一种能耗系统用边缘模块的制作方法

1.本发明属于能耗监管技术领域，尤其涉及一种能耗系统用边缘模块。


背景技术：

2.能耗管理系统能够对企业各种能耗进行监测、处理和管控，各种能耗数据通过终端采集设备进行采集，然后送至系统服务器进行存储、筛选和计算，最后通过系统界面进行呈现。
3.在能耗系统中，能耗的采集是通过终端设备的能耗计量表实现的，但现有技术中的能耗计量表功能较为单一，只有累计值，如需要获取小时、日、月、年等实时能耗数据则需要在服务器中进行计算，增加了服务器的运行负担，也增加了能耗管理系统的开发难度，同时大量数据都需要送至服务器处理，也增加了数据传输延迟。
4.此外如需要获取设备运行能效等参数，还需要与其他计量仪表的数据进行配合计算，普通能耗计量表都无此功能。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种能耗系统用边缘模块,该模块具有丰富的外部接口和通信能力，能够实现在设备端进行各种能耗数据的计算和处理和筛选工作，并将处理后的数据送入设备管理系统服务器，降低了服务器的工作负载，并有助于简化设备管理系统的程序设计。
6.本发明目的通过下述技术方案来实现：
7.一种能耗系统用边缘模块，所述模块包括：
8.处理器，所述处理器用于进行能耗数据的计算、处理和筛选；
9.外部通讯接口，所述外部通讯接口通过所述处理器进行控制，实现与外部设备的通讯；
10.数据输入模块，所述数据输入口包括开关量输入电路和模拟量输入电路，所述模拟量输入口通过模数转换单元与所述处理器连接；
11.电源模块，所述电源模块包括为开关量输入电路供电的供电电源和为所述模拟量输入电路供电的负压电源。
12.进一步的，所述外部通讯接口包括485通讯接口和以太网通讯接口。
13.进一步的，所述供电电源包括由外部电源直供的+24v电源和通过开关电压调节器提供的+5v电源。
14.进一步的，所述负压电源通过极性反转电源转换器生成-5v电源为所述模拟量输入电路供电。
15.进一步的，所述模块还包括显示设备，显示设备与所述处理器连接。
16.进一步的，所述开关量输入电路通过光电耦合器做内外部电气隔离。
17.进一步的，所述+24v电源通过自恢复保险丝向外部接点供电。
18.进一步的，所述开关量输入电路好包括用于端口状态指示的发光二极管，对应端口回路外部接点闭合时，状态显示二极管亮起。
19.进一步的，所述处理器包括esp32s3处理器，esp32s3处理器内置wifi和蓝牙。
20.本发明的有益效果在于：
21.本发明提供的边缘模块具有丰富的外部接口，能够连接各种现场设备，预先进行各种能耗数据的筛选、计算和处理，使数据更易于标准化，减少数据传输延迟，有助于降低系统的处理负载，使系统开发更易于完成，在各种能耗管理系统中具有广泛的应用前景。
附图说明
22.图1是本发明实施例能耗系统用边缘模块的结构框图；
23.图2是本发明实施例供电电源电路原理图；
24.图3是本发明实施例负压电源电路原理图；
25.图4是本发明实施例485通讯接口电路原理图；
26.图5是本发明实施例以太网通讯接口电路原理图；
27.图6是本发明实施例oled显示屏电路原理图；
28.图7是本发明实施例esp32s3处理器电路原理图；
29.图8是本发明实施例开关量输入电路原理图；
30.图9是本发明实施例模拟量输入电路原理图；
31.图10是本发明实施例a/d转换电路原理图；
32.图11是本发明实施例边缘模块使用时的外部连接示意图。
具体实施方式
33.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.在能耗系统中，能耗的采集是通过终端设备的能耗计量表实现的，但现有技术中的能耗计量表功能较为单一，只有累计值，如需要获取小时、日、月、年等实时能耗数据则需要在服务器中进行计算，增加了服务器的运行负担，也增加了能耗管理系统的开发难度，同时大量数据都需要送至服务器处理，也增加了数据传输延迟。
36.此外如需要获取设备运行能效等参数，还需要与其他计量仪表的数据进行配合计算，普通能耗计量表都无此功能。
37.为了解决上述技术问题，提出了本发明一种能耗系统用边缘模块的下述各个实施例。
38.参照图1，如图1所示是本实施例能耗系统用边缘模块的结构框图，该模块具体由以下部分组成：
39.系统以esp32s3双核处理器为核心完成系统的主要功能，适用于各种干扰强、实时性要求高的工业场合，整个系统分为esp32s3处理器模块、供电电源、负压电源、485通讯接口、以太网通讯接口、oled显示屏、开关量输入、模拟量输入、a/d转换共九个部分。
40.具体地，参照图2，如图2所示是本实施例供电电源电路原理图。其中，+24v由外部电源直供，用于开关量输入部分外部供电。u2是lm2596开关电压调节器，为使用+5v电压的线路供电。
41.参照图3，如图3所示是本实施例负压电源电路原理图，其中，由u12icl7660极性反转电源转换器生成-5v电源，给4-20ma模拟量输入电路供电。
42.参照图4，如图4所示是本实施例485通讯接口电路原理图，本实施例rs485通讯接口由adm2587隔离数据收发器构成，cn2为外部rs485接口。
43.参照图5，如图5所示是本实施例以太网通讯接口电路原理图，本实施例以太网通讯接口由nt1-b以太网模块构成，连接至esp32模块的urat2通讯接口。
44.参照图6，如图6所示是本实施例oled显示屏电路原理图，u6是oled显示屏，通过iic总线连接至esp32处理器的iic总线引脚scl、sda。
45.参照图7，如图7所示是本实施例esp32s3处理器电路原理图，其中u1为esp32嵌入式微处理器，它是一种高性能、低功耗的32位双核微控制器，运行速度最高可达240mhz，内置wifi和蓝牙。
46.参照图8，如图8所示是本实施例开关量输入电路原理图，本实施例开关量输入电路共提供4路开关量输入，为保障系统工作安全，采用光电耦合器做内外部电气隔离，其中u7-u10为隔离光电耦合器。24v电源通过f1自恢复保险丝向外部接点供电，具有短路保护功能。led3-led6是端口状态指示发光二极管，对应端口回路外部接点闭合时，该端口的状态显示二极管会亮起。输入电路连接至esp32处理器的gpio3、gpio4、gpio5、gpio8引脚。
47.参照图9，如图9所示是本实施例模拟量输入电路原理图，本实施例模拟量输入电路主要由lm324运算放大器构成，共提供4路4-20ma电流输入，外部传感器的4-20ma电流信号通过lm324运算放大器转换成0-5v电信号，送到a/d转换器做进一步处理。
48.参照图10，如图10所示是本实施例a/d转换电路原理图，本实施例a/d转换电路由ads1115高精度低功耗模数转换器构成，将模拟量接口传来的0-5v电压信号转换为数字信号，通过芯片自带的iic总线引脚与esp32处理器的iic总线引脚scl、sda连接。
49.参照图11，如图11所示是本实施例边缘模块使用时的外部连接示意图，电能表和流量计等仪表的电量、电流、电压、流量等参数通过边缘模块的rs485或模拟量输入口进入边缘模块，同时关联设备如泵的运行信号通过开关量输入口进入边缘模块，在边缘模块中，通过判断计算关联设备在运行期间所消耗的电量、产生的流量等可计算出如设备利用率、能效、区间能耗、碳排放量等数据。计算出的数据通过以太网接口送入plc系统或服务器做进一步处理，具体计算所应用的商务软件是已有技术，在此不再进行赘述。
50.本实施例提供的边缘模块具有丰富的外部接口，能够连接各种现场设备，预先进行各种能耗数据的筛选、计算和处理，使数据更易于标准化，减少数据传输延迟，有助于降低系统的处理负载，使系统开发更易于完成，在各种能耗管理系统中具有广泛的应用前景。
51.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种能耗系统用边缘模块，其特征在于，所述模块包括：处理器，所述处理器用于进行能耗数据的计算、处理和筛选；外部通讯接口，所述外部通讯接口通过所述处理器进行控制，实现与外部设备的通讯；数据输入模块，所述数据输入口包括开关量输入电路和模拟量输入电路，所述模拟量输入口通过模数转换单元与所述处理器连接；电源模块，所述电源模块包括为开关量输入电路供电的供电电源和为所述模拟量输入电路供电的负压电源。2.如权利要求1所述的能耗系统用边缘模块，其特征在于，所述外部通讯接口包括485通讯接口和以太网通讯接口。3.如权利要求1所述的能耗系统用边缘模块，其特征在于，所述供电电源包括由外部电源直供的+24v电源和通过开关电压调节器提供的+5v电源。4.如权利要求1所述的能耗系统用边缘模块，其特征在于，所述负压电源通过极性反转电源转换器生成-5v电源为所述模拟量输入电路供电。5.如权利要求1所述的能耗系统用边缘模块，其特征在于，所述模块还包括显示设备，显示设备与所述处理器连接。6.如权利要求1所述的能耗系统用边缘模块，其特征在于，所述开关量输入电路通过光电耦合器做内外部电气隔离。7.如权利要求3所述的能耗系统用边缘模块，其特征在于，所述+24v电源通过自恢复保险丝向外部接点供电。8.如权利要求1所述的能耗系统用边缘模块，其特征在于，所述开关量输入电路好包括用于端口状态指示的发光二极管，对应端口回路外部接点闭合时，状态显示二极管亮起。9.如权利要求1所述的能耗系统用边缘模块，其特征在于，所述处理器包括esp32s3处理器，esp32s3处理器内置wifi和蓝牙。

技术总结
本发明公开了一种能耗系统用边缘模块，该模块包括：处理器，所述处理器用于进行能耗数据的计算、处理和筛选；外部通讯接口，所述外部通讯接口通过所述处理器进行控制，实现与外部设备的通讯；数据输入模块，所述数据输入口包括开关量输入电路和模拟量输入电路，所述模拟量输入口通过模数转换单元与所述处理器连接；电源模块，所述电源模块包括为开关量输入电路供电的供电电源和为所述模拟量输入电路供电的负压电源。本发明能够实现在设备端进行各种能耗数据的计算和处理和筛选工作，并将处理后的数据送入设备管理系统服务器，降低了服务器的工作负载。的工作负载。的工作负载。


技术研发人员：赵亮 左康 李煜 何小龙 孔旭强 易思垚 邹毅 文鹏
受保护的技术使用者：成都兴蓉沱源自来水有限责任公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/8/31