(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 105927527 A(43)申请公布日 2016.09.07
(21)申请号 201610441250.8(22)申请日 2016.06.20
(71)申请人 湖南睿胜能效管理技术有限公司
地址 410205 湖南省长沙市高新开发区桐
梓坡西路468号威胜科技园二期工程11号厂房101、202(72)发明人 李靓 王锋
(74)专利代理机构 长沙永星专利商标事务所
43001
代理人 周咏 米中业(51)Int.Cl.
F04B 49/06(2006.01)G01R 22/10(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图6页
(54)发明名称
用于水泵的运行状态监测和数据采集装置(57)摘要
本发明公开了一种用于水泵的运行状态监测和数据采集装置，包括控制器模块、电源模块、通信接口模块、存储模块、模拟量采集模块和计量模块；电源模块供电；通信接口模块与控制器模块连接并提供通信接口；存储模块与控制器模块连接并存储运行参数和计量数据；模拟量采集模块与控制器模块连接并采集模拟量信号传入控制器；计量模块与控制器模块连接并计量被测水泵电机的能耗数据和上传控制器模块。本发明能够全程自动化地对水泵的运行和状态参数进行采集、计量、传输和存储，并通过通信模块与外部进行数据交互，因此能够全程自动化监测水泵的运行状态，并且全程对水泵的运行状态数据进行自动化采集、记录并上传。
CN 105927527 ACN 105927527 A
权 利 要 求 书
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1.一种用于水泵的运行状态监测和数据采集装置，其特征在于包括控制器模块、电源模块、通信接口模块、存储模块、模拟量采集模块和计量模块；电源模块为控制器模块、通信接口模块、存储模块和计量模块供电；通信接口模块与控制器模块连接，用于将装置的运行状态参数对外发送，和用于接收外部对装置进行参数设置和发出控制指令；存储模块与控制器模块连接，用于存储装置的运行参数和计量的水泵运行数据及参数；模拟量采集模块与控制器模块连接，用于采集模拟量信号并传入控制器；计量模块与控制器模块连接，用于计量被测水泵电机的用电能耗数据，并上传控制器模块。
2.根据权利要求1所述的用于水泵的运行状态监测和数据采集装置，其特征在于所述的控制器模块包括控制器、时钟电路、复位电路和看门狗电路；时钟电路与控制器连接并提供标准时钟信号；复位电路与控制器连接，用于系统异常或电源跌落异常情况下的控制器重启；看门狗电路与控制器连接，用于控制程序出现异常时使控制程序自动重启。
3.根据权利要求1所述的用于水泵的运行状态监测和数据采集装置，其特征在于所述的模拟量采集模块包括直流电流采样电路和模数转换电路；直流电流采样电路用于对直流电流模拟信号进行采集并传入模数转换电路；模数转换电路将采集的电流信号转换成数字信号，并传入控制器。
4.根据权利要求1所述的用于水泵的运行状态监测和数据采集装置，其特征在于所述的电源模块包括整流电路、开关电源电路和滤波电路；外部市电通过整流电路后输入开关电源电路，开关电源电路输出12V电源和5V电源，再经过滤波电路后输出。
5.根据权利要求1所述的用于水泵的运行状态监测和数据采集装置，其特征在于所述的通信接口模块包括USB通信接口电路、RS-485通信接口电路、红外接口电路、总线收发器电路和GPRS/CDMA通信接口电路；USB通信接口电路、RS-485通信接口电路和红外接口电路与控制器模块连接，用于对外提供通信接口；GPRS/CDMA通信接口电路通过总线收发器电路连接控制器模块，总线收发器电路用于防止电流倒灌和进行电平匹配。
6.根据权利要求2所述的用于水泵的运行状态监测和数据采集装置，其特征在于所述的控制器为型号为MB9BF218S的控制器。
7.根据权利要求1~5之一所述的用于水泵的运行状态监测和数据采集装置，其特征在于所述的存储模块为FLASH数据存储电路。
8.根据权利要求5所述的用于水泵的运行状态监测和数据采集装置，其特征在于所述的总线收发器电路为74LV245总线收发器电路。
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CN 105927527 A
说 明 书
用于水泵的运行状态监测和数据采集装置
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技术领域
[0001]本发明具体涉及一种用于水泵的运行状态监测和数据采集装置。
背景技术
[0002]泵行业是国民经济的基础性行业，对国民经济和社会发展发挥着重要作用。泵属于通用机械设备，应用面广，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、矿山、城建、核电和国防军工等领域，而且泵的数量多，作为我国工业领域最主要的耗能设备之一，其耗电量约占全国总发电量的20%左右。因此对水泵进行运行状态的监测，减少水泵故障运行时间，提高水泵运行效率也具有重大的社会经济效益。[0003]目前，水泵使用单位在采购泵产品的过程中，并不关心水泵的节能技术指标，而只是关心产品能否满足使用要求，价格是否低廉。为了保险起见，使用单位往往选用流量和扬程裕量过大的水泵，结果是使其不能在高效区运转，水泵的实际运行效率远远低于水泵的最高效率，造成大马拉小车的现象。此外，水泵在使用过程中，由于缺乏健全的管理制度和科学的检查规程，操作养不当，或长期使用的零部件不能及时修理、更换等，便容易发生故障，造成大量的能源浪费。因此需要对水泵的运行状态进行监控，了解水泵的运行状态，及时对水泵进行维修和调整，以提高水泵的运行效率。[0004]目前，节能服务公司如果需要对泵设备进行改造，那么久需要改造前泵设备的运行数据为改造方案提供依据；需要监测改造后水泵实时运行数据为项目运维和售后提供支持；需要实时运行的电量值用以节电结算。但是，目前并没有任何面向水泵运行数据的专用采集设备，要获取数据只能采取人工不定期本地抄读方式，有需要时甚至安排专人长期驻守，24小时监控，费时费力，而且效率极其低下。发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种能够全程自动化监测水泵的运行状态，并且全程对水
记录并上传的用于水泵的运行状态监测和数据采集装置。泵的运行数据进行自动化采集、
[0006]本发明提供的这种用于水泵的运行状态监测和数据采集装置，包括控制器模块、电源模块、通信接口模块、存储模块、模拟量采集模块和计量模块；电源模块为控制器模块、通信接口模块、存储模块和计量模块供电；通信接口模块与控制器模块连接，用于将装置的运行状态参数对外发送，和用于接收外部对装置进行参数设置和发出控制指令；存储模块与控制器模块连接，用于存储装置的运行参数和计量的水泵运行数据及参数；模拟量采集模块与控制器模块连接，用于采集模拟量信号并传入控制器；计量模块与控制器模块连接，用于计量被测水泵电机的用电能耗数据，并上传控制器模块。[0007]所述的控制器模块包括控制器、时钟电路、复位电路和看门狗电路；时钟电路与控制器连接并提供标准时钟信号；复位电路与控制器连接，用于系统异常或电源跌落异常情况下的控制器重启；看门狗电路与控制器连接，用于控制程序出现异常时使控制程序自动重启。
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说 明 书
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所述的模拟量采集模块包括直流电流采样电路和模数转换电路；直流电流采样电
路用于对直流电流模拟信号进行采集并传入模数转换电路；模数转换电路将采集的电流信号转换成数字信号，并传入控制器。
[0009]所述的计量模块用于计量被测水泵的电机的用电能耗数据并传入控制器模块。[0010]所述的电源模块包括整流电路、开关电源电路和滤波电路；外部市电通过整流电路后输入开关电源电路，开关电源电路输出12V电源和5V电源，再经过滤波电路后输出。[0011]所述的通信接口模块包括USB通信接口电路、RS-485通信接口电路、红外接口电路、总线收发器电路和GPRS/CDMA通信接口电路；USB通信接口电路、RS-485通信接口电路和红外接口电路与控制器模块连接，用于对外提供通信接口；GPRS/CDMA通信接口电路通过总线收发器电路连接控制器模块，总线收发器电路用于防止电流倒灌和进行电平匹配。[0012]所述的控制器为型号为MB9BF218S的控制器。[0013]所述的存储模块为FLASH数据存储电路。
[0014]所述的总线收发器电路为74LV245总线收发器电路。
[0015]本发明提供的这种用于水泵的运行状态监测和数据采集装置，采用模拟量采集电路对水泵的运行数据和状态参数进行采集，同时采用计量电路对水泵所用电机的用电能耗进行计量，并将结果送入控制器和存储模块进行存储，控制器能够控制模拟量采集模块和计量模块自动运行，并通过通信模块与外部进行数据传输和交互，因此本发明能够全程自动化监测水泵的运行状态，并且全程对水泵的运行状态数据和能耗数据进行自动化采集、记录并上传；同时，本发明结构简单、电路安全可靠，成本低廉。附图说明
[0016]图1为本发明的功能模块图。
[0017]图2为本发明的时钟电路的一种电路原理图。[0018]图3为本发明的复位电路的一种电路原理图。[0019]图4为本发明的看门狗电路的一种电路原理图。
[0020]图5为本发明的FLASH数据存储电路的一种电路原理图。[0021]图6为本发明的电源模块的一种电路原理图。
[0022]图7为本发明的总线收发器电路的一种电路原理图。
具体实施方式
[0023]如图1所示为本发明的功能模块图：本发明提供的这种用于水泵的运行状态监测和数据采集装置，包括控制器模块、电源模块、通信接口模块、存储模块、模拟量采集模块和计量模块；电源模块为控制器模块、通信接口模块、存储模块和计量模块供电；通信接口模块与控制器模块连接，用于将装置的运行状态参数对外发送，和用于接收外部对装置进行参数设置和发出控制指令；存储模块与控制器模块连接，用于存储装置的运行参数和计量的水泵运行数据及参数；所述的模拟量采集模块包括直流电流采样电路和模数转换电路，用于对传感器输入的直流电流模拟信号进行采集，经过模数转换电路转换成数字信号并传入控制器；计量模块与控制器模块连接，用于计量被测水泵电机的用电能耗数据，并上传控制器模块；控制器模块包括控制器、时钟电路、复位电路和看门狗电路；时钟电路与控制器
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说 明 书
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连接并提供标准时钟信号；复位电路与控制器连接，用于系统异常或电源跌落异常情况下的控制器重启；看门狗电路与控制器连接，用于控制程序出现异常时使控制程序自动重启；模拟量采集模块包括直流电流采样电路和模数转换电路；计量模块包括电能计量电路；直流电流采样电路用于对传感器输入的直流电流模拟信号进行采集，模数转换电路用于对模拟量进行数模转换成数字信号；电能计量电路用于计量被测水泵的用电能耗数据并传入控制器模块；电源模块包括整流电路、开关电源电路和滤波电路；外部市电通过整流电路后输入开关电源电路，开关电源电路输出12V电源和5V电源，再经过滤波电路后输出；通信接口模块包括总线收发器电路、USB通信接口电路、RS485通信接口电路、红外接口电路、GPRS/CDMA通信接口电路和电能表通信接口电路；USB通信接口电路、RS-485通信接口电路和红外接口电路与控制器模块连接，用于对外提供通信接口；GPRS/CDMA通信接口电路通过总线收发器电路连接控制器模块，总线收发器电路用于防止电流倒灌和进行电平匹配。[0024]如图2所示为本发明的时钟电路的一种电路原理图：时钟电路就是一个振荡器，给CPU提供一个节拍，CPU执行各种操作必须在这个节拍的控制下才能进行，保证CPU内部各组件同步工作；本实施例中，主时钟电路由无源晶振（图中标示X2）组成，无源晶振频率为12MHZ，其两个引脚并联两个20PF的起振电容（图中标示C4和C5）。[0025]如图3所示为本发明的复位电路的一种电路原理图：当系统出现死机或电源跌落等异常时，控制器可以通过复位电路进行重启，保证系统自动恢复正常工作；在该实施例中，复位电路为电源监测电路，用于监控主系统3.3V电源：当3.3V电源电压跌落到3.08V以下时，此电路立即输出低电平复位信号使系统重新复位，复位电路主要由型号为TCM809的电压监测芯片组成。
[0026]如图4所示为本发明的看门狗电路的一种电路原理图：看门狗电路主要由型号为MAX706的芯片组成，其输出的复位信号PW_EN直接控制控制器的使能管脚，当系统出现异常导致MAX706的6脚WDI没有喂狗信号时，此时MAX706芯片的7脚RESET管脚立即输出低电平信号断开主系统电源，使系统重启。
[0027]如图5所示为本发明的FLASH数据存储电路的一种电路原理图：由于控制器本身的FLASH存储器过小，无法满足对数据存储的要求，这里采用外扩的NAND FLASH存储器，可用作程序和数据存储；在该实施例中，采用型号为TC 58N VG0S3ETAIB的FLASH存储芯片，芯片的29脚~44脚为8路输入信号，芯片的7~9脚、16~19脚为芯片控制引脚，12脚和37脚为电源引脚，连接3.3V电源；6脚、13脚和36脚为接地引脚，6脚通过电阻接地，13脚和36脚直接与地连接。
[0028]如图6所示为本发明的电源模块的一种电路原理图：交流电能经过整流电路后输出两路电源信号（图中标示V+和V-）；在经过共模滤波电感滤除共模干扰后，输入到开关电源电路模块（图中标示D1）；开关电源电路模块输出5路信号，其中包括两路地信号（图中标示GND和AGND），一路5V电源信号和一路12V电源信号，还有一路信号悬空；5V电源信号经过滤波电感（图中标示L1）和一组滤波电容（图中标示C5~C9）后，在经过保护二极管（图中标示V16和V17）对外提供5V电源；另一路12V电源信号经过保护电阻（图中标示R4）、滤波电容（图中标示C9和C10）后，对外提供独立的12V电源信号。
[0029]如图7所示为本发明的总线收发器电路的一种电路原理图：当远程通信模块出现异常，此时控制器会通过通信模块电源控制管脚，断开远程通信模块的电源，之后过段时间
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说 明 书
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再次上电；在断电这段时间，如果控制器串口或其他控制信号直接与通信模块相连，此时主系统的3.3V电源会通过串口或控制信号给通信模块I/O口供电，有些通信模块受此影响，会导致下次上电开机失败；此外，由于部分串口或控制信号不是3.3V电平，因此为防止电流倒灌和进行电平匹配，本发明采用了型号为74LV245 总线收发器进行电平匹配和防止电流倒灌。
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