能耗监测系统YC-EMS01硬件设计说明书.doc

苏州元澄智能科技有限公司苏州元澄智能科技有限公司 能耗监测系统能耗监测系统 YC-EMS01YC-EMS01 硬件设计说明书硬件设计说明书 文件编号：文件编号：YCE03YCE03 当前版本： V1.1 文档密级：（内部公开） 作 者：帅珠龙编写日期： 2012-10-28 审 核 人：审核日期： 文件状态： 草稿 正式发布 正在修改 在最后版本正确的状态前 批 准 人：批准日期： 硬件设计说明书元澄智能版权所有 文件修订记录文件修订记录 变更版本修订日期原因与修改情况描述修订人审核人 V1.02012-10-8格式规范陈良 V1.12012-11-8定稿陈良 硬件设计说明书元澄智能版权所有 目目 录录 1.产品概述产品概述.1 1.1.功能简介1 1.2.相关标准1 1.3.术语和缩写词2 2.功能需求功能需求.2 2.1.总体结构与层次关系2 2.2.MCU 模块3 2.3 传输模块.4 2.4 存储模块.4 2.5 控制模块.4 2.6 时钟模块.4 2.7 电源模块.5 3.主要元器件及其规格主要元器件及其规格.5 4 接口设计接口设计.6 5 引脚及信号定义引脚及信号定义.7 6 嵌入式软件设计嵌入式软件设计.7 7 测试说明测试说明.10 硬件设计说明书元澄智能版权所有 第 1 页 1.1. 产品概述产品概述 本系统硬件由数据采集器和数据集中器两个模块构成,数据采集器 MCU 采用 51 系列单 片机,数据集中器 MCU 采用 ARM32 位高性能单片机,系统底层通讯采用 RS485 多级通信,上 层采用 TCP/IP 或者 GPRS 通信。可扩展 CAN 通信和液晶显示,触摸屏控制等其它功能。 1.1.1.1.功能简介功能简介 本系统除拥有一般能耗监测系统的数据采集,存储等功能外,还具有能耗动态分析,图形 化界面显示,分项计量显示对比,反向控制等功能。 主要功能特点主要功能特点 （1）模块化设计 采用模块化设计系统,可以根椐用户要求,使用环境,投资目标等制定各种不同应用方案, 从而减少开发周期,节约安装成本。 （2）技术领先，稳定可靠 选用高可靠性 MCU 和优质元器件，PCB 板精心布线，成熟的信号隔离抗干扰方案， 稳定纯净的电源供电电路，使本系统能在各种环境下长时间稳定工作。 信号传输采用 RS485 总线通信技术，具有很强的错误检测能力，通信距离远，抗干扰 能力强，挂载设备多。 （3）实用性高，主要指标如下 信号采集端：11024 个 采集速率：5min/次 查询时间： 3 万小时 联网距离通信距离最远可达 1.2KM 计量设备每台数据集中器32 远传接口 Ethernet/GPRS 工作温度 -2070 工作湿度 20%90% 存储温度 -2585 主机尺寸72*118*38mm(数据采集器) 2.2.2.2. MCUMCU 模块模块 功能：协调控制 功能描述：数据采集器使用 STC12LE5A16S2，数据集中器使用 LM3S9B92 。 用到的接口：无 硬件设计说明书元澄智能版权所有 第 4 页 2.32.3 传输模块传输模块 功能：数据通信 功能描述：能耗监测系统是由数据采集器和数据集中器组成的，通过使用通信模块， 将能耗监测系统的各个模块组成一个系统，数据采集器通过 RS485 总线协议连接到数 据集中器，多个数据集中器通过 TCP/IP 或 GPRS 与上位机互相连接。 用到的接口：RS485/RS232/GPRS/RJ45 2.42.4 存储模块存储模块 (1)功能：就地存储 功能描述：数据采集器与数据集中器通信中断时，每次采集的数据暂时无法上传，以 列表的方式暂存到数据采集器的 EEPROM 中。 用到的接口：单片机内部接口 (2)功能：集中存储 功能描述：能耗监测系统与上位机通信中断时，数据集中器接收到的数据暂存在 FLASH 存储模块中，恢复通信时重新上传，根椐系统大小确定 FLASH 模块的选型，一 般 2-64M。 用到的接口：SPI/I2C 接口 2.52.5 控制模块控制模块 (1)功能：开关控制 功能描述：远程控制能源供应开关 用到的接口：I/O 口 (2)功能：报警 功能描述：能耗超量报警 用到的接口：I/O 口 2.62.6 时钟模块时钟模块 功能：系统时钟 硬件设计说明书元澄智能版权所有 第 5 页 功能描述：无论是数据采集和存储都需要添加当前时间，这样的数据才是有效数据。 用到的接口：I2C 总线 2.72.7 电源模块电源模块 功能：提供电源 功能描述：将 220V 交流转变成 12V,5V，以及 3.3V 直流分别供 MCU 及其它模块使用。 用到的接口：无 3.3.主要元器件及其规格主要元器件及其规格 数据集中器： 序号元器件名型号供应商 价格 （元） 1ICLM3S9B92TI50 2 485 收发器 MAX485EENXP1.2 3 232 收发器 MAX232NXP1.5 4FLASHMX25L3205MAX3 5 电源芯片 LM2575-55 6 电源芯片 AMS1117-31 7 时钟芯片 DS1302DALAS0.75 8 网络变压器 HR911105AHanrun5 数据采集器： 序号元器件名型号供应商价格 （元） 1ICSTC12LE5A16S2STC5 2 485 收发 器 MAX485ENXP1.2 3 电源芯片 LM78051 4 时钟芯片 DS1302DALAS0.75 5 继电器 HFD-23HF2 硬件设计说明书元澄智能版权所有 第 6 页 4 接口设计接口设计 序 号 接口名接口设计 引脚保护电路端口 VCC(12) 串联整流二极管和可恢复性电阻，反向二极管接地 5.04mm 1 电源接 口 GND 无 引脚保护电路对应关系 VCC 无PCB 板取 3.3 GND 无共地 RXIN 接上拉电阻 LM3S9B92 的 37 脚 RXIP 接上拉电阻 LM3S9B92 的 40 脚 TXOP 接上拉电阻 LM3S9B92 的 43 脚 2TCP/IP RJ45 网口 TXON 接上拉电阻 LM3S9B92 的 46 脚 RXDLM3S9B92 的 30 脚 485 通 信接口 TXDLM3S9B92 的 31 脚 TMPLM3S9B92 的 PD6 脚 防拆 GND 无 VCC GND UART_TXLM3S9B92 的 PD0 脚 调试串 口 UART_RX 1 2 3 4 UART1 PD1/U1TX PD0/U1RX VCC GND LM3S9B92 的 PD1 脚 硬件设计说明书元澄智能版权所有 第 7 页 VCC GND TDILM3S9B92 的 PC2 脚 TMSLM3S9B92 的 PC1 脚 TCKLM3S9B92 的 PC1 脚 TD0LM3S9B92 的 PC3 脚 烧写口 RESET 12 34 56 78 910 1112 1314 1516 1718 1920 JTAG Header 10X2 PC 2/TDI PC 1/TM S PC 0/TC K PC 3/TD0 GND VC C M C U_R ESET VC C R 0 10k LM3S9B92 的 64 脚 5 5 引脚及信号定义引脚及信号定义 数据集中器见“数据集中器引脚与信号定义”文件。 数据采集器见“数据采集器引脚与信号定义”文件。 6 6 嵌入式软件设计嵌入式软件设计 （1）数据采集器读取数据： 硬件设计说明书元澄智能版权所有 第 8 页 (2) 数据集中器收集数据： 数据集中器将数据采集器中能耗数据集中先存储在芯片内部 FLASH 中，等待上位 机接收，如上位机接收成功，则清除内部 FLASH 中数据，如通信中断无法上传，则另 存储到外部 FLASH 中，然后准备下一轮数据采集。 硬件设计说明书元澄智能版权所有 第 9 页 (3) 函数及其功能描述 函数名称函数名称功能描述功能描述 Main主函数 Get_ID获取硬件 ID IO_InitIO 口初始化 IO_InterruptIO 口中断处理 System_Init系统初始化 Uart_Init串口初始化 Uart_Sent串口发送数据 Uart_Recive串口接收数据 Uart_Interrupt串口中断处理 Ds1302_Init时钟芯片 DS1302 初始化 Get_Time读取当前时间 Set_Time设置时间 LED_On/OffLED 亮/灭 Key_On/Off继电器开/关 Flash_InitFLASH 初始化 Write_Date_Flas h FLASH 写数据 Read_Date_FlashFLASH 读数据 硬件设计说明书元澄智能版权所有 第 10 页 Tcp_InitTCP/IP 初始化 Tcp_ReciveTCP/IP 接收数据 Tcp_sentTCP/IP 发送数据 Tcp_ InterruptTCP/IP 中断处理 Wdt_Init看门狗初始化 Wdt_Feed看门狗清除 Lcd_InitLCD 液晶显示初始化 Lcd_writeLCD 写数据 Gprs_InitGPRS 初始化 Gprs_ModeGPRS 模式设置 Gprs_SentGPRS 数据发送 Gprs_ReciveGPRS 数据