本實用新型涉及電力系統(tǒng)配電站數據采集技術領域，特別涉及一種一種基于嵌入式核心組件的數據采集服務器及系統(tǒng)。

背景技術：

目前，嵌入式主板一般為嵌入在設備里面做控制、數據處理使用的CPU板。嵌入式主板嵌入到設備里面，就會對主板的體積以及功耗有比較嚴格的要求。所以嵌入式主板會具備尺寸小、高集成度、低功耗等特性。嵌入式主板比較常見的一般有兩大類：基于X86的嵌入式主板以及基于RISC的ARM嵌入式主板。嵌入式的ARM板一般都是板載CPU，而基于x86CPU的主板則不一定。

在一個嵌入式設計、開發(fā)過程中，設計往往走過從想法、到成型，從成型到定型的逐步改進的過程，普遍的做法是設計、線路布線、打板、測試等步驟，制作出可供軟件開發(fā)的嵌入式硬件，每一次改進均非常費時費力，從而使整個設計研發(fā)周期長、成本高。

特別是在配電行業(yè)，環(huán)境非常惡劣，電力控制器設備部署在各個區(qū)域的節(jié)點上，其分布特點非常分散而且數量非常多，所以要求嵌入式設備抗干擾性非常強，同時要求設備穩(wěn)定性非常高、長時間連續(xù)運行、低功耗、低發(fā)熱量、成本低、易維護等特性?，F有的嵌入式設備應用時，需獨立設計配套電路、且應用過程中維護難度大，成本較高。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種一種基于嵌入式核心組件的數據采集服務器及系統(tǒng)，以解決現有的電力系統(tǒng)使用的嵌入式設備需要集成至采集設備中，在獨立設計配套電路過程中及應用維護過程中難度大，成本較高的問題。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種一種基于嵌入式核心組件的數據采集服務器，包括：嵌入式核心組件，所述嵌入式核心組件包括：CPU、內存、eMMC存儲器及自定義標準接口，所述CPU、內存、eMMC存儲器及自定義標準接口封裝在基板上構成一個核心組件整體，其中，所述自定義標準接口用于與數據采集服務器的功能電路底板相連，所述功能電路底板與傳感器和/或表計相連，所述嵌入式核心組件設置于所述數據采集服務器中，所述嵌入式核心組件通過所述功能電路底板采集傳感器和/或表計的數據，并通過所述數據采集服務器與供電網的數據采集策略服務器進行數據交互，所述數據采集策略服務器通過互聯網與供電網的監(jiān)控分中心服務器進行通信。

較佳地，所述核心組件整體外部還設有屏蔽罩，所述屏蔽罩用于將所述CPU、內存、eMMC存儲器、電源管理單元屏蔽在所述屏蔽罩內。

較佳地，所述基板上設有屏蔽架，所述屏蔽架與所述屏蔽罩卡接。

較佳地，所述屏蔽罩的為金屬構成或涂覆了金屬屏蔽層的非金屬構成。

較佳地，所述自定義標準接口包括若干個郵票孔形式的功能接口及通用I/O接口。

較佳地，還包括封裝在所述基板上且與CPU相連的通信接口單元，所述通信接口單元包括至少1個RS-232接口、至少一個RS485接口、WAN接口及LAN接口。

較佳地，所述核心組件整體為8層HDI板結構。

較佳地，還包括：電源管理芯片，所述電源管理芯片與所述CPU、內存、eMMC存儲器及自定義標準接口同時封裝在所述基板上構成一個核心組件整體。

本實用新型還提供了一種基于嵌入式核心組件的數據采集系統(tǒng)，包括至少一個如上所述的數據采集服務器，所述數據采集服務器包括核心組件模塊及與所述核心組件模塊通過自定義標準接口連接的功能電路底板，所述功能電路底板與電力設備的傳感器和/或表計相連，所述數據采集服務器通過所述嵌入式核心組件控制所述功能電路底板采集傳感器和/或表計的數據，所述數據采集服務器與供電網的數據采集策略服務器進行數據交互，所述數據采集策略服務器通過互聯網與供電網的監(jiān)控分中心服務器進行通信。

其中，所述核心組件模塊為一個或多個。

較佳地，所述自定義標準接口與所述功能電路底板焊接相連。

本實用新型還提供了一種電力數據采集控制器，包括至少一個如上所述的嵌入式核心組件，還包括電力設備的功能電路底板，所述功能電路底板與電力設備的傳感器和/或表計相連，所述電力數據采集控制器通過所述嵌入式核心組件控制所述功能電路底板采集傳感器和/或表計的數據，所述電力數據采集控制器與供電網的數據采集服務器進行數據交互，所述數據采集服務器通過互聯網與供電網的監(jiān)控中心服務器進行通信。

較佳地，所述自定義標準接口與所述功能電路底板焊接相連。

本實用新型的一種基于嵌入式核心組件的數據采集服務器及系統(tǒng)具有以下有益效果：

(1)便于擴充外圍電路，靈活實現各種功能，縮短了設計開發(fā)時間，有效地降低了成本；

(2)核心組件郵票孔設計，其與擴充外圍電路的靈活性得到了充分展現的同時，在快速故障診斷、降低維修成本、提高設備的重復使用方面起到了保駕護航的作用；和CPU焊接工藝一樣；

(3)核心組件屏閉罩及散熱的有效控制，能極大的避免信號的相互干擾，有效地阻斷了熱源的傳播，引發(fā)的不穩(wěn)定因素，極大地提高了其可靠性；

(4)出現問題時，封裝集成設計使主板易監(jiān)測。

附圖說明

圖1為本實用新型應用的配電站的電力數據采集系統(tǒng)組成結構圖；

圖2為優(yōu)選實施例的數據采集服務器結構示意圖；

圖3為優(yōu)選實施例提供的嵌入式核心組件組成示意圖；

圖4為優(yōu)選實施例的嵌入式核心組件的屏蔽罩結構示意圖；

圖5為優(yōu)選實施例的電力數據采集控制器示意圖。

標號說明：100-嵌入式核心組件；101-CPU；102-內存；103-eMMC存儲器；104-電源管理單元；105-自定義標準接口；106-屏蔽罩。

具體實施方式

為更好地說明本實用新型，通過以下優(yōu)選實施例，并配合附圖對本實用新型作詳細說明，具體如下：

本實用新型提供的數據采集服務器應用于如圖1、2所示的配電站的電力數據采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數據采集策略服務器200及數據采集服務器100，其中，數據采集服務器100包括具有eMMC存儲器的嵌入式核心組件110及功能電路底板120。系統(tǒng)中，數據采集策略服務器200通過互聯網與供電網的監(jiān)控中心服務器300進行通信。其中，數據采集服務器100與數據采集策略服務器200通過網絡相通信。數據采集服務器100一般設置為配電站的PLC控制器，也可設置為其他形式，用于采集供電網中各類的表計和/或傳感器的數據，數據采集服務器100與數據采集策略服務器200進行數據交互。如圖2所示，嵌入式核心組件通過自定義標準接口即可直接于電力設備的功能電路底板相連組成完整的數據采集服務器100，對不同的配電站或具體應用場合，嵌入式核心組件均可作為整體直接用于與功能電路底板連接，從而進行數據采集，使數據采集系統(tǒng)的建立十分方便。

其中，該系統(tǒng)還可根據需要設置與監(jiān)控中心服務器相連的監(jiān)控終端310、維護終端320、數據挖掘終端330，監(jiān)控分中心服務器300通過網絡(互聯網)與數據采集策略服務器200進行通信。監(jiān)控終端310用于獲取采集的數據并顯示；維護終端320用于獲取采集的數據并在系統(tǒng)檢測到數據異常時通知維護人員；數據挖掘終端330用于根據采集的數據進行處理分析供電網的各表記及傳感器的工作性能。該系統(tǒng)還包括發(fā)布服務器400，發(fā)布服務器400與監(jiān)控分中心服務器300相連，用于獲取采集的數據并通過云端設備發(fā)布給用戶。

這樣，對于監(jiān)控終端的管理人員來說，其可以通過與監(jiān)控分中心服務器300相連的監(jiān)控終端310直接獲得各個電站的表計采集的數據的情況。而該系統(tǒng)中直接采集數據的嵌入式核心組件在進行數據采集的過程中，根據網絡的好壞的情況將數據存儲到緩存及eMMC存儲器，在斷網時，eMMC存儲器仍提供了足夠的存儲空間存儲采集的數據，恢復網絡后再發(fā)送給數據采集服務器，避免斷網造成數據丟失。

具體地，如圖2所示，本實施例中的功能電路底板120上設置有天線201，網絡接口LAN202、WAN203、4G通信芯片204、RS232接口205a、RS232接口205b、RS485接口206a、RS485接口206b、復位按鈕207、開關按鈕208、電源連接線209及LED燈210。通過該功能電路底板120即可與各個表計進行通信以進行數據采集，以及將采集的數據通過無線網絡、有線網絡、移動通信網絡等發(fā)送至數據采集策略服務器。而嵌入式核心組件110通過自定義標準接口與功能電路底板120連接為一體。其中的嵌入式核心組件110，包括：CPU101、內存RAM102a及RAM102b、eMMC存儲器103、電源管理芯片104及自定義標準接口105(本實施例中采用了ALC5640)。該功能電路底板120采用兩層結構，嵌入式核心組件采用4層結構，其他優(yōu)選實施例中，也可根據底板電路的功能需要設置為其他厚度。

結合圖3所示，本實用新型的嵌入式核心組件的具體結構如下：

本實施例提供的嵌入式核心組件110，具體包括：CPU101、內存102、eMMC存儲器103、電源管理單元104及自定義標準接口105，其中，CPU101、內存102、eMMC存儲器103、電源管理單元104及自定義標準接口105封裝在基板110上構成一個核心組件整體，其中，自定義標準接口105用于與電力設備的功能電路底板相連。

其中，本實施例中的CPU101采用了ARM A9型號的嵌入式主板，將其與嵌入式組件必備的存儲器、接口及電源管理單元集成設計為一個獨立的整體形式的核心組件。ARM主板相對于X86主板具有功耗較低、不易發(fā)熱、開機時間短、性能優(yōu)良、不受工作時間和工作環(huán)境的限制的優(yōu)點。這種封裝集成后的嵌入式核心組件使得在使用該嵌入式核心組件時，可以直接作為控制主板與外部的功能電路底板連接，無需在不同情況下根據不同電路將嵌入式組件部分嵌入整個功能電路中，從而降低電路改進或重新設計的研發(fā)周期。

本實施例中的嵌入式核心組件還包括封裝在基板上且與CPU相連的通信接口單元106，通信接口單元106包括2個RS-232接口、2個RS485接口、WAN接口及LAN接口。其中，各為兩個的RS-232接口、RS485接口，這種設置方式對于本實用新型的嵌入式核心組件來說方便根據需要擴展。而模塊的各個接口對應的管腳均采用統(tǒng)一的形式，便于焊接在底板上。當然，在其他優(yōu)選實施例中，也可根據需要將常用的RS-232接口、RS485接口分別設置為1個或更多數量。

如圖3所示，本實施例中的核心組件整體外部還設有屏蔽罩107，屏蔽罩107用于將CPU101、內存102、eMMC存儲器103、電源管理單元104屏蔽在屏蔽罩107內。屏蔽罩在EMI和EMC方面性能出眾，避免模塊間或模塊與其他設備間的信號干擾。且因為核心組件接口的公共管腳在屏蔽罩外，故易擴展，易維修、穩(wěn)定性能非常好，此外，屏蔽罩對防止灰塵起到很好的作用。

其中，本實施例中通過在基板上設置有屏蔽架，屏蔽架與屏蔽罩卡接的方式，在兩者卡接后使得屏蔽罩與基板間相互連接并固定。屏蔽罩形式的安裝對工藝的要求相比傳統(tǒng)插入形式的工藝要求較低，易于安裝。通過屏蔽架與屏蔽罩卡接的方式，便于安裝屏蔽罩，也便于取下屏蔽罩。這里的屏蔽架可以根據需要設置為在基板上一體設置的凸起部分，也可設置為獨立的屏蔽架零件，屏蔽架零件通過螺釘、焊接等連接方式固定在基板上。屏蔽架可以為連續(xù)的整體式結構，也可為多個獨立的分布與基板上且可與屏蔽罩卡合連接的分體式結構。

這里的屏蔽罩的材料為金屬，如銅、鋁、鐵等等，還可以根據需要設置為不銹鋼和洋白銅，或者涂覆了金屬屏蔽層的非金屬材料。當然，采用全金屬材質的屏蔽罩，其具有良好的導熱及散熱功能，不僅能夠減少不同設備間的信號干擾，更有利于該嵌入式核心組件的快速散熱，從而有效地提高模塊整體的使用壽命。

本實施例中的自定義標準接口包括若干個郵票孔形式的功能接口及通用I/O接口。本實施例中模塊引出了常用的功能和眾多的GPIO，并采QFP188 1.0間距的郵票孔形式設計接口。這種齒輪形式的接口可以采用與CPU焊接一樣的方式將接口與其他設備連接(焊接)，使得該模塊與其他電路底板連接。該嵌入式核心組件可以滿足配電領域設備環(huán)境的特殊性，可以較好地適應配電領域設備運行條件惡劣，需要設備長期處于運行狀態(tài)，且被移動頻率很高的情況。

本實施例中的核心組件整體為8層HDI板結構。具體地，該嵌入式核心組件采用8層HDI的盲埋工藝來制造，多層GND有效地屏閉高速信號線，因此減少EMI的產生。

本實施例中的電源管理單元104為一電源管理芯片，用于對CPU、內存、eMMC存儲器進行供電及進行電源管理，其與CPU、內存、eMMC存儲器及自定義標準接口同時封裝在基板上構成一個核心組件整體，且在安裝屏蔽罩時同樣被屏蔽罩所屏蔽。電源管理芯片的設置可以有效地保證嵌入式核心組件的工作穩(wěn)定、可靠。

如圖5所示，為本實施例提供的數據采集服務器的外部結構，其內部包括一個如上所述的嵌入式核心組件，內部還包括功能電路底板，嵌入式核心組件通過自定義標準接口與功能電路底板相連，功能電路底板與電力設備的傳感器和/或表計相連，這里的相連不限于有線連接，也可以為無線連接，即該功能電路底板可通過有線或無線的形式對各表計或傳感器進行數據采集。這里將自定義標準接口與功能電路底板設置為焊接相連，相比與直插連接的方式，降低了插拔損耗，且更好地提高模塊與底板間連接的穩(wěn)固性、提高散熱效果及使用壽命。

數據采集服務器通過嵌入式核心組件控制功能電路底板采集傳感器和/或表計的數據，數據采集服務器與供電網的數據采集策略服務器進行數據交互，數據采集策略服務器通過互聯網與供電網的監(jiān)控分中心服務器進行通信，進而該數據采集服務器可以供整個網絡用戶共享和使用。

該數據采集服務器向外提供WAN、LAN通信接口以及電源(POWER)、4G接口及兩路RS232及RS485接口，該些接口來自于嵌入式核心組件的通信接口單元，用于CPU的控制下與服務器外部進行數據交互。

其中，功能電路底板為電力系統(tǒng)進行數據采集的相關電路設備，其電路中可包含常用的LED燈、報警器、接地線、電路連接線路等等。在需要進行相應的電力數據采集而需要一個具有數據處理以及數據存儲功能的嵌入式核心組件時，即可在該功能電路底板上直接焊接上述的封裝集成好的嵌入式核心組件使其能夠控制電路的各個部分工作即可。本實用新型提供的嵌入式核心組件即可執(zhí)行與電路各部分連接以進行數據采集等工作。其中，當一個嵌入式核心組件的處理能力及存儲空間不滿足需求時，可通過再添加一個或更多個的嵌入式核心組件至功能電路底板上即可。而對于單個的嵌入式核心組件也可根據需要設置多個通信接口從而與多個電路相連，提高其利用效率。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何本領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，對本實用新型所做的變形或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應以所述的權利要求的保護范圍為準。