CN202815525U - 一种风光供电智能测控服务器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风光供电智能测控服务器，包括供电电源模块、接入模块、指令分析模块、通讯模块、自检控制模块和人机操作界面模块。本实用新型通过传感器和执行器对现场参数进行测量、感知、调节、控制和信息传递，对接入的传感器和执行器进行工作状态监测、调整和远程控制，而且能够对服务器自身硬件和软件运营进行测量、调节、控制和信息传递，对采集到的数据进行合理性分析，以及时发现问题并予以干预、调节、控制、切换和重启，达到对设备运行问题进行自动修复和远程控制的目的，降低了维护成本、提高了效率。

Description

一种风光供电智能测控服务器

技术领域

本实用新型涉及监控领域，特别涉及一种风光供电智能测控服务器。

背景技术

目前普遍使用的太阳能远程遥测、遥控系统解决了现场的供电问题、现场传感器的接入问题、现场到后台软件系统的通讯问题。但是，对于现场系统自身工作状态的检查、调整和恢复的问题；现场传感器和执行器的工作状态的检查、控制和恢复问题；当现场和后台软件之间的通讯发生问题的时候的处理问题，现有技术还不能够很好地解决这些问题。

目前普遍使用的系统大多是以系统集成的方式进行，不存在系统自身的自我监控检查和自我故障修复的能力，一旦系统发生问题，必须维护人员达到现场对系统进行检查，发现问题的形成原因，再解决问题。同时，这些系统都采用蓄电池稳压型充电控制器来为系统供电。蓄电池稳压型充电控制器虽成本比较低，但是，一旦发生蓄电池电压低或者蓄电池损坏，整个系统将不能工作。另外，这些系统，都是以电压来折算蓄电池的电量，当系统所负载的设备功耗比较小，同时工作状态非常稳定的时候，蓄电池电压和电量之间存在一定的线性关系，可以满足要求，而当系统所负载的设备比较多、功耗比较大、工作状态多变的情况下，测量到的蓄电池电压就会时高时低，这时蓄电池电压和电量没有对应关系，因此蓄电池电压的升高或降低，不能准确表明蓄电池电量的升高和降低。

对简单的问题和近距离的监测点，人们比较容易到达现场，直接对设备进行检查并解决问题。然而对于比较复杂的问题，现场检查将不能发现全部的问题，对于距离遥远的监测点或者安装在环境险恶位置的系统，往往因为人员不能及时到达而不能及时得到修复，此外，人工现场修复的成本也非常高。

因此，现有监控技术存在普遍的缺陷和不足，如：不具有对传感器、执行器工作状态的检查、调整和控制；不具有对系统本身工作状态的检查、调整和控制；不具有通讯故障时的备份和自动切换能力；蓄电池失效情况下，系统不能工作；电量计算不实等。

参考：

3G（3rd-generation，第三代移动通信）；

WIFI（wireless fidelity,无线相容性认证）；

D/A（digital to analog converter，d/a转换器）；

RS485（recommeded standard 485，代表推荐标准485）；

I2C（Inter－Integrated Circuit，两线式串行总线）；

CAN（Controller Area Network,控制器局域网络)；

RS422（recommeded standard 422，代表推荐标准422）；

RS232（recommeded standard 232，代表推荐标准232）；

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，网络通讯协议）；

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）；

MODBUS（工业现场总线协议）；

ASCII（American Standard Code for Informat ion Interchange，美国标准信息交换码）；

PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）；

MCU（Micro Control Unit，微控制单元或单片微型计算机）。

实用新型内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种风光供电智能测控服务器，能够实现自检、自控和自我调整，可以在后台软件和人工的干预下，实现远程修复。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种风光供电智能测控服务器，包括实现各组成模块电源供应的供电电源模块；

实现接入传感器、执行器以采集现场信息、执行后台操作指令和控制现场目标的接入模块；

实现数据反馈、数据分析和指令分析的指令分析模块；

实现指令分析模块与后台管理软件之间数据交互的通讯模块；

实现各组成模块的参数检测、分析和控制的自检控制模块；

实现人机交互的人机操作界面模块；

供电电源模块、接入模块、自检控制模块和人机操作界面模块将各自的参数信息和操作指令通过通讯模块发送至指令分析模块，经过指令分析模块的分析后通过通讯模块反馈至后台进行人工干预，实现远程控制。

作为优选，本实用新型所述供电电源模块包括太阳能发电、风能发电、现场电源、蓄电池及其组合，所述太阳能发电和风能发电与蓄电池通过电路连接实现对蓄电池的充电，太阳能发电、风能发电和蓄电池分别连接现场电源，通过现场电源实现对各组成模块的电源供应。

作为优选，本实用新型所述供电电源模块与指令分析模块通讯的方式为I2C、RS485及其组合。

作为优选，本实用新型所述接入模块支持的信号包括电压电流信号、脉冲信号、开关信号、RS485信号、RS422信号、RS232信号及其组合。

作为优选，本实用新型所述接入模块支持的控制协议包括RS485协议、RS422协议、RS232协议、TCP/IP协议、MODBUS协议及其组合。

作为优选，本实用新型所述接入模块支持的数据编码方式包括标准二进制码、格雷码、ASCII码及其组合。

作为优选，本实用新型所述通讯模块的通讯方式可以是2.5G、3G、4G、WIFI、WiMax、卫星、光缆、短信息通讯及其组合。

作为优选，本实用新型所述自检控制模块检测的参数包括发电电压电流、储电电压电流、即时电量、输出电压电流、供电状态控制、PWM参数、大功率元器件的实际温度。

作为优选，本实用新型所述指令分析模块包括MCU、时钟电路、数据存储单元模块、主系统电源控制模块和主系统工作电压电流测量模块，所述自检控制模块通过时钟电路和数据存储单元模块与MCU连接，主系统电源控制模块通过主系统工作电压电流测量模块与MCU连接，为采用省电工作模式工作。

作为优选，本实用新型所述MCU、人机操作界面模块和通讯模块处于休眠状态，其激活唤醒的方式可以是外部触发器事件、定时器、软件排程、短消息及其组合。

本实用新型的有益效果是，通过传感器和执行器对现场参数进行测量、感知、调节、控制和信息传递，对接入的传感器和执行器进行工作状态监测、调整和远程控制，而且能够对服务器自身硬件和软件运营进行测量、调节、控制和信息传递，对采集到的数据进行合理性分析，以及时发现问题并予以干预、调节、控制、切换和重启，达到对设备运行问题进行自动修复的目的，降低了维护成本、提高了效率。

附图说明

图1为现有技术系统结构图；

图2为本实用新型的系统结构示意框图；

图3为本实用新型接入系统结构示意框图；

图4为本实用新型电源控制省电模式结构示意框图；

图5为本实用新型数据通讯结构示意框图。

具体实施方式：

为了使本实用新型的创作特征、技术手段与达成目的易于明白理解，以下结合具体实施例进一步阐述本实用新型。

实施例：

参看图2，一种风光供电智能测控服务器，包括实现各组成模块电源供应的供电电源模块400；实现接入传感器201、执行器202以采集现场信息、执行后台操作指令和控制现场目标的接入模块200；

实现数据反馈、数据分析和指令分析的指令分析模块100；实现指令分析模块与后台管理软件之间数据交互的通讯模块300；实现各组成模块的参数检测、分析和控制的自检控制模块600；实现人机交互的人机操作界面模块500；

供电电源模块400、接入模块200、自检控制模块600和人机操作界面模块500将各自的参数信息和操作指令通过通讯模块300发送至指令分析模块100，经过指令分析模块100的分析后通过通讯模块300反馈至后台管理软件进行人工干预，实现远程控制。

所述供电电源模块400包括太阳能发电401、风能发电404、现场电源402、蓄电池403及其组合，所述太阳能发电401和风能发电404与蓄电池403通过电路连接实现对蓄电池403的充电，太阳能发电401、风能发电404和蓄电池403分别连接现场电源402，通过现场电源402实现对各组成模块的电源供应。

所述供电电源模块400与指令分析模块100通讯的方式为I 2C、RS485及其组合。所述接入模块200支持的信号包括电压电流信号、脉冲信号、开关信号、RS485信号、RS 422信号、RS232信号及其组合。所述接入模块200支持的控制协议包括RS485协议、RS422协议、RS232协议、TCP/IP协议、MODBUS协议及其组合。所述接入模块200支持的数据编码方式包括标准二进制码、格雷码、ASCII码及其组合。所述通讯模块300的通讯方式可以是2.5G、3G、4G、WIFI、WiMax、卫星、光缆、短信息通讯及其组合。所述自检控制模块600检测的参数包括发电电压电流、储电电压电流、即时电量、输出电压电流、供电状态控制、PWM参数、大功率元器件的实际温度。

所述指令分析模块100包括MCU 101、时钟电路103、数据存储单元模块102、主系统电源控制模块104和主系统工作电压电流测量模块105，所述自检控制模块600通过时钟电路103和数据存储单元模块102与MCU 101连接，主系统电源控制模块104通过主系统工作电压电流测量模块105与MCU 101连接，为采用省电工作模式工作，所述MCU 101、人机操作界面模块500和通讯模块300处于休眠状态，其激活唤醒的方式可以是外部触发器事件、定时器、软件排程、短消息及其组合。

图3为接入系统结构示意框图，参看图3，模拟信号隔离放大单元203、脉冲信号隔离放大整形单元204、开关量信号隔离整形单元205、串行信号数据隔离单元206、传感器隔离电源207和传感器工作电压电流检测208共同构成传感器201的接口，其中模拟信号隔离放大单元203、脉冲信号隔离放大整形单元204、开关量信号隔离整形单元205和串行信号数据隔离单元206根据传感器201的实际信号接口标准进行选择性地使用。模拟信号隔离放大单元203、脉冲信号隔离放大整形单元204、开关量信号隔离整形单元205和串行信号数据隔离单元206分别连接到指令分析模块100的MCU 101的相应接口上。

模拟信号隔离输出单元209、脉冲信号隔离输出210、开关量信号隔离输出211、串行信号数据隔离单元212、执行器工作隔离电源213和执行器工作电压电流检测214共同构成执行器202的接口，其中，模拟信号隔离输出单元209、脉冲信号隔离输出210、开关量信号隔离输出211和串行信号数据隔离单元212分别被连接到指令分析模块100的MCU 101的相应接口上。

视频传感器220、音频传感器221、音频输出器222、云台驱动223连接到视频编码和音频编解码单元224，并与视频编码和音频编解码单元224一起，接受音视频工作隔离电源225和音视频工作电压电流检测226的供电，实现对视频传感器220、音频传感器221、音频输出器222和云台驱动223的开启和关闭操作，以实现对其工作时的电压电流和功耗的检测。视频编码和音频编解码单元224连接到通讯模块300的网络端口，同时连接到MCU 101，后台软件可以通过MCU 101对它们进行操作控制。接入模块电压电流检测215用于检测整个接入模块200和各传感器、执行器的总电流、电压，并因此计算出接入模块200的总功耗。现场电源401为接入模块200的传感器201、执行器202提供工作电源。

由于不同厂商生产的传感器和执行器存在电源和接地干扰方面的问题，采用信号隔离和电源隔离进行电气隔离可以有效排除干扰。传感器隔离电源207、执行器工作隔离电源213和音视频工作隔离电源225都将受到MCU 101的控制，MCU 101将根据检测程序来接通和断开传感器隔离电源207、执行器工作隔离电源213和音视频工作隔离电源225。

通过接通和断开传感器隔离电源207，比较前后传感器工作电压电流检测208和接入模块电压电流检测215的电压电流变化和电压电流乘积，可以计算出传感器201当时的实际功耗，根据正常情况下传感器201的运行功耗，可以判断传感器201的供电正常情况。在被测参数相对稳定的条件下，通过两次接通传感器隔离电源207来采集传感器201输出的信号和数据，可以判断传感器201的数据检测是否正常。通过断开和接通传感器隔离电源207，可以方便地完成对传感器201的重新启动。对于一些特殊传感器，辅以辅助元器件，可以对传感器进行校准。

通过接通和断开执行器工作隔离电源213，比较前后执行器工作电压电流检测214和接入模块电压电流检测215所检测到的电压电流变化和电压电流乘积，可以计算出执行器202当时的实际功耗，根据正常情况下执行器202的工作功耗，可以判断执行器202的供电是否正常，可以方便地实现对执行器202的重新启动。通过向执行器202输出控制信号和数据，收集相对应的传感器201的返回信号和数据，可以判断执行器202工作正常，对其进行校准。

通过接通和断开音视频工作隔离电源225，对视频传感器220、音频传感器221、音频输出器222和云台驱动223的供电，比较前后音视频工作电压电流检测226和接入模块电压电流检测215所检测到的电压电流和电压电流乘积，可以计算出音视频工作隔离电源225，对视频传感器220、音频传感器221、音频输出器222和云台驱动223的工作功耗，可以判断其工作是否正常。通过音视频工作电压电流检测226对指定的设施视频传感器220、音频传感器221、音频输出器222和云台驱动223进行重启操作。

对于具有自我检测功能的智能传感器、执行器和摄像头、云台等，本实用新型可以接收它们的数据，对他们进行更进一步的工作状况检测。

本实用新型为了达到省电的目的，在所有电源控制部分均采用了具有闭锁功能的双稳态继电器，这种继电器的特点是通过对继电器的发出接通和断开信号来控制继电器的触点，当继电器完成了接通或断开的操作后，不再需要信号电来进行状态的维持，即可以将信号电撤除。

图3中，主板温度测量230测量各系统主板的工作温度，当工作温度高于设定极限时，通过断开供电或限制负载大小来降低主板的功率消耗，或者通过开启半导体制冷器，来达到平抑或降低工作温度，使系统工作稳定。环境参数测量231测量对服务器工作产生影响的参数，包括环境温度、湿度和振动强度，通过对这些参数的测量，可以结合其它测量参数（例如主板工作温度、太阳能发电功率等），有效地计算和判断服务器各模块的工作状态的合理性，相关参数的变化趋势，预测潜在的故障风险以及故障发生的时间。服务器物理状态测量232测量服务器在现场的空间位置状态，包括方位角度、倾（仰）角度、旋转角度、离地高度和经纬度，这些参数将有效地了解到服务器安装状态的变化。这些状态参数将非常有利于解释相关传感器和执行器的测量参数和执行效果的变化。

本实用新型中，有关服务器自身运行工作状态的参数都传递到自检控制模块600进行计算分析和参数调整，对参数的调整将通过执行器、控制电源等来进行。同时自检控制模块600还将计算分析结果通过通讯模块300传递到后台软件，与后台软件进行验算。因此当服务器和后台软件之间的通讯畅通的时候，对服务器的工作可以通过后台软件或者人工方式进行干预；当服务器和后台软件之间的通讯断开时，将由自检控制模块600来独立完成对服务器工作的干预，直至和后台软件之间的通讯恢复。通过事先安装冗余的部件，例如现场电源主板、蓄电池、通讯模块、系统主板和相关的传感器和执行器，在自检控制模块600、后台软件以及人工的干预下，可以完成大部份服务器维修和备件更换。

图4为本实用新型电源控制省电模式结构示意框图，参看图4，MCU 101、时钟电路103、数据存储单元模块102、主系统电源控制模块104和主系统工作电压电流测量模块105共同构成指令分析模块100的硬件电路部份，通过MCU 101和人机操作界面模块500的通讯，实现现场对服务器的设置和查询操作，通过MCU 101和通讯模块300之间的通讯，实现接收后台软件的指令和向后台软件发送数据的操作。

主系统电源控制模块104和主系统工作电压电路测量模块105实现对MCU 101、通讯模块300和人机操作界面模块500的供电控制。人机操作界面模块500仅当需要现场设置和查询的时候才接通电源，MCU 101和通讯模块300仅当需要进行数据传输或者需要接收后台软件指令时才接通电源。由于MCU 101和通讯模块300在整个系统的耗电中占据了非常大的部份，通过对MCU 101和通讯模块300的供电控制对整个系统工作功耗的下降起到关键作用。通过让MCU 101和通讯模块300接入休眠状态，减少系统功耗。

时钟电路103和数据存储单元模块102同时联接MCU 101和自检控制模块600，使得指令分析模块100和自检控制模块600基于同一个时钟，同时检测到的数据、接收到的指令以及服务器工作数据可以有效地保存在数据存储单元模块102中，当需要回溯服务器工作时，可以从数据存储单元模块102中导出需要的数据和指令。

通过主系统工作电压电流测量模块105获得电压电流和乘积的变化以及对MCU 101、人机操作界面模块500和通讯模块300的操作指令，可以基本判断系统硬件的工作情况。

当MCU 101、人机操作界面模块500和通讯模块300不工作的时候，自检控制模块600将承担整个系统的值守任务。MCU 101和通讯模块300可以被外部触发事件、定时器、软件排程、短消息等方式唤醒。

如图5所示，本实用新型中的通讯模块基于标准的工业以太网协议，在通讯方法上可以使用2.5G、3G、4G、WIFI、卫星数据通讯和光缆通讯方式实现数据通讯，并且具有多个冗余的通讯通道。当首选通道断开时，可以按照设定程序，联接第二通道，路由功能301是通讯模块300的核心部分，它接收从以太网交换接口305传递过来的上传数据，也通过以太网交换接口305向MCU 101下发指令，路由功能301具有多个外联通讯模块，分别是工业级WLAN网卡302满足WIFI通讯的需要，工业级2.5/3/4G模块303满足通过3G通讯的需要，以太网接口304满足卫星和光缆通讯的需要，根据设好的程序，通讯可以在工业级WLAN网卡302、工业级2.5/3/4G模块303和以太网接口304之间切换。以太网交换接口305是通讯模块联接指令分析模块100等服务器内部系统的接口，采用工业标准的以太网接口，有利于服务器系统的标准化和扩展需要。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种风光供电智能测控服务器，其特征在于，包括： 

实现各组成模块电源供应的供电电源模块； 

实现接入传感器、执行器以采集现场信息、执行后台操作指令和控制现场目标的接入模块； 

实现数据反馈、数据分析和指令分析的指令分析模块； 

实现指令分析模块与后台管理软件之间数据交互的通讯模块； 

实现各组成模块的参数检测、分析和控制的自检控制模块； 

实现人机交互的人机操作界面模块； 

供电电源模块、接入模块、自检控制模块和人机操作界面模块将各自的参数信息和操作指令通过通讯模块发送至指令分析模块，经过指令分析模块的分析后通过通讯模块反馈至后台进行人工干预，实现远程控制。 

2.根据权利要求1所述的服务器，其特征在于，所述供电电源模块包括太阳能发电、风能发电、现场电源、蓄电池及其组合，所述太阳能发电和风能发电与蓄电池通过电路连接实现对蓄电池的充电，太阳能发电、风能发电和蓄电池分别连接现场电源，通过现场电源实现对各组成模块的电源供应。 

3.根据权利要求1或2所述的服务器，其特征在于，所述供电电源模块与指令分析模块通讯的方式为I2C、RS485及其组合。 

4.根据权利要求1所述的服务器，其特征在于，所述通讯模块的通讯方式可以是2.5G、3G、4G、WIFI、WiMax、卫星、光缆、短信息通讯及其组合。 

5.根据权利要求1所述的服务器，其特征在于，所述指令分析模块包括MCU、时钟电路、数据存储单元模块、主系统电源控制模块和主系统工作电压电流测量模块，所述自检控制模块通过时钟电路和数据存储单元模块与MCU连接，主系统电源控制模块通过主系统工作电压电流测量模块与MCU连接。 

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