本實(shí)用新型涉及能源數(shù)據(jù)監(jiān)管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型物聯(lián)網(wǎng)能源數(shù)據(jù)采集裝置。

背景技術(shù)：

中國是能源資源消費(fèi)大國，但是中國的人均能源資源擁有量很低，只有世界平均水平的40％左右。在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背后，凸顯出來的是中國能源枯竭的問題。因此，節(jié)能減排工作已經(jīng)迫在眉睫，其中構(gòu)建能源計(jì)量數(shù)據(jù)系統(tǒng)、強(qiáng)化能源計(jì)量工作、實(shí)施能源精細(xì)化管理已成為中國能源管理的重點(diǎn)工作，是節(jié)能減排的重要基石。

能源計(jì)量是指在能源消費(fèi)、轉(zhuǎn)化等流程中，對處于各環(huán)節(jié)(包括能源生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用、監(jiān)管等各個(gè)領(lǐng)域)的能源數(shù)量、質(zhì)量、性能等參數(shù)進(jìn)行檢測、度量和計(jì)算。其中的重點(diǎn)就是能源計(jì)量數(shù)據(jù)的采集，而本實(shí)用新型的發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，以往能源計(jì)量系統(tǒng)中無線數(shù)據(jù)采集往往采用的是傳統(tǒng)單一網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，由于距離和帶寬相矛盾，不能廣泛適用在采集現(xiàn)場，即目前中國能源計(jì)量數(shù)據(jù)采集缺乏一種適用性廣、經(jīng)濟(jì)、可靠的傳輸手段，不能做到大規(guī)模布點(diǎn)、大吞吐量傳輸、大數(shù)據(jù)分析，為高效使用能源提供決策依據(jù)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一項(xiàng)新興的技術(shù)，分為應(yīng)用層、傳輸層和感知層。本申請主要從傳輸層和感知層出發(fā)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)據(jù)感知和傳輸應(yīng)用到能源計(jì)量中去，以較低的投資和使用成本實(shí)現(xiàn)對能源全流程的＂泛在感知＂，獲取以往無法獲取的重要能源消耗過程參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)通過大數(shù)據(jù)分析和決策，達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的能源計(jì)量系統(tǒng)中無線數(shù)據(jù)采集往往采用的是傳統(tǒng)單一網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，由于距離和帶寬相矛盾，不能廣泛適用在采集現(xiàn)場的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種新型物聯(lián)網(wǎng)能源數(shù)據(jù)采集裝置，該裝置根據(jù)典型的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，將多種物聯(lián)網(wǎng)混合組網(wǎng)應(yīng)用于能源計(jì)量。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用了如下的技術(shù)方案：

一種新型物聯(lián)網(wǎng)能源數(shù)據(jù)采集裝置，包括主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊，與所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊連接的RS-485接口模塊、900MHz無線通信模塊和433MHz無線通信模塊，以及與所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊、900MHz無線通信模塊和433MHz無線通信模塊連接的WI-FI通信模塊；其中，所述RS-485接口模塊適于采集各種計(jì)量儀表的能源消耗數(shù)據(jù)，所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊適于接收RS-485接口模塊采集的能源消耗數(shù)據(jù)，根據(jù)所述能源消耗數(shù)據(jù)的傳輸距離和帶寬需求，采用2.4GHz-ZigBee無線通信模塊或900MHz無線通信模塊或433MHz無線通信模塊，向上通過所述WI-FI通信模塊接入互聯(lián)網(wǎng)與上層平臺(tái)進(jìn)行交互。

進(jìn)一步，所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊選用型號(hào)為CC2538的處理芯片，所述RS-485接口模塊選用型號(hào)為SP3485的芯片，所述900MHz無線通信模塊和433MHz無線通信模塊選用型號(hào)為XC430的芯片，所述WI-FI通信模塊選用型號(hào)為ESP8266的芯片。

進(jìn)一步，所述新型物聯(lián)網(wǎng)能源數(shù)據(jù)采集裝置還包括智能積算儀模塊，所述智能積算儀模塊適于將計(jì)量儀表數(shù)據(jù)采集接口為模擬量接口的轉(zhuǎn)換為RS-485數(shù)字接口供RS-485接口模塊采集。

進(jìn)一步，所述計(jì)量儀表包括水、電、氣、煤、油和熱儀表。

進(jìn)一步，所述新型物聯(lián)網(wǎng)能源數(shù)據(jù)采集裝置還包括與主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1連接適于保存未上傳數(shù)據(jù)和功能配置文件的SD卡模塊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的新型物聯(lián)網(wǎng)能源數(shù)據(jù)采集裝置，將傳輸層和感知層的硬件系統(tǒng)融合在一起，包括主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊、與主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊連接的RS-485接口模塊、900MHz無線通信模塊和433MHz無線通信模塊，以及與主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊、900MHz無線通信模塊和433MHz無線通信模塊連接的WI-FI通信模塊，成功利用WI-FI、ZigBee、900M、433M網(wǎng)絡(luò)將不同距離需求和帶寬需求的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，系統(tǒng)解決了無線混合組網(wǎng)、主站與從站和路由器的通訊問題，儀表數(shù)據(jù)接口處理、多種儀表通訊協(xié)議解析問題，組網(wǎng)靈活，模塊增減便利，非常適用于復(fù)雜環(huán)境的能源數(shù)據(jù)采集。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型提供的新型物聯(lián)網(wǎng)能源數(shù)據(jù)采集裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1、主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊；2、RS-485接口模塊；3、900MHz無線通信模塊；4、433MHz無線通信模塊；5、WI-FI通信模塊；6、智能積算儀模塊；7、SD卡模塊。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。

在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“縱向”、“徑向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

請參考圖1所示，本實(shí)用新型提供一種新型物聯(lián)網(wǎng)能源數(shù)據(jù)采集裝置，包括主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1，與所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1連接的RS-485接口模塊2、900MHz無線通信模塊3和433MHz無線通信模塊4，以及與所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1、900MHz無線通信模塊3和433MHz無線通信模塊4連接的WI-FI通信模塊5；其中，所述RS-485接口模塊2適于采集各種計(jì)量儀表的能源消耗數(shù)據(jù)，所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1適于接收RS-485接口模塊2采集的能源消耗數(shù)據(jù)，并對所述能源消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換和重新封裝后，根據(jù)所述能源消耗數(shù)據(jù)的傳輸距離和帶寬需求，所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊將接收到的數(shù)據(jù)采用自帶2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1或900MHz無線通信模塊3或433MHz無線通信模塊4，向上通過所述WI-FI通信模塊5接入互聯(lián)網(wǎng)與上層平臺(tái)進(jìn)行交互。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的新型物聯(lián)網(wǎng)能源數(shù)據(jù)采集裝置，將傳輸層和感知層的硬件系統(tǒng)融合在一起，包括主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊、與主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊連接的RS-485接口模塊、900MHz無線通信模塊和433MHz無線通信模塊，以及與主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊、900MHz無線通信模塊和433MHz無線通信模塊連接的WI-FI通信模塊，成功利用WI-FI、ZigBee、900M、433M網(wǎng)絡(luò)將不同距離需求和帶寬需求的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，系統(tǒng)解決了無線混合組網(wǎng)、主站與從站和路由器的通訊問題，儀表數(shù)據(jù)接口處理、多種儀表通訊協(xié)議解析問題，組網(wǎng)靈活，模塊增減便利，非常適用于復(fù)雜環(huán)境的能源數(shù)據(jù)采集。

作為具體實(shí)施例，所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1選用型號(hào)為CC2538的處理芯片，CC2538處理芯片為本申請新型物聯(lián)網(wǎng)能源數(shù)據(jù)采集裝置的主控模塊，相比基于8051的上一代處理芯片CC2530，CC2538是基于ARM Cortex M3架構(gòu)的高性能MCU，主頻達(dá)到了32MHz，故在其功能設(shè)計(jì)上，除了控制整個(gè)采集裝置外，還附帶了ZigBee傳輸功能，并支持1km以內(nèi)的短距離傳輸；所述RS-485接口模塊2選用型號(hào)為SP3485的芯片，在所述主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1的控制下用于采集各種計(jì)量儀表的能源消耗數(shù)據(jù)；所述900MHz無線通信模塊3和433MHz無線通信模塊4選用型號(hào)為XC430的芯片，即將XC430模塊作為900MHz和433MHz網(wǎng)絡(luò)的無線傳輸模塊，由于芯片兼容，當(dāng)只需要900MHz和433MHz其中的一種網(wǎng)絡(luò)時(shí)將XC430模塊配置成相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，當(dāng)同時(shí)需要兩種傳輸協(xié)議時(shí)，則嵌入兩個(gè)XC430模塊即可，配置為900MHz的XC430模塊傳輸距離為2.5km，配置為433MHz的XC430模塊傳輸距離為5km；所述WI-FI通信模塊5選用型號(hào)為ESP8266的芯片，主要用于數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)上傳到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器時(shí)使用，只有少量主站需要嵌入該模塊。

作為具體實(shí)施例，所述新型物聯(lián)網(wǎng)能源數(shù)據(jù)采集裝置還包括智能積算儀模塊6，所述智能積算儀模塊6適于將計(jì)量儀表數(shù)據(jù)采集接口為模擬量接口的轉(zhuǎn)換為RS-485數(shù)字接口供RS-485接口模塊2采集。具體地，所述RS-485接口模塊2用于采集各種計(jì)量儀表的能源消耗數(shù)據(jù)，主要包括水、電、氣、煤、油和熱6種計(jì)量儀表，而現(xiàn)場能源計(jì)量設(shè)備大多采用RS485總線數(shù)據(jù)通道，通過RS-232或RS-485接口連接，但也有部分現(xiàn)場能源計(jì)量設(shè)備的數(shù)據(jù)采集接口為4mA～20mA模擬量接口，因而在本實(shí)施例中采用智能積算儀模塊將4mA～20mA模擬量接口轉(zhuǎn)換為RS-485數(shù)字接口供RS-485接口模塊2采集，使之兼容數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，避免更換設(shè)備，降低采集成本。

作為具體實(shí)施例，所述新型物聯(lián)網(wǎng)能源數(shù)據(jù)采集裝置還包括適于保存未上傳數(shù)據(jù)和功能配置文件的SD卡模塊7，即所述SD卡模塊7與主控2.4GHz-ZigBee無線通信模塊1連接適于保存未上傳數(shù)據(jù)和包括功能配置文件在內(nèi)的其他文件，一般僅在主節(jié)點(diǎn)需要，而子節(jié)點(diǎn)和路由點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息直接保存于CC2538處理芯片內(nèi)部的Flash中。

在本申請?zhí)峁┑男滦臀锫?lián)網(wǎng)能源數(shù)據(jù)采集裝置中，傳輸層主要解決感知層所獲得的數(shù)據(jù)的傳輸問題，它是由許多在空間上分布的傳感節(jié)點(diǎn)等數(shù)據(jù)采集裝置(如RS-485接口模塊)組成的一種無線自組織網(wǎng)絡(luò)，這些裝置協(xié)作地監(jiān)控不同位置的能源消耗。具體來說，感知層首先通過采集裝置采集能源消耗的數(shù)據(jù)，然后在傳感器網(wǎng)絡(luò)中通過433MHz、900MHz、2.4GHz、WI-FI等傳輸技術(shù)傳遞能源消耗數(shù)據(jù)。傳輸層位于數(shù)據(jù)采集裝置和互聯(lián)網(wǎng)之間，主要完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、協(xié)議轉(zhuǎn)換和設(shè)備控制等功能，且傳輸層還支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)協(xié)同和匯聚，支持互聯(lián)網(wǎng)接入，從而橋接傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)。與傳統(tǒng)的傳輸層相比，本申請的重點(diǎn)在于將多種網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)傳輸距離和帶寬的需求合理選擇網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的目的。傳輸層主要完成的功能包括：1)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)：作為互聯(lián)網(wǎng)與局域網(wǎng)之間的橋梁，傳輸層最基礎(chǔ)的功能即為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，傳輸層應(yīng)能夠正確接收感知層和應(yīng)用層發(fā)送的收據(jù)，并正確地向所述感知層和應(yīng)用層發(fā)送數(shù)據(jù)；2)協(xié)議轉(zhuǎn)換：傳輸層向下通過433MHz、900MHz、2.4GHz協(xié)議與傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，向上通過WI-FI方式接入互聯(lián)網(wǎng)與上層平臺(tái)進(jìn)行交互，因此傳輸層應(yīng)實(shí)現(xiàn)在接收到感知層數(shù)據(jù)后，需對數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，并將重新封裝后的數(shù)據(jù)上報(bào)；3)管理控制：傳輸層除了接收傳感網(wǎng)絡(luò)上傳的數(shù)據(jù)外，還應(yīng)該能夠?qū)Ω兄獙庸?jié)點(diǎn)進(jìn)行部分管理與控制功能，如傳輸層接收應(yīng)用命令，并將命令進(jìn)行處理后(如協(xié)議轉(zhuǎn)換等)下達(dá)給傳感器節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層對感知層的管理與控制。應(yīng)用層主要解決信息數(shù)據(jù)的處理與服務(wù)提供的問題，傳送層傳輸而來的數(shù)據(jù)在這一層里進(jìn)入各類信息系統(tǒng)進(jìn)行處理，并通過統(tǒng)計(jì)和分析為各類用戶提供節(jié)能減排的決策依據(jù)，具體的應(yīng)用層為已經(jīng)成熟并運(yùn)用到多家企業(yè)和公共機(jī)構(gòu)的國家城市能源計(jì)量數(shù)據(jù)平臺(tái)(重慶)。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。