本實(shí)用新型具體涉及一種用于水泵的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集裝置。

背景技術(shù)：

泵行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性行業(yè)，對國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展發(fā)揮著重要作用。泵屬于通用機(jī)械設(shè)備，應(yīng)用面廣，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、礦山、城建、核電和國防軍工等領(lǐng)域，而且泵的數(shù)量多，作為我國工業(yè)領(lǐng)域最主要的耗能設(shè)備之一，其耗電量約占全國總發(fā)電量的20%左右。因此對水泵進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測，減少水泵故障運(yùn)行時(shí)間，提高水泵運(yùn)行效率也具有重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

目前，水泵使用單位在采購泵產(chǎn)品的過程中，并不關(guān)心水泵的節(jié)能技術(shù)指標(biāo)，而只是關(guān)心產(chǎn)品能否滿足使用要求，價(jià)格是否低廉。為了保險(xiǎn)起見，使用單位往往選用流量和揚(yáng)程裕量過大的水泵，結(jié)果是使其不能在高效區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)，水泵的實(shí)際運(yùn)行效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水泵的最高效率，造成大馬拉小車的現(xiàn)象。此外，水泵在使用過程中，由于缺乏健全的管理制度和科學(xué)的檢查規(guī)程，操作養(yǎng)不當(dāng)，或長期使用的零部件不能及時(shí)修理、更換等，便容易發(fā)生故障，造成大量的能源浪費(fèi)。因此需要對水泵的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，了解水泵的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)對水泵進(jìn)行維修和調(diào)整，以提高水泵的運(yùn)行效率。

目前，節(jié)能服務(wù)公司如果需要對泵設(shè)備進(jìn)行改造，那么久需要改造前泵設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)為改造方案提供依據(jù)；需要監(jiān)測改造后水泵實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)為項(xiàng)目運(yùn)維和售后提供支持；需要實(shí)時(shí)運(yùn)行的電量值用以節(jié)電結(jié)算。但是，目前并沒有任何面向水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)的專用采集設(shè)備，要獲取數(shù)據(jù)只能采取人工不定期本地抄讀方式，有需要時(shí)甚至安排專人長期駐守，24小時(shí)監(jiān)控，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且效率極其低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠全程自動(dòng)化監(jiān)測水泵的運(yùn)行狀態(tài)，并且全程對水泵的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化采集、記錄并上傳的用于水泵的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集裝置。

本實(shí)用新型提供的這種用于水泵的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集裝置，包括控制器模塊、電源模塊、通信接口模塊、存儲(chǔ)模塊、模擬量采集模塊和計(jì)量模塊；電源模塊為控制器模塊、通信接口模塊、存儲(chǔ)模塊和計(jì)量模塊供電；通信接口模塊與控制器模塊連接，用于將裝置的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)對外發(fā)送，和用于接收外部對裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和發(fā)出控制指令；存儲(chǔ)模塊與控制器模塊連接，用于存儲(chǔ)裝置的運(yùn)行參數(shù)和計(jì)量的水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)及參數(shù)；模擬量采集模塊與控制器模塊連接，用于采集模擬量信號(hào)并傳入控制器；計(jì)量模塊與控制器模塊連接，用于計(jì)量被測水泵電機(jī)的用電能耗數(shù)據(jù)，并上傳控制器模塊。

所述的控制器模塊包括控制器、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和看門狗電路；時(shí)鐘電路與控制器連接并提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)；復(fù)位電路與控制器連接，用于系統(tǒng)異?；螂娫吹洚惓Ｇ闆r下的控制器重啟；看門狗電路與控制器連接，用于控制程序出現(xiàn)異常時(shí)使控制程序自動(dòng)重啟。

所述的模擬量采集模塊包括直流電流采樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；直流電流采樣電路用于對直流電流模擬信號(hào)進(jìn)行采集并傳入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將采集的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并傳入控制器。

所述的計(jì)量模塊用于計(jì)量被測水泵的電機(jī)的用電能耗數(shù)據(jù)并傳入控制器模塊。

所述的電源模塊包括整流電路、開關(guān)電源電路和濾波電路；外部市電通過整流電路后輸入開關(guān)電源電路，開關(guān)電源電路輸出12V電源和5V電源，再經(jīng)過濾波電路后輸出。

所述的通信接口模塊包括USB通信接口電路、RS-485通信接口電路、紅外接口電路、總線收發(fā)器電路和GPRS/CDMA通信接口電路；USB通信接口電路、RS-485通信接口電路和紅外接口電路與控制器模塊連接，用于對外提供通信接口；GPRS/CDMA通信接口電路通過總線收發(fā)器電路連接控制器模塊，總線收發(fā)器電路用于防止電流倒灌和進(jìn)行電平匹配。

所述的控制器為型號(hào)為MB9BF218S的控制器。

所述的存儲(chǔ)模塊為FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路。

所述的總線收發(fā)器電路為74LV245總線收發(fā)器電路。

本實(shí)用新型提供的這種用于水泵的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集裝置，采用模擬量采集電路對水泵的運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行采集，同時(shí)采用計(jì)量電路對水泵所用電機(jī)的用電能耗進(jìn)行計(jì)量，并將結(jié)果送入控制器和存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)，控制器能夠控制模擬量采集模塊和計(jì)量模塊自動(dòng)運(yùn)行，并通過通信模塊與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交互，因此本實(shí)用新型能夠全程自動(dòng)化監(jiān)測水泵的運(yùn)行狀態(tài)，并且全程對水泵的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化采集、記錄并上傳；同時(shí)，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、電路安全可靠，成本低廉。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的功能模塊圖。

圖2為本實(shí)用新型的時(shí)鐘電路的一種電路原理圖。

圖3為本實(shí)用新型的復(fù)位電路的一種電路原理圖。

圖4為本實(shí)用新型的看門狗電路的一種電路原理圖。

圖5為本實(shí)用新型的FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路的一種電路原理圖。

圖6為本實(shí)用新型的電源模塊的一種電路原理圖。

圖7為本實(shí)用新型的總線收發(fā)器電路的一種電路原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示為本實(shí)用新型的功能模塊圖：本實(shí)用新型提供的這種用于水泵的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集裝置，包括控制器模塊、電源模塊、通信接口模塊、存儲(chǔ)模塊、模擬量采集模塊和計(jì)量模塊；電源模塊為控制器模塊、通信接口模塊、存儲(chǔ)模塊和計(jì)量模塊供電；通信接口模塊與控制器模塊連接，用于將裝置的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)對外發(fā)送，和用于接收外部對裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和發(fā)出控制指令；存儲(chǔ)模塊與控制器模塊連接，用于存儲(chǔ)裝置的運(yùn)行參數(shù)和計(jì)量的水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)及參數(shù)；所述的模擬量采集模塊包括直流電流采樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于對傳感器輸入的直流電流模擬信號(hào)進(jìn)行采集，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳入控制器；計(jì)量模塊與控制器模塊連接，用于計(jì)量被測水泵電機(jī)的用電能耗數(shù)據(jù)，并上傳控制器模塊；控制器模塊包括控制器、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和看門狗電路；時(shí)鐘電路與控制器連接并提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)；復(fù)位電路與控制器連接，用于系統(tǒng)異?；螂娫吹洚惓Ｇ闆r下的控制器重啟；看門狗電路與控制器連接，用于控制程序出現(xiàn)異常時(shí)使控制程序自動(dòng)重啟；模擬量采集模塊包括直流電流采樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；計(jì)量模塊包括電能計(jì)量電路；直流電流采樣電路用于對傳感器輸入的直流電流模擬信號(hào)進(jìn)行采集，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路用于對模擬量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；電能計(jì)量電路用于計(jì)量被測水泵的用電能耗數(shù)據(jù)并傳入控制器模塊；電源模塊包括整流電路、開關(guān)電源電路和濾波電路；外部市電通過整流電路后輸入開關(guān)電源電路，開關(guān)電源電路輸出12V電源和5V電源，再經(jīng)過濾波電路后輸出；通信接口模塊包括總線收發(fā)器電路、USB通信接口電路、RS485通信接口電路、紅外接口電路、GPRS/CDMA通信接口電路和電能表通信接口電路；USB通信接口電路、RS-485通信接口電路和紅外接口電路與控制器模塊連接，用于對外提供通信接口；GPRS/CDMA通信接口電路通過總線收發(fā)器電路連接控制器模塊，總線收發(fā)器電路用于防止電流倒灌和進(jìn)行電平匹配。

如圖2所示為本實(shí)用新型的時(shí)鐘電路的一種電路原理圖：時(shí)鐘電路就是一個(gè)振蕩器，給CPU提供一個(gè)節(jié)拍，CPU執(zhí)行各種操作必須在這個(gè)節(jié)拍的控制下才能進(jìn)行，保證CPU內(nèi)部各組件同步工作；本實(shí)施例中，主時(shí)鐘電路由無源晶振（圖中標(biāo)示X2）組成，無源晶振頻率為12MHZ，其兩個(gè)引腳并聯(lián)兩個(gè)20PF的起振電容（圖中標(biāo)示C4和C5）。

如圖3所示為本實(shí)用新型的復(fù)位電路的一種電路原理圖：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)或電源跌落等異常時(shí)，控制器可以通過復(fù)位電路進(jìn)行重啟，保證系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常工作；在該實(shí)施例中，復(fù)位電路為電源監(jiān)測電路，用于監(jiān)控主系統(tǒng)3.3V電源：當(dāng)3.3V電源電壓跌落到3.08V以下時(shí)，此電路立即輸出低電平復(fù)位信號(hào)使系統(tǒng)重新復(fù)位，復(fù)位電路主要由型號(hào)為TCM809的電壓監(jiān)測芯片組成。

如圖4所示為本實(shí)用新型的看門狗電路的一種電路原理圖：看門狗電路主要由型號(hào)為MAX706的芯片組成，其輸出的復(fù)位信號(hào)PW_EN直接控制控制器的使能管腳，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常導(dǎo)致MAX706的6腳WDI沒有喂狗信號(hào)時(shí)，此時(shí)MAX706芯片的7腳RESET管腳立即輸出低電平信號(hào)斷開主系統(tǒng)電源，使系統(tǒng)重啟。

如圖5所示為本實(shí)用新型的FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路的一種電路原理圖：由于控制器本身的FLASH存儲(chǔ)器過小，無法滿足對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求，這里采用外擴(kuò)的NAND FLASH存儲(chǔ)器，可用作程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；在該實(shí)施例中，采用型號(hào)為TC 58N VG0S3ETAIB的FLASH存儲(chǔ)芯片，芯片的29腳~44腳為8路輸入信號(hào)，芯片的7~9腳、16~19腳為芯片控制引腳，12腳和37腳為電源引腳，連接3.3V電源；6腳、13腳和36腳為接地引腳，6腳通過電阻接地，13腳和36腳直接與地連接。

如圖6所示為本實(shí)用新型的電源模塊的一種電路原理圖：交流電能經(jīng)過整流電路后輸出兩路電源信號(hào)（圖中標(biāo)示V+和V-）；在經(jīng)過共模濾波電感濾除共模干擾后，輸入到開關(guān)電源電路模塊（圖中標(biāo)示D1）；開關(guān)電源電路模塊輸出5路信號(hào)，其中包括兩路地信號(hào)（圖中標(biāo)示GND和AGND），一路5V電源信號(hào)和一路12V電源信號(hào)，還有一路信號(hào)懸空；5V電源信號(hào)經(jīng)過濾波電感（圖中標(biāo)示L1）和一組濾波電容（圖中標(biāo)示C5~C9）后，在經(jīng)過保護(hù)二極管（圖中標(biāo)示V16和V17）對外提供5V電源；另一路12V電源信號(hào)經(jīng)過保護(hù)電阻（圖中標(biāo)示R4）、濾波電容（圖中標(biāo)示C9和C10）后，對外提供獨(dú)立的12V電源信號(hào)。

如圖7所示為本實(shí)用新型的總線收發(fā)器電路的一種電路原理圖：當(dāng)遠(yuǎn)程通信模塊出現(xiàn)異常，此時(shí)控制器會(huì)通過通信模塊電源控制管腳，斷開遠(yuǎn)程通信模塊的電源，之后過段時(shí)間再次上電；在斷電這段時(shí)間，如果控制器串口或其他控制信號(hào)直接與通信模塊相連，此時(shí)主系統(tǒng)的3.3V電源會(huì)通過串口或控制信號(hào)給通信模塊I/O口供電，有些通信模塊受此影響，會(huì)導(dǎo)致下次上電開機(jī)失敗；此外，由于部分串口或控制信號(hào)不是3.3V電平，因此為防止電流倒灌和進(jìn)行電平匹配，本實(shí)用新型采用了型號(hào)為74LV245 總線收發(fā)器進(jìn)行電平匹配和防止電流倒灌。