一种超低功率损耗的计数器总线数据采集器制造技术

一种超低功率损耗的计数器总线数据采集器，包括集成有通用异步接收/发送装置UART芯片的主CPU模块、时钟模块、存储器、RS-485通信模块，其特征在于：主CPU模块采用由时钟模块唤醒的16位FIash型MSP430系列超低功率损耗单片机，RS-485通信模块采用高速隔离芯片隔离且由时钟模块唤醒，还设有采集数据的M-Bus通信采集模块。本实用新型专利技术功率损耗约为现有数据采集器的1/20，长期运行可节省大量的能源，在运行过程中根据采集方案自动进行数据采集，采集可靠性较高，对故障的计量仪表进行标记，可以尽早发现故障并进行处理，有利于减少计量损失。还不必频繁抄表通信速度较高，可以进一步降低系统的功率消耗。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及数据采集，特别是涉及一种超低功率损耗的计数器总线数据采集器。
技术介绍
能源管理系统中的自动化集群抄表广泛应用计数器总线(Meter-Bus，缩略词为Μ-Bus)进行数据远传，其采用普通的两芯电缆连接，同时完成提供表计电源和数据通信的功能，传送数据能力、速度和数量完全可以满足要求。现有的具有现场实时数据采集和通信转换功能的M-Bus数据采集器，将M-Bus的接口转换为RS-232总线或者RS-485总线，由上位机通过RS-232总线或者RS-485总线访问采集器，现场实时采集智能化水表或者智能化气表(以下统称计量仪表)的数据，M-Bus数据采集器需要保持在运行状态以备进行采集，因此，功率损耗比较大，例如以一个抄表终端的功率损耗为2W计算，六千个集群抄表终端的总功率损耗为12KW，年耗电费用数万元，浪费大量资源。而且，每次通信都要经过RS-485总线，以及M-Bus总线，不仅降低了系统可靠性，直接影响抄表成功率，而且，由于RS-485总线相对速度比较高，实用最高速率可达38400bps，而M-Bus总线相对速度比较低速,实用最高速率只有9600bps，M-Bus数据采集器花大量的时间等待M-Bus网络的回复，相应增加了功率损耗。特别是现有的M-Bus数据采集器无数据存储功能和自动诊断功能，不能对相应的能源消耗进行追溯，也不能诊断计量仪表的故障。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种超低功率损耗的计数器总线数据采集器。本技术的技术问题通过以下技术方案予以解决。这种超低功率损耗的计数器总线数据采集器，包括集成有通用异步接收/发送装置(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,缩略词为 UART)芯片的主 CPU模块、分别与所述主CPU模块连接的具有定时中断功能的时钟模块、存储器、RS-485通信模块、电源模块，以及指示灯。所述主CPU模块用于根据模块本身的控制逻辑和其他模块提供的信号，控制和访问其他模块，实现数据采集器的相关功能，所述主CPU模块根据采集时间间隔设定时钟模块的输出时间间隔，所述时钟模块在设定输出时间间隔后输出启动采集脉冲至所述主CPU模块，所述主CPU模块在接收到时钟模块输出的启动采集脉冲后，启动采集程序，不需人工或者其他辅助设备干预。所述存储器用于存储采集方案和采集到的数据，所述采集方案包括采集时间间隔、采集数据点个数。所述RS-485通信模块用于上位机与区域所有计量仪表之间进行通讯，所述上位机通过所述RS-485通信模块访问M-Bus数据采集器，通信命令将所述主CPU模块从待机状态唤醒，对上位机命令进行解析，从所述存储器获取相应的采集方案数据，组成通信帧返回相应的命令，所述RS-485通信模块功能还包括支持通信口程序在线升级，对M-Bus数据采集器的固件进行更新，全部操作通过通信口进行。这种超低功率损耗的M-Bus数据采集器的特点是:所述主CPU模块是采用由所述时钟模块唤醒的16位Flash型MSP430系列超低功率损耗单片机的主CPU模块，所述超低功率损耗是长期运行功率损耗低于0.1W，可以显著降低整机功率损耗。所述RS-485通信模块是采用高速隔离芯片隔离且由所述时钟模块唤醒的RS-485通信模块，具有较高的抗干扰能力，所述RS-485通信模块读取全部数据仅需要40分钟，而在上位机中心站与所有计量仪表之间采用波特率为9600bps的信号转换器进行通讯连接的，需要200分钟。设有采集数据的M-Bus通信采集模块，所述M-Bus通信采集模块通过访问采集器的M-Bus总线依次访问M-Bus总线上的所有计量仪表进行抄表，现场实时采集与读取其计量数据，并存储至所述存储器中，所述M-Bus通信采集模块包括电平转换电路、保护电路，以及M-bus总线电源控制电路，所述电平转换电路与所述主CPU模块的UART芯片连接。本技术的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。所述主CPU模块在1.8 3.6V电压、IMHz的时钟条件下，耗电电流在400 μ A以内，在非采集状态时待机电流仅为2.6μΑ，从待机模式唤醒时间仅为6μ S，有着极低的功率损耗和较高的响应速度；所述主CPU模块的UART芯片每隔6小时对M-Bus总线上的所有计量仪表进行一次轮询检测；如果M-Bus总线上的所有计量仪表都未回复，则判定M-Bus总线出现故障；如果M-Bus总线上的部分计量仪表未回复，则判定有部分计量仪表出现故障，将故障状态进行保存；如果连续两次都没有回复，则判定该台计量仪表损坏，用标志字进行标识并存储至所述存储器中，上位机通过所述RS-485通信模块读取计量仪表是否有相应的标志字，以及采集器运行灯是否快速闪烁，诊断M-Bus总线和所有计量仪表是否出现故障，及时维修或者更换损坏的M-Bus总线和计量仪表。所述M-Bus通信采集模块抄表失败时，会自动连续读取3次数据，以排除计量仪表出现的故障，保证抄表成功率达到100%。本技术的技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。 所述M-Bus总线电源控制电路由光电耦合器和功率开关器件组成，所述光电耦合器的一输入端与所述主CPU模块的一 I/O 口连接,所述功率开关器件的一输出端与M-Bus总线的正极性端M-BUS+连接，M-Bus总线电源由所述主CPU模块通过I/O 口控制，在通信开始前接通M-Bus总线电源，并在通信完成后立即关闭M-Bus总线电源，以进一步节省系统功率损耗。所述M-Bus总线与64台计量仪表连接，每小时采集一次计量数据，其输出功率为3W，M-Bus总线关闭后系统功率损耗仅为0.1W，节能超过96.7%。所述时钟模块是采用带温度补偿的芯片RX8025T的时钟模块，时钟精度小于0.5秒/日。所述存储器采用Flash存储芯片，可保存10个月的数据，数据掉电可保存20年以上，存储容量为4M字节，存储的每个数据长度为8字节，其结构为:采集数据4字节+采集时间点4字节，最长可存储5000条记录，因为存储的数据包括采集时间点，可以提供对历史的能量消耗情况进行追溯。所述采集方案的采集时间间隔为I小时 744小时，采集数据点个数30个 5000个，通过标准modbus帧进行设置，数据帧格式是:通信ID (I字节)+功能码(0X10) +寄存器地址(2字节)+寄存器个数(2字节)+字节个数(I字节)+CRC校验码。所述RS-485通信模块由高速隔离芯片IS07231、RS-485电平转换芯片SN65HVD3082和保护电路组成。所述指示灯包括RS-485通信灯、M-Bus通信灯、M-Bus电源灯、M-Bus电源过载灯，以及采集器运行灯，RS-485通信模块工作时，RS-485通信灯闪烁；M_Bus通信采集模块工作时，M-Bus通信灯闪烁；M-Bus总线电源接通时，M-Bus电源灯亮;M_Bus总线电源过载时，M-Bus电源过载灯亮；采集器自检正常，采集器运行灯以I秒/次的频率闪烁，自检失败，采集器运行灯以0.5秒/次的频率快速闪烁，表明采集器存在故障。本技术与现有技术相比的有益效果是:本技术采用超低功率损耗技术，功率损耗约为现有数据采集器的1/20，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超低功率损耗的计数器总线数据采集器，包括集成有通用异步接收/发送装置UART芯片的主CPU模块、分别与所述主CPU模块连接的具有定时中断功能的时钟模块、存储器、RS?485通信模块、电源模块，以及指示灯，其特征在于：?所述主CPU模块是采用由所述时钟模块唤醒的16位FIash型MSP430系列超低功率损耗单片机的主CPU模块，所述超低功率损耗是长期运行功率损耗低于0.1W；?所述RS?485通信模块是采用高速隔离芯片隔离且由所述时钟模块唤醒的RS?485通信模块；?设有采集数据的M?Bus通信采集模块，所述M?Bus通信采集模块包括电平转换电路、保护电路，以及M?bus总线电源控制电路，所述电平转换电路与所述主CPU模块的UART芯片连接。

【技术特征摘要】
1.一种超低功率损耗的计数器总线数据采集器，包括集成有通用异步接收/发送装置UART芯片的主CPU模块、分别与所述主CPU模块连接的具有定时中断功能的时钟模块、存储器、RS-485通信模块、电源模块，以及指示灯，其特征在于: 所述主CPU模块是采用由所述时钟模块唤醒的16位Flash型MSP430系列超低功率损耗单片机的主CPU模块，所述超低功率损耗是长期运行功率损耗低于0.1ff ； 所述RS-485通信模块是采用高速隔离芯片隔离且由所述时钟模块唤醒的RS-485通信模块； 设有采集数据的M-Bus通信采集模块，所述M-Bus通信采集模块包括电平转换电路、保护电路，以及M-bus总线电源控制电路，所述电平转换电路与所述主CPU模块的UART芯片连接。2.如权利要求1所述的超低功率损耗的计数器总线数据采集器，其特征在于: 所述主CPU模块在1.8 3.6V电压、IMHz的时钟条件下，耗电电流在400 μ A以内，在非采集状态时待机电流仅为2.6 μ Α，从待机模式唤醒时间仅为6 μ S。3.如权利要求1或2所述的超低功率损耗的计数器总线数据采集器，其特征在于: 所述M-Bus总线电源控制电路由光电耦合器和功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：何学军，杨甫勇，孙梓锋，蒋建荣，朱元国，刘健，杨玉婷，胡雪娇，
申请(专利权)人：深圳市中电电力技术股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：