基于嵌入式LINUX的電能量數(shù)據(jù)采集終端的開發(fā)研究

3.1數(shù)據(jù)采集單元的硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的硬件核心用標(biāo)準(zhǔn)PC104“夾層總線”方式和嵌入式操作系統(tǒng)提供應(yīng)用程序的運(yùn)行平臺(tái)，提高軟硬件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度和系統(tǒng)的復(fù)用性，微處理器采用了Intel486處理器平臺(tái)，其速度為100MHz，且可用程序改變；它包含一個(gè)以太網(wǎng)接口，支持TCP/IP協(xié)議，存儲(chǔ)器分為兩部分：512kB的FLASH EPROM（用于運(yùn)行程序及各個(gè)中間變量的存放）；一塊64MB的Disk On Chip的電子盤（用于存放抄收的電能量數(shù)據(jù),最多可擴(kuò)展到1G）。帶有PC104接口的4通道多串口卡，用多串口擴(kuò)展出8個(gè)串口用以連接本地電能表，系統(tǒng)還采用了以下用戶接口設(shè)備：一塊兼容標(biāo)準(zhǔn)液晶顯示接口的單色液晶顯示屏，顯示分辨率320×240；用PC-AT鍵盤接口連接的輸入鍵盤，用作用戶輸入設(shè)備。

由上可見，主要PC外圍設(shè)備都被集中到了一塊體積比較小的主板上，這其中包括：CPU、內(nèi)存、總線控制器、標(biāo)準(zhǔn)串行通信口、標(biāo)準(zhǔn)并行通信口、標(biāo)準(zhǔn)IDE磁盤驅(qū)動(dòng)器接口、標(biāo)準(zhǔn)VGA驅(qū)動(dòng)芯片、液晶顯示接口、鼠標(biāo)/鍵盤接口、Watchdog監(jiān)控芯片。用一塊主板加上電源、顯示和存儲(chǔ)設(shè)備，組成了一套功能強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)緊湊的工業(yè)級(jí)的PC。

3.2系統(tǒng)校時(shí)模塊

數(shù)據(jù)采集單元的時(shí)間是通過GPS標(biāo)準(zhǔn)模塊輸出的同步時(shí)間信號(hào)校定，GPS模塊通過RS-232接口與數(shù)據(jù)采集單元通信，從電能表采集到的電能數(shù)據(jù)加上時(shí)間信息，存儲(chǔ)到電子盤中，然后上傳給主站帶時(shí)標(biāo)的電能數(shù)據(jù)。

3.3系統(tǒng)GPRS模塊

GPRS是一種移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，在用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給用戶提供端到端的、廣域的無線IP連接。電能量采集系統(tǒng)采集完的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳給主站計(jì)算機(jī)，主站端的GPRS的Modem接收發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。

如圖2所示電能量數(shù)據(jù)采集部分的硬件結(jié)構(gòu)圖。

3.4數(shù)據(jù)采集單元的軟件設(shè)計(jì)

嵌入式Linux系統(tǒng)是以核心為基礎(chǔ)的、完全內(nèi)存保護(hù)、支持多任務(wù)多進(jìn)程，支持廣泛硬件，包括X86、ARM、NEC、MOTOROLA等現(xiàn)有大部分芯片，且價(jià)格低廉，開發(fā)資料豐富，可定制內(nèi)核。Linux程序源碼全部公開，包括系統(tǒng)內(nèi)核，任何人可以修改并在(GNU General Public License)下發(fā)行，這樣開發(fā)人員可以對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行定制和修改。

根據(jù)開發(fā)的嵌入式電能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所完成的功能，軟件設(shè)計(jì)分為5個(gè)模塊：上行通信、下行通信、核心處理、用戶接口、系統(tǒng)服務(wù)。電能量采集系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)以模塊化方式被動(dòng)態(tài)的擴(kuò)展到Linux內(nèi)核中，驅(qū)動(dòng)模塊包括對(duì)時(shí)鐘芯片、串口控制器、液晶顯示器以及外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，同時(shí)還包括對(duì)PC104自帶的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)口、標(biāo)準(zhǔn)RS-232串行口及標(biāo)準(zhǔn)104鍵盤接口等的驅(qū)動(dòng),Linux系統(tǒng)在安裝時(shí)就自動(dòng)完成了對(duì)PC104標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，采集終端所需要的擴(kuò)展串口板等外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)納入到Linux內(nèi)核中。

系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

5 結(jié)論

針對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，研究并開發(fā)出一個(gè)新型的基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電能量采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)以高速發(fā)展的嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，把無線互連技術(shù)和嵌入式Linux結(jié)合起來，可以真正為用戶提供一個(gè)無線互連平臺(tái)，使得采集完的電能數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確無誤的上傳給主站系統(tǒng)，利用采集系統(tǒng)中GPS模塊的授時(shí)可保證采集電能數(shù)據(jù)時(shí)間的確定性。

現(xiàn)開發(fā)出這一基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的新型電能量采集系統(tǒng)具有很好的實(shí)時(shí)性、可靠性和可擴(kuò)展性，性能價(jià)格比高，能夠滿足電力市場對(duì)電能采集和傳輸可靠性高、速度快、維護(hù)方便、穩(wěn)定性及擴(kuò)展性的需求。