数据采集模组的制作方法

数据采集模组
【技术领域】
1.本专利申请总体涉及电力系统，并且更具体地涉及一种数据采集模组。


背景技术：

2.在相关技术系统中，电能计量可用于确定消费者正在使用了多少电。在较早的相关技术系统中，通常通过使用附接到建筑物(家庭、商业或其他地方)和电力公司之间的电力线的电表来完成计量。然而，这种系统通常只能提供关于整个建筑物的总用电量信息，不能提供关于建筑物内与特定电路相关的电能消耗信息。
3.相关技术的智能计量系统用于通过将传感器连接到各电路(通常是在断路器箱处)来分析建筑物内的各个电路。然而，断路器箱通常为安装数据采集模组提供的空间是有限的，且相关技术系统可能需要大量安装传感器和数据处理模块，这些传感器和数据处理模块聚集在断路器箱，或需要安装额外的导管(conduit)和接线盒(junction box)。


技术实现要素：

4.本专利申请提供一种数据采集模组。在一个实施例中，一种数据采集模组包括：具有一个外壳的连接面板子组件；电耦合至该连接面板子组件的计算设备子组件，该计算设备子组件有一个外壳，该外壳用于机械地耦合至该连接面板子组件外壳；及电耦合至该计算设备子组件的用户接口子组件，该用户接口子组件有一个外壳，该外壳用于机械地耦合至该计算设备子组件外壳。
5.优选地，该连接面板子组件的外壳堆叠在该计算设备子组件的外壳上。
6.优选地，该计算设备子组件的外壳堆叠在该用户接口子组件的外壳上。
7.优选地，该用户接口子组件的外壳包括可滑动面板，该可滑动面板用于选择性地允许接入该用户接口子组件的一个用户接口。
8.优选地，所述数据采集模组进一步包括用于指示该数据采集模组的电源状态的电源光环子组件。
9.优选地，该电源光环子组件位于该连接面板子组件和该计算设备子组件之间。
10.优选地，该连接面板子组件包括一个或多个数据传输电缆。
11.优选地，所述数据采集模组进一步包括封闭该一个或多个数据传输电缆的盖子。
12.优选地，所述数据采集模组进一步包括一个安装板，该安装板将该数据采集模组机械地耦合至一建筑物的电路面板。
13.优选地，该安装板设有一个穿透该安装板的开口；该开口与所述盖子上的一个开口对接并允许该一个或多个数据传输电缆从该数据采集模组穿入该电路面板。
14.在另一个实施例中，一种数据采集模组包括：具有一个外壳的连接面板子组件；电耦合至该连接面板子组件的用户接口子组件，该用户接口子组件有一个外壳，该外壳用于机械地耦合至计算设备子组件外壳；及将该数据采集模组机械地耦合至建筑物电路面板的安装板。
15.优选地，该连接面板子组件包括一个或多个数据传输电缆。
16.优选地，所述数据采集模组进一步包括封闭该一个或多个数据传输电缆的盖子。
17.优选地，该安装板设有一个穿透该安装板的开口；该开口与所述盖子上的一个开口对接并允许该一个或多个数据传输电缆从该数据采集模组穿入该电路面板。
18.优选地，所述数据采集模组进一步包括电耦合至该连接面板子组件和该用户接口子组件的计算设备子组件，该计算设备子组件有一个外壳，该外壳用于机械地耦合至该连接面板子组件的外壳，该计算设备子组件的外壳位于该连接面板子组件和该用户接口子组件之间。
19.优选地，该连接面板子组件的外壳堆叠在该计算设备子组件的外壳上。
20.优选地，该计算设备子组件的外壳堆叠在该用户接口子组件的外壳上。
21.优选地，该用户接口子组件的外壳包括可滑动面板，该可滑动面板用于选择性地允许接入该用户接口子组件的一个用户接口。
22.优选地，所述数据采集模组进一步包括用于指示该数据采集模组的电源状态的电源光环子组件。
23.优选地，该电源光环子组件位于该连接面板子组件和该计算设备子组件之间。
【附图说明】
24.图1a和1b是根据本专利申请一个实施例的数据采集模组的分解透视图；
25.图2是根据本专利申请一个实施例的数据采集模组的电源光环子组件的分解透视图；
26.图3是根据本专利申请一个实施例的数据采集模组的连接面板子组件的分解透视图；
27.图4a是根据本专利申请一个实施例的数据采集模组的量载计算子组件(on-board computing subassembly)的分解透视图；
28.图4b是根据本专利申请一个实施例的数据采集模组的量载计算子组件的部分放大图；
29.图5是根据本专利申请一个实施例的数据采集模组的中间子组件的分解透视图；
30.图6a是根据本专利申请一个实施例的位于数据采集模组的中间子组件内的连接面板子组件底部的透视图；
31.图6b是图6a所示的连接面板子组件底部的部分放大示意图；
32.图7是根据本专利申请一个实施例的数据采集模组的用户接口(ui)子组件的分解透视图；
33.图8是根据本专利申请一个实施例的数据采集模组的底部子组件的分解透视图；
34.图9是根据本专利申请一个实施例的数据采集模组的透视图；
35.图10是根据本专利申请一个实施例的用于与电路面板外连接(external attachment)的数据采集模组的透视图；
36.图11是根据本专利申请一个实施例的以内部设置(internal configuration)的方式安装在电气面板内的数据采集模组的示意图；
37.图12是根据本专利申请一个实施例的以外部设置(external configuration)的
face)1、多个信号电缆3(亦可称为数据传输电缆)、一个端子板(terminal board)8及其上的多个端子块(terminal block)310。该多个信号电缆3及端子板8上的多个端子块310可插入并穿过该多个开口305。一旦插入，该信号电缆3可通过一个或多个固定环(retaining ring)4固定在该连接面1。该电源光环子组件110可包围该连接面1的边缘并被该端子板8固定，该端子板8通过多个螺丝9固定在该连接面1上。
48.该端子板8可通过该多个信号电缆3和/或该多个端子块310发送和接收信号。该端子板8也可包括一个或多个连接器315，例如mini-hdmi连接器、mini-usb连接器、micro usb连接器或对于本领域技术人员而言显而易见的任何其他连接器。
49.连接面板子组件105也可包括一个外壳(housing)10，该外壳10通过一个或多个螺丝11固定到该连接面1。在该外壳10内，可放置一个电路板12。该电路板12可电耦合至该端子板8，以接收信号并将信号传送至该端子板8，并在将接收到的信号进行处理后传送至该量载计算子组件115。
50.图4a是根据本专利申请一个是实施例的数据采集模组100的量载计算子组件115的分解透视图。图4b是如图4a所示数据采集模组100的量载计算子组件115的a部分的放大图。该量载计算子组件115可包括预先配置的计算板17，该计算板17控制该数据采集模组100的量载处理(on-board processing)。该计算板17可包括一个量载处理器(onboard processor)、快闪存储芯片、图形加速器、浮点(floating-point)加速器和一个或多个微控制器(microcontroller)。该计算板17也可包括多个连接端口(connection port)405，该连接端口405可用于与其他外围设备连接，例如外部存储器或外部通信设备。
51.该连接端口405并非特别限定，其可包括一个以太网端口、一个usb端口或对于本领域技术人员而言显而易见的任何其他端口。如图所示，该计算板17的该连接端口405可安装有一个180度端口对齐连接器(port alignment connector)18以使得安装一个外围设备无需增加该量载计算子组件115的总长度。例如，一个usb天线或收发器可插入该180度端口对齐连接器18，以使该计算板17与另一计算设备例如图13所示的计算设备1305进行通信以发送并接收信息。可替代地，一个usb存储设备可插入该180度端口对齐连接器18，以使该计算板17在内部存储数据。
52.该计算板17可耦合至接口控制板16，该接口控制板16将计算板17连接到连接面板子组件105的电路板12。如图所示，180度端口对齐连接器18可被插入并穿过一个开口410，该开口410穿过接口控制板16而形成。
53.该量载计算子组件115的该接口控制板16也可包括针型连接器(pin connector)610，该针型连接器610与该连接面板子组件105的电路板12连接，如以下图6a和6b所述。进一步地，该量载计算子组件115的该接口控制板16也可包括一个用户接口连接器(user interface connector)415，该用户接口连接器415与下面的用户接口子组件125连接。
54.图5是根据本公开的方面的数据采集模组100的中间子组件120的分解透视图。如图所示，该中间子组件120包括两个外壳盖板(housing cover plate)13和14，该外壳盖板13和14包围一个支撑框架(support frame)15。该支撑框架15通过一个或多个螺丝11固定到该连接面板子组件105的外壳10底部的螺纹孔505。该量载计算子组件115位于该中间子组件120的外壳盖板13和14及支撑框架15内。在该中间子组件120内，该量载计算子组件115耦合至该连接面板子组件105的电路板12，以下将更详细地描述。
55.图6a是根据本公开的方面的位于数据采集模组100的中间子组件内的连接面板子组件105底部的透视图。图6b是图6a所示的该连接面板子组件105底部的b部分的放大图。如上所述，在该中间子组件120内，该量载计算子组件115耦合至该连接面板子组件105的电路板12。该量载计算子组件115与该连接面板子组件105之间的耦合是机械耦合和电耦合。
56.如图6a和6b所示，该连接面板子组件105的该外壳10包括两个(a pair of)插槽(slot)605，该量载计算子组件115插入该两个插槽605以将该量载计算子组件115机械地耦合至该连接面板子组件105。另外，针型连接器610位于该量载计算子组件115上。针型连接器610用于被插入一个接收器端口615，该接收器端口615位于该连接面板子组件105的电路板12上。该量载计算子组件115的针型连接器610插入该连接面板子组件105的电路板12的接收器端口615为该量载计算子组件115和该连接面板子组件105之间提供了电耦合。
57.图7是根据本公开的方面的数据采集模组100的用户接口子组件125的分解透视图。该用户接口子组件125可包括一个电路板20，该电路板20处理从该量载计算子组件115接收到的输出以显示给用户并处理来自用户的输入以发送给该量载计算子组件115。该用户接口子组件125可通过针型连接器(pin connector)715电耦合至该量载计算子组件115，该针型连接器715用于被插入该量载计算子组件115的用户接口连接器415。
58.该用户接口子组件125也可包括一个输出设备21，该输出设备21可用于将信息或指示显示给用户。例如，该输出设备21可以是一个包括一个或多个led的led灯条，可用于为用户指示状态或情况信息。然而，在其他实施例中，该输出设备21可以是一个显示屏幕，例如lcd屏幕、led屏幕或对于本领域技术人员而言显而易见的任何其他显示设备。
59.该用户接口子组件125也可包括一个或多个输入设备705和710，该输入设备705和710可用于接收来自用户的输入数据或信息。如图7所示，该输入设备705可以是用户可用于输入数据或信息的一个按钮或控制接口，而无需使用一个单独的计算设备。进一步地，该输入设备710可以是一个控制端口或数据端口(例如串行端口、usb端口、hdmi端口等)，控制端口或数据端口可用于通过一个分立的计算设备(separate computing device)，例如图13所示的计算设备1305，控制该数据采集模组100或为该数据采集模组100编制程序(program)。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的其他设置可用于该用户接口子组件125，这些其他设置利用或多或少的输入设备或输入设备的不同组合。
60.该用户接口子组件125也可包括结构组件(structural component)22、24和23，结构组件22、24和23可用于支撑该用户接口子组件125并将该用户接口子组件125机械地耦合至该数据采集模组100。如图所示，结构组件22是阴阳螺柱(standoff screw)，阴阳螺柱插入并穿过孔720，该孔720穿过该用户接口子组件125的电路板20。每个阴阳螺柱22可插入穿过一个垫圈(washer)24并与一个螺母(nut)23螺合(engage)以将该电路板20固定在该阴阳螺柱22上。
61.图8是根据本公开的方面的数据采集模组100的底部子组件130的分解透视图。如图所示，该底部子组件130包围该用户接口子组件125。该用户接口子组件125的针型连接器715可插入该量载计算子组件115的接口控制板16的用户接口连接器415，以将该用户接口子组件125电耦合至该量载计算子组件115。
62.该底部子组件130可包括一个隐蔽壳体(hidden housing)19和一个可滑动面板(sliding plate)29，该用户接口子组件125机械耦合至该隐蔽壳体19，该可滑动面板29用
lines)1125。通过切换(toggling)该断路器1110a-1110e中的任一个，相关的电路可与该多条供电线1125断开连接并断电(de-energized)。
69.该电气面板1100也可包括一个主断路器(master breaker)1115，该主断路器1115位于该外壳1102内。通过切换该主断路器1115，建筑物、结构或某一位置内的所有电路可与该多条供电线1125断开连接并断电。
70.另外，在图11中，该数据采集模组100被安装在该外壳1102内。该数据采集模组100可通过多个信号电缆1120(亦即数据传输电缆)与一个或多个传感器连接，该一个或多个传感器耦合至建筑物、结构或某一位置内的一个或多个电路。在一些实施例中，该多个传感器可与电路电连接以直接测量通过该电路(through the circuit)的电流。在其他实施例中，该多个传感器可以不直接与电路电连接，但可以利用一个铁氧体磁芯(ferrite core)和霍尔效应传感器(hall-effect sensor)测量通过电路的电流，该铁氧体磁芯和霍尔效应传感器几乎完全包围电路内的一根带电电缆。在一些实施例中，该多个传感器可以是与多个带电电缆连接的传感器，该多个带电电缆进出断路器1110a-1110e。在其他实施例中，该多个传感器可集成于每个断路器1110a-1110e内。
71.该数据采集模组100可处理通过该多个信号电缆1120从每个传感器接收到的数据信号并在内部储存该数据。可替代地，该数据采集模组100可处理通过该多个信号电缆1120从每个传感器接收到的数据信号并通过一个天线或收发器将该数据传送至另一计算设备，例如图13所示的计算设备1305。
72.图12是以外部设置的方式安装在电路面板的数据采集模组100的示意图。再一次地，该电气面板1100包括一个外壳1102、一个包括多个断路器1110a-1110e的断路器面板1105及一个主断路器1115。
73.在图12中，该数据采集模组100通过该安装板1000被固定到该外壳1102的外部。在一些实施例中，在将该量载计算子组件115安装到该数据采集模组100内之前，该数据采集模组100可固定到该外壳1102的外部。如图所示，该多个信号电缆1120(亦称为数据传输电缆)穿过该外壳1102的侧壁(sidewall)1103和该安装板1000以穿入该数据采集模组100。再一次地，该数据采集模组100可与一个或多个传感器连接，该一个或多个传感器耦合到建筑物、结构或某一位置内的一个或多个电路。在一些实施例中，该多个传感器可与电路电连接以直接测量通过该电路的电流。在其他实施例中，该多个传感器可以不直接与电路电连接，但可以利用一个铁氧体磁芯和霍尔效应传感器测量通过电路的电流，该铁氧体磁芯和霍尔效应传感器几乎完全包围电路内的一根带电电缆。在一些实施例中，该多个传感器可以是与多个带电电缆连接的传感器，该多个带电电缆进出断路器1110a-1110e。在其他实施例中，该传感器可集成于每个断路器1110a-1110e内。
74.该数据采集模组100可处理通过该多个信号电缆1120从每个传感器接收到的数据信号并在内部储存该数据。可替代地，该数据采集模组100可处理通过该多个信号电缆1120从每个传感器接收到的数据信号并通过一个天线或收发器将该数据传送至另一计算设备，例如图13所示的计算设备1305。
75.图13是包含适用在一些实施例中的示例计算设备1305的示例计算环境1300。在计算环境1300中的计算设备1305可包括一个或多个处理单元、核心或处理器1310、存储器1315(如随机存取存储器、只读存储器等)、内部存储器1320(如磁性的、光学的、固态存储
和/或有机的)和/或输入/输出接口1325，上述任何一个部件都可耦合在用于传输信息的通信机构或总线1330上，或嵌入在该计算设备1305中。
76.计算设备1305可以通信方式耦合到输入/用户接口1335和输出设备/接口1340。输入/用户接口1335和输出设备/接口1340中的任一者或两者可以是有线的或无线的接口并且可以是可拆卸的。输入/用户接口1335可包括可用于提供输入的任何物理的或虚拟的设备、组件、传感器或接口(如按钮、触屏界面、键盘、指向/光标控件、麦克风、摄像机、盲文(braille)、运动传感器、光学阅读器等)。
77.输出设备/接口1340可包括显示器、电视、监视器、打印机、扬声器、盲文等。在一些实施例中，输入/用户接口1335(如用户界面)和输出设备/接口1340可嵌入到所述计算设备1305中或以物理方式耦合到所述计算设备1305。在其他实施例中，其他计算设备可用作计算设备1305的输入/用户接口1335和输出设备/接口1340或为计算设备1305提供输入/用户接口1335和输出设备/接口1340的功能。这些元件可包括，但不限于人们熟知的增强现实(ar)硬件输入，以使用户能够与增强现实环境互动。
78.计算设备1305的示例可包括，但不限于经常移动的设备(例如，智能电话、车辆和其他机器中的设备、人类和动物携带的装置等)、移动设备(例如，平板电脑、笔记本电脑、手提电脑、个人计算机、便携式电视、无线电装置等)以及非针对移动性而设计的设备(例如，台式计算机、服务器设备、其他计算机、信息亭、有一个或多个处理器嵌入其中的电视、有一个或多个处理器耦合到其中的电视、无线电装置等)。
79.计算设备1305可以通信耦合到(例如，通过输入/输出接口1325)外部存储器1345和网络1350，以便与任何数目的连网组件、设备和系统(包含具有相同或不同配置的一个或多个计算设备)进行通信。计算设备1305或任何经连接的计算设备可充当以下各项、提供以下各项的服务或被称作以下各项：服务器、客户端、精简型服务器(thin server)、通用机器、专用机器或另一标签。
80.输入/输出接口1325可包含，但不限于使用任何通信或输入/输出协议或标准(例如，以太网、802.11xs、通用系统总线、wimax、调制解调器、蜂窝式网络协议等)的有线和/或无线接口，以用于向计算环境1300中的至少所有经连接的组件、设备和网络传送信息和/或自所述经连接的组件、设备和网络来传送信息。网络1350可以是任何网络或网络组合(例如，因特网、局域网、广域网、电话网络、蜂窝式网络、卫星网络等)。
81.计算设备1305可利用计算机可用或计算机可读的介质(包含暂时性介质和非暂时性介质)和/或使用所述介质来进行通信。暂时性介质包含传输介质(例如，金属电缆、光纤)、信号、载波等。非暂时性介质包含磁性介质(例如，磁盘和磁带)、光学介质(例如，紧凑型光盘只读存储器(cd rom)、数字视频光盘、蓝光光盘)、固态介质(例如，随机存取存储器、只读存储器、快闪存储器、固态存储器)以及其他非易失性存储器或内存。
82.计算设备1305可用于在一些示例计算环境中实施多种技术、方法、应用、过程或计算机可执行指令。计算机可执行指令可从暂时性介质检索到并存储在非暂时性介质上并从非暂时性介质检索到。可执行指令可源自任何编程、脚本和机器语言(例如，c语言、c 、c#、java、visual basic、python、perl、javascript等)中的一种或多种。
83.在本地(native)或虚拟环境中，处理器1310可在任何操作系统(os)(图中未示出)下执行。可部署一个或多个应用(application)，所述应用包含逻辑单元1355、应用编程接
口(api)单元1360、输入单元1365、输出单元1370、数据接收单元1375、数据处理单元1380、功率管理单元(power management unit)1385以及用于使不同单元互相通信、与操作系统(os)和与其他应用(图中未示出)通信的单元间通信机构1395。
84.例如，数据接收单元1375、数据处理单元1380、功率管理单元1385可基于从本文描述的一个或多个数据采集模组接收到的数据实施一个或多个功率管理过程。上述单元和组件在设计、功能、设置或实施方式上可以不同，且不限于上述描述。
85.在一些实施例中，当信息或执行指令被应用编程接口(api)单元1360接收，该信息或执行指令可被传输至一个或多个其他单元(例如数据接收单元1375、数据处理单元1380、功率管理单元1385)。例如，该数据接收单元1375可从与本文所述数据采集模组相关的一个或多个传感器接收电力系统性能数据并将数据提供给该数据处理单元1380。进一步地，该数据处理单元1380可处理该接收到的数据以检测用电模式(usage patterns)并形成一个用电模型以基于各种情况预测用电需求。该形成的用电模型可提供给该功率管理单元1385，该功率管理单元1385基于该形成的用电模型控制一个或多个设备改变用电需求。
86.尽管已展示和描述了一些实施例，但提供这些实施例是为了将本文描述的技术内容传达给熟悉本领域的技术人员。应该理解，所述技术内容可以各种形式实施，不限于所述实施例。可在没有那些特定地界定或描述的事物的情况下或在有未描述的其他或不同元件或事物的情况下实施本文中描述的技术内容。本领域的技术人员将了解，在不偏离如所附权利要求书以及其等效物中界定的本文中描述的技术内容的情况下，可对这些实施例进行改变。