(luò)信號受終端信號強弱、設(shè)備所處位置影響較大，信息傳輸延遲和丟包的問題降低了系統(tǒng)的可靠性和實時性，無法確?，F(xiàn)場設(shè)備的安全運行，因此，現(xiàn)場采集裝置除了數(shù)據(jù)采集外，還需要實時監(jiān)控的能力。此外，很多數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不但數(shù)據(jù)采集量大，還需要對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、診斷，對實時性、可靠性的要求要比一般遠(yuǎn)程抄表高，如對建筑物內(nèi)的能量管理和環(huán)境監(jiān)測建。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于建筑能耗計量與環(huán)境監(jiān)測的無線嵌入式網(wǎng)關(guān)，可以采集多種不同類型的數(shù)據(jù)，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時處理，便于現(xiàn)場監(jiān)控和分析。 本實用新型為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種用于建筑能耗計量與環(huán)境監(jiān)測的無線嵌入式網(wǎng)關(guān)，所述網(wǎng)關(guān)包括CPU模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊，所述網(wǎng)絡(luò)通信模塊通過總線和所述CPU模塊相連并提供網(wǎng)絡(luò)接口，其中，所述網(wǎng)關(guān)還包括多種類型的數(shù)據(jù)采集模塊，每個數(shù)據(jù)采集模塊通過總線和所述CPU模塊相連，不同類型的數(shù)據(jù)采集模塊提供不同的現(xiàn)場設(shè)備接口 ；多個數(shù)據(jù)服務(wù)模塊，通過網(wǎng)絡(luò)通信接口為用戶提供定制數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)服務(wù)模塊分別和嵌入式數(shù)據(jù)庫相連，并通過嵌入式數(shù)據(jù)庫存取數(shù)據(jù)。 上述的多協(xié)議數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，其中，所述多個數(shù)據(jù)采集模塊包括提供串口的多協(xié)議數(shù)據(jù)采集模塊、提供ADC電路接口標(biāo)準(zhǔn)模擬信號采集模塊、提供開關(guān)量接口的開關(guān)量10復(fù)用模塊和連接在串口上提供無線通信接口的Zigbee無線傳輸模塊。 上述的多協(xié)議數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，其中，所述多個數(shù)據(jù)服務(wù)模塊包括嵌入式網(wǎng)頁服務(wù)器模塊、嵌入式圖形顯示模塊和UDP數(shù)據(jù)上傳模塊。 本實用新型對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果本實用新型提供的用于建筑能耗計量與環(huán)境監(jiān)測的無線嵌入式網(wǎng)關(guān)，可以采集多種不同類型的數(shù)據(jù)，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時處理，便于現(xiàn)場監(jiān)控和分析。此外，本實用新型提供的多協(xié)議數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)兼具數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)中心的功能，可自成系統(tǒng)，也可以根據(jù)需要和上位數(shù)據(jù)中心靈活組網(wǎng)。

圖1是本實用新型的無線嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)示意圖；[0011] 圖2是本實用新型的無線嵌入式網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖；[0012] 圖3是本實用新型的無線嵌入式網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)示意圖。圖中11網(wǎng)關(guān)12現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)儀表 1314第一 Zigbee模塊15現(xiàn)場10設(shè)備21嵌入式網(wǎng)頁服務(wù)器模塊22嵌入式圖形顯示模塊23UDP數(shù)據(jù)上傳模塊24嵌入式數(shù)據(jù)庫25開關(guān)量io復(fù)用模塊26多協(xié)議數(shù)據(jù)采集模塊27標(biāo)準(zhǔn)模擬信號采集模塊28第二 Zigbee模塊31現(xiàn)場設(shè)備32本地用戶33數(shù)據(jù)中心34遠(yuǎn)程用戶
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步的描述。[0023] 圖1是本實用新型的無線嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)示意圖。 請參見圖l，本實用新型提供的網(wǎng)關(guān)11采用嵌入式硬件平臺，所述嵌入式硬件平臺包括CPU模塊和外圍電路。其中，CPU模塊采用Samsung的S3C2440 ARM CPU芯片，外圍電路包括64M 128M NAND FLASH組成的存儲電路、復(fù)位電路、時鐘電路、供電模塊以及外圍接口模塊。外圍接口模塊包括網(wǎng)絡(luò)通信電路模塊、串口電路模塊、ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)電路模塊、開關(guān)量10電路模塊。 圖2是本實用新型的無線嵌入式網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。 請同時參見圖1和圖2，本實用新型提供的網(wǎng)關(guān)11采用模塊化系統(tǒng)構(gòu)架，上述嵌入式硬件平臺劃分成CPU模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊和多種類型的數(shù)據(jù)采集模塊。所述網(wǎng)絡(luò)通信模塊和多種類型的數(shù)據(jù)采集模塊通過總線和所述CPU模塊相連，網(wǎng)絡(luò)通信模塊提供網(wǎng)絡(luò)接口和Internet網(wǎng)絡(luò)13相連，其中，多種類型的數(shù)據(jù)采集模塊包括開關(guān)量10復(fù)用模塊25，提供開關(guān)量接口和現(xiàn)場10設(shè)備15相連，采集開關(guān)量；多協(xié)議數(shù)據(jù)采集模塊26，提供串口和串行設(shè)備相連，如和第一 Zigbee模塊14相連；標(biāo)準(zhǔn)模擬信號采集模塊27，提供ADC電路接口和現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)儀表12相連，采集模擬信號。為了實現(xiàn)無線通信功能，網(wǎng)關(guān)11可以在串口上內(nèi)置連接第二 Zigbee模塊28，通過第二 Zigbee模塊28提供無線通信接口 。也就是說，對于串口連接，主機(網(wǎng)關(guān))與從機(現(xiàn)場設(shè)備)的物理連接有三種方式(l)通過物理層RS485/RS232總線直連；(2)從機間通過RS485/RS232總線并聯(lián)至Zigbee無線收發(fā)模塊，主機與Zigbee收發(fā)模塊相連，主從機通過Zigbee無線模塊進(jìn)行通信；(3)主從機通過標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號的載體——雙絞線進(jìn)行直連。 此外，所述網(wǎng)關(guān)11還包括嵌入式數(shù)據(jù)庫24和多個數(shù)據(jù)服務(wù)模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)服務(wù)模塊通過所述嵌入式數(shù)據(jù)庫24交換數(shù)據(jù)。多個數(shù)據(jù)服務(wù)模塊包括Boa嵌入式網(wǎng)頁服務(wù)器模塊21、 GD嵌入式圖形顯示模塊22和UDP數(shù)據(jù)上傳模塊23，多個數(shù)據(jù)服務(wù)模塊通過網(wǎng)絡(luò)通信接口和數(shù)據(jù)中心，本地用戶及遠(yuǎn)程用戶相連。[0028] 圖3是本實用新型的無線嵌入式網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)示意圖。 本實用新型提供的無線嵌入式網(wǎng)關(guān)兼具數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)中心的功能，可自成系統(tǒng)，也可以根據(jù)需要和上位數(shù)據(jù)中心繼續(xù)靈活組網(wǎng)。請參見圖3，本實用新型采用上述網(wǎng)關(guān)進(jìn)行采集處理數(shù)據(jù)的過程如下 首先，網(wǎng)關(guān)11作為上位機(主機)，現(xiàn)場設(shè)備31作為下位機(從機)，現(xiàn)場設(shè)備31包括智能電表及各類傳感器，采集網(wǎng)關(guān)11通過其多種類型的現(xiàn)場設(shè)備接口可手拉手連接多個下位機采集數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)通信接口接入局域網(wǎng)或Internet網(wǎng)絡(luò)。例如(1)使用多協(xié)議數(shù)據(jù)采集模塊26，通過串口和單相和三相多功能電表相連，采用DLT-645協(xié)議或Modbus協(xié)議讀取數(shù)據(jù)，并將讀取的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫；(2)通過標(biāo)準(zhǔn)模擬信號采集模塊27和現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)儀表12相連，標(biāo)準(zhǔn)模擬信號轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將儀表標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)化為0 3. 3V的信號，送入AD轉(zhuǎn)換電路，S3C2440芯片通過AD驅(qū)動程序讀取數(shù)據(jù)，量程轉(zhuǎn)化并進(jìn)行處理后并存入數(shù)據(jù)庫；(3)通過開關(guān)量I0復(fù)用模塊25，對設(shè)備狀態(tài)的開關(guān)量進(jìn)行讀取并存儲，并按控制工藝要求對一些設(shè)備進(jìn)行控制；(4)通過Zigbee無線傳輸模塊28，使多協(xié)議網(wǎng)關(guān)與支持RS485/RS232接口的現(xiàn)場儀表及多功能電表進(jìn)行無線通信。由于不同串口設(shè)備往往具有不同的波特率，網(wǎng)關(guān)11的S3C2440ARM CPU芯片的兩個1/0端口分別與Zigbee無線收發(fā)器的配置端口和重啟端口電氣相連，通過程序?qū)@兩個1/0端口進(jìn)行控制，實現(xiàn)了對Zigbee無線收發(fā)器的運行模式的設(shè)定，使網(wǎng)關(guān)能夠通過串口經(jīng)Zigbee無線收發(fā)器對不同波特率的信道數(shù)據(jù)進(jìn)行輪詢采集。 其次，采集網(wǎng)關(guān)11依次調(diào)度各個數(shù)據(jù)采集模塊，即對從機電計量一次儀表和傳感器進(jìn)行輪詢采集，各種數(shù)據(jù)采集模塊使用不同的協(xié)議，因此可以兼容DL-T645協(xié)議、MODBUSRTU協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號，其中電表數(shù)據(jù)通過DL-T645協(xié)議采集，環(huán)境數(shù)據(jù)如C02濃度、溫度、濕度、光照度通過Modbus協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)模擬量數(shù)據(jù)采集。 接著，采集網(wǎng)關(guān)11對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、糾錯、驗證，出錯則丟棄重新采集；正確則對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如對模擬信號進(jìn)行量程轉(zhuǎn)化，并將數(shù)據(jù)存入Sqlite嵌入式數(shù)據(jù)庫24;同時采集網(wǎng)關(guān)11還可以對采集到的各類數(shù)據(jù)分析、處理、轉(zhuǎn)儲等，對不正常的狀態(tài)進(jìn)行報警；具體采樣狀態(tài)設(shè)置參數(shù)，如采集頻率，模擬量上下限報警參數(shù)還可以根據(jù)現(xiàn)場需要通過CGI(通用網(wǎng)關(guān)接口)程序在線設(shè)置。 然后，采集網(wǎng)關(guān)11調(diào)用多個數(shù)據(jù)服務(wù)模塊，比如調(diào)用Boa嵌入式網(wǎng)頁服務(wù)器模塊21，架設(shè)基于B/S架構(gòu)的Web Server,使本地用戶32和遠(yuǎn)程用戶34對本地數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，能以表格、圖形形式顯示采集的數(shù)據(jù)；調(diào)用GD嵌入式圖形顯示模塊22，將數(shù)據(jù)庫中的電表歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)以趨勢圖的形式進(jìn)行直觀顯示；上述調(diào)用可以采用用戶請求的中斷模式，也可以根據(jù)定制信息，采用定時中斷進(jìn)行調(diào)用。網(wǎng)關(guān)11調(diào)用嵌入式圖形顯示模塊22對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線顯示，可用于數(shù)據(jù)的相關(guān)性和異常值分析。具體實現(xiàn)方法是CGI程序調(diào)用移植到ARM的GD圖形軟件包繪制曲線，然后將圖形嵌在網(wǎng)頁中返回給用戶。本網(wǎng)關(guān)顯示實時采集的電表數(shù)據(jù)和環(huán)境參數(shù)的主要步驟為創(chuàng)建一變量存放空白圖像_ >匹配圖形的顏色- >為圖像填充以上顏色_ 〉調(diào)用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)繪制png格式實時采集曲線- >破壞圖像流以釋放內(nèi)存。 最后，如果系統(tǒng)配置了上位數(shù)據(jù)中心，采集網(wǎng)關(guān)ll還可以通過UDP數(shù)據(jù)上傳模塊23向數(shù)據(jù)中心33轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)；上位數(shù)據(jù)中心的配置參數(shù)，如數(shù)據(jù)中心的IP地址也通過CGI程序在線設(shè)置，實現(xiàn)將采集到的數(shù)據(jù)對指定IP地址的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行發(fā)布，使數(shù)據(jù)中心獲取本地的能耗與環(huán)境信息。 綜上所述，本實用新型提供的網(wǎng)關(guān)，具有多種類型的數(shù)據(jù)采集模塊，采用Sqlite數(shù)據(jù)庫24，作為多協(xié)議網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)存儲和處理的核心，具有如下優(yōu)點(l)多種類型的數(shù)據(jù)采集模塊集中在一起，運行穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)采集處理準(zhǔn)確；(2)組網(wǎng)靈活，大小系統(tǒng)均適宜，無線/有線均適合；(3)實時監(jiān)測、即時統(tǒng)計、圖表圖形直觀；(4)系統(tǒng)本身節(jié)能，最大能耗不到10W ;(5)操控方便、易學(xué)，內(nèi)部復(fù)雜性對用戶透明；(6)成本適當(dāng)，伸縮性好，無論規(guī)模大小均在用戶可接受范圍；(7)自成系統(tǒng)，也可按有關(guān)政府部門、機關(guān)要求數(shù)據(jù)格式上報數(shù)據(jù)。 本實用新型提供的網(wǎng)關(guān)及其數(shù)據(jù)采集方法，適用范圍包括(l)政府、機關(guān)、學(xué)校、廠礦、機房、醫(yī)院、商廈等公共建筑的新建或既有建筑物的分項電能消耗實時監(jiān)測和診斷；(2)在建工地的節(jié)能監(jiān)測；(3)市政工程、市政公共設(shè)施的能耗監(jiān)測和管理；(4)空調(diào)機組、高層/小高層建筑的電梯用電監(jiān)測和分析；(5)電力網(wǎng)絡(luò)/區(qū)域用電負(fù)荷及功率因數(shù)監(jiān)測、電網(wǎng)運行穩(wěn)定性監(jiān)測；(6)住宅小區(qū)或獨棟樓宇的節(jié)能監(jiān)測；(7)商用建筑內(nèi)對不同業(yè)主的用電、空調(diào)監(jiān)測，更合理地分?jǐn)偣灿媚苜M用。 雖然本實用新型已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本實用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本實用新型的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求一種用于建筑能耗計量與環(huán)境監(jiān)測的無線嵌入式網(wǎng)關(guān)，包括CPU模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊，所述網(wǎng)絡(luò)通信模塊通過總線和所述CPU模塊相連并提供網(wǎng)絡(luò)接口，其特征在于，所述網(wǎng)關(guān)還包括多種類型的數(shù)據(jù)采集模塊，每個數(shù)據(jù)采集模塊通過總線和所述CPU模塊相連，不同類型的數(shù)據(jù)采集模塊提供不同的現(xiàn)場設(shè)備接口；多個數(shù)據(jù)服務(wù)模塊，通過網(wǎng)絡(luò)通信接口為用戶提供定制數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)服務(wù)模塊分別和嵌入式數(shù)據(jù)庫相連，并通過嵌入式數(shù)據(jù)庫存取數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于建筑能耗計量與環(huán)境監(jiān)測的無線嵌入式網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述多種類型的數(shù)據(jù)采集模塊包括提供串口的多協(xié)議數(shù)據(jù)采集模塊、提供ADC電路接口的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號采集模塊、提供開關(guān)量接口的開關(guān)量10復(fù)用模塊和連接在串口上提供無線通信接口的Zigbee無線傳輸模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于建筑能耗計量與環(huán)境監(jiān)測的無線嵌入式網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述多個數(shù)據(jù)服務(wù)模塊包括嵌入式網(wǎng)頁服務(wù)器模塊、嵌入式圖形顯示模塊和UDP數(shù)據(jù)上傳模塊。
專利摘要一種用于建筑能耗計量與環(huán)境監(jiān)測的無線嵌入式網(wǎng)關(guān)，涉及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，所要解決的是數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能簡單、可靠性低、兼容儀表少的技術(shù)問題；所述網(wǎng)關(guān)包括CPU模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊，所述網(wǎng)絡(luò)通信模塊通過總線和所述CPU模塊相連并提供網(wǎng)絡(luò)接口，其中，所述網(wǎng)關(guān)還包括多種類型的數(shù)據(jù)采集模塊，每個數(shù)據(jù)采集模塊通過總線和所述CPU模塊相連，不同類型的數(shù)據(jù)采集模塊提供不同的現(xiàn)場設(shè)備接口；多個數(shù)據(jù)服務(wù)模塊，通過網(wǎng)絡(luò)通信接口為用戶提供定制數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)服務(wù)模塊分別和嵌入式數(shù)據(jù)庫相連，并通過嵌入式數(shù)據(jù)庫存取數(shù)據(jù)。本實用新型具有可以采集多種不同類型的數(shù)據(jù)，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時處理，便于現(xiàn)場監(jiān)控和分析的特點。
文檔編號G01R21/00GK201550135SQ20092027992
公開日2010年8月11日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者朱瑜, 童建剛, 陳烈 申請人:上海建坤信息技術(shù)有限責(zé)任公司