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      基于嵌入式Linux系統的電力遠程自動抄表裝置詳解

      2018年10月31日 17:44 ? 次閱讀

      1電力自動抄表系統

      我國社會經濟的快速增長直接促進了電力工業的迅猛發展,電力需求不斷增加,供應日趨緊張,如今的電力系統已成為一個龐大復雜的多元化系統。為了保證電網正確、安全的商業化運營,必須有一套計量精確、功能強大的電能計量計費系統。

      運用最新的計算機技術,可以實現對電力系統中的各種計量設備(表計)的自動抄表。這是電力工業信息化發展的總趨勢,自動化抄表系統不僅節約了大量的人力和時間,能快捷、準確地傳遞信息,減少人工抄表誤差,提高工作效率,而且也是全面實現發、輸、配電網用戶電能量的自動采集、分析與計費功能的自動化系統,是電網推行商業化運營和管理、電力走向市場的技術保障。

      典型的電能計量自動抄表系統主要由前端采集子系統、通信子系統和中心處理子系統等三部分組成,如圖1。

      基于嵌入式Linux系統的電力遠程自動抄表裝置詳解

      電能表數據采集器是前端采集子系統的主要組成部分,電能表數據的采集一般分為脈沖采集型和通過串行口直接連接于集中器的數據采集型兩種形式。脈沖采集型利用電能表本身提供的脈沖或者通過加裝光電轉換器,利用電能表表盤轉數轉換成脈沖信號,計算電量。

      通信子系統是把數據傳送到控制中心的信道。為了適應不同的環境條件以及成本要求,通信子系統的構成有多種方案。按照通信介質的不同,通信子系統主要有、無線傳輸、電話線傳輸和低壓電力線載波傳輸等四種。

      中心處理子系統主要由中心處理工作站以及相應的軟件構成,是整個電能計量自動抄表系統的最上層,所有用戶的用電信息通過信道匯集到這里,管理人員利用軟件對數據進行匯總和分析,作出相應的決策。如果硬件允許,還可直接向下級集中器或電能表發出指令,從而對用戶的用電行為實施控制,如停、送電遠程操作。

      2嵌入式的強大功能

      后PC時代,隨著嵌入式系統的廣泛應用,嵌入式操作系統也越來越受到重視。嵌入式操作系統具有結構小巧、實時性強、穩定性高等特點。目前,商用嵌入式操作系統比較多,如 Vxworks,QNX,Nucleaus,WinCE等,但價格都很昂貴,并不適合廣泛應用。嵌入式Linux為這個問題提供了良好的,其開放的源代碼、強大的技術支持、良好的可擴展性及對眾多硬件的支持都是它嵌入化的優勢。

      電能表數據采集器一般都掛接1~16路電能表,實現對它們的輪流電量采集,任務繁重。現在通用的大多采用8位技術實現,存在處理速度偏低,抄表時間過長,處理任務單一,存儲空間過小等問題,已難以適應現在電力計量復雜化、實時化的趨勢。因此,將高性能的CPU處理器和多任務操作系統應用于自動抄表系統中,結合嵌入式操作系統來實現新型的數據采集器,可以大幅度地提高系統整體性能。基于嵌入式Linux的多任務機制,可以在多個進程調度下實現對電能表的同時采集,處理速度大為提高,并且基于高速的處理器,可以連接大容量的和FLAS存儲器,大大提高了系統的數據存儲空間。為電力計量計費的準確、實時操作提供了可靠的技術保證。

      3無線通信方式的優越性

      現在應用的遠程抄表系統很多都是利用電話網進行數據傳輸,基于“點對點”的傳輸模式。但是這種“點對點”的模式效率低,抄表中心需要逐個進行讀表操作。為了提高抄表速度,抄表主機往往使用多個和多根電話線,這又增加了成本。

      無線抄表方式是指集中器的上行信道采用無線通信或集中器與移動抄表設備采用無線通信。通用分組無線業務( packet radio ,GPRS),它是在現有的GSM網絡基礎上疊加了一個新的網絡,并且充分利用了現有移動通信網的設備,在GSM網絡上增加一些硬件設備和軟件升級,形成一個新的網絡邏輯實體。由于其基礎是使用現有的GSM網絡設備及頻率資源,是GSM話音通信的增值,成本低。該技術有永遠在線、按實際使用量收費、網絡現成、覆蓋完善、安全可靠等優點,很適合行業用戶遠程數據采集的使用。

      方案設計中,在數據發送端使用GPRS無線智能傳輸模塊,數據接收端使用專線方式(與當地移動的核心交換系統直接連接GGSN)。這樣只有數據發送端走移動的空中信道資源,另外的數據接收端則走專線方式。這種應用方式下表現的結果非常穩定和可靠,時延非常小(1~ s),完全可以滿足電力行業的需要。在服務端其實是一臺服務器,通過通信軟件來完成與大量的數據發送端(可以上千個)的及時通信,可以通過配置在Linux或下的多進程(或單進程下的多線程)來保證服務端的穩定和可靠,即便在某個或幾個數據發送端失效的情況下依然保證服務端能服務于其它的數據發送端,而且完全可以同時接收數據和發送命令或控制指令給數據接受端。

      4自動抄表系統的硬件實現

      從總體上看,此嵌入式系統由5個軟、硬件子系統組成,它們分別是中央處理器子系統、存儲子系統、通信子系統、輸入輸出子系統和操作系統子系統。該系統硬件框圖見圖2。

      基于嵌入式Linux系統的電力遠程自動抄表裝置詳解

      4.1嵌入式微處理器

      考慮到上面的各種通信協議對于計算機存儲器、運算速度等的要求比較高,支持CP/IP等協議將占用大量系統資源。同時,相對于有線網絡,無線網絡的帶寬小,網絡延時較大,連接可靠性低。這些都對嵌入式系統的微處理器提出了較高的要求。因此,采用了公司的2位微處理器作為嵌入式系統的 CPU,主頻達100 Mz,適合于計算量較大的應用環境。

      內部集成了微處理器和一些控制領域的常用外圍組件,特別適用于通信產品。包括器件的適應性,擴展能力和集成度等。集成了兩個處理塊,一是嵌入的核,另一個是通信處理模塊(communications processor ,CPM)。通信處理模塊支持4個串行通信控制器(serial communicaTIon ,SCC),實際上它有8個串行通道: 4個SCC,2個串行管理控制器(serial management channels,SMC),一個串行外圍(serial peripheral ,SPI)和一個I2C(inter integrated )接口。

      4.2嵌入式操作系統

      嵌入式操作系統具有結構小巧,實時性強,穩定性高的特點。嵌入式Linux除了具有以上特點之外還有源代碼開放、可制定性強、支持多種芯片等優點。在網絡通信方面:支持CP/IP及協議并提供通信協議動態掛接技術,以及操作系統內部的進程通信應用接口技術。采用穩定的.4內核,并對它進行合理的裁減和加載,作為操作平臺。

      4.3通信子系統

      通信子系統由西門子公司的MC5模塊構成。它實現了GSM/GPRS通信功能。GPRS低層基于IP協議,用戶可以隨時隨地接入Internet。采用GPRS作為嵌入式系統中的無線傳輸層,將從根本上解決目前移動Internet費用高而速率低的瓶頸問題。同時在鏈路層,采用PPP協議。PPP協議作為Linux操作系統的一個重要組成部分,能夠支持在串行線上的CP/IP的使用,這就使用戶可以通過串口與GPRS模塊通信,并通過GPRS網絡連入Internet中。

      5系統軟件設計

      嵌入式系統軟件設計部分主要包括操作系統,驅動程序,應用程序。通過編譯內核,刪除不需要的功能模塊,再重新配置,可以使操作系統顯著減小,從而縮減對資源的使用。由于系統需要CPU通過串口完成對GSM/GPRS模塊的控制以及和它的數據通信,以實現Internet的接入。所以要求Linux內核保留對串口和網絡協議CP/IP,PPP的支持。

      PPP協議是在串行連接上運行IP以及網絡協議的一種機制,使用PPP可以把基于Linux的嵌入式系統連接到一臺PPP服務器上,并可訪問該服務器上連接的網絡資源。在Linux中,PPP的運行需要兩類程序:PPP驅動程序和pppd程序。使用腳本程序ppp-on可以非常方便快捷的控制,登陸到遠程主機并啟動pppd。在接入過程中,CPU通過串行口SCC1向MC5模塊發送A命令,完成GPRS網絡的初始化工程。附著到GPRS網絡之后,可以通過PPP協議接入移動網關,進而實現移動Internet平臺。

      同時為了保證抄表事件的順利完成,必須采取Linux多任務執行的方式進行軟件規劃。多任務的執行基于多進程運行原理,這使得數據采集器可以在同一時間抄多個表以及完成數據的存儲、轉發工作。建立后臺監測進程,用來完成GPRS數據通道的建立、檢測與重連;建立通信進程,完成網絡通道接口的綁定、監聽、已采集數據的發送、主站通信數據的接收等工作;為每個MPC860串口建立電能表數據采集進程,負責讀取每一路電能表的能量寄存器值、分時數據等。系統軟件流程圖如圖3。

      基于嵌入式Linux系統的電力遠程自動抄表裝置詳解

      電能表采集程序采用任務驅動機制,設定1 min時間間隔找一次任務,高級別任務可以打斷低級別任務。同1 min時間段內可有若干任務,按任務級別排序進入任務隊列,依次執行。任務有兩層重試,即包重試和任務重試,重試次數可設定。

      采集程序包括兩部分:初始化和主流程。初始化部分清除各種標志,從設置文件讀電能表和能量寄存器信息寫入RAM盤文件,生成能量寄存器文件(如果不存在)并寫入電能表類型。主流程如圖4所示。

      基于嵌入式Linux系統的電力遠程自動抄表裝置詳解

      6結束語

      本文介紹的基于嵌入式Linux系統的電力遠程自動抄表裝置,集嵌入式計算機技術、網絡技術和通信技術為一體,采用高性能的CPU、先進的無線通信模塊,應用GPRS作為數據傳輸平臺,實現了嵌入式系統與Internet的結合。由于Linux的強大多任務處理功能,使得表計采集器可以連接更多總線和電能表路數,同時大大提高了現場抄表的效率,電力自動抄表系統整體性能有了大幅提高。可以預見,代表著計算機領域發展方向的嵌入式OS技術,將在電力系統中發揮越來越大的作用。

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      近網上流傳了一份沒有答案的Linux運維面試題。趁工作之余,利用自己三年的運維經驗交出了一份答卷。歡...

      發表于 2018-10-20 10:05 ? 286次閱讀
      網上流傳的一份沒有答案的Linux運維面試題詳細...

      淺析嵌入式技術影響的十大行業技術革命

      由于資源不足及效率低下等問題,醫療行業現已成為中國乃至全球矛盾最為突出的行業,現在大家都希望能夠借助...

      發表于 2018-10-18 16:52 ? 671次閱讀
      淺析嵌入式技術影響的十大行業技術革命

      如何用iPhone遠程管理Linux服務器

      Workflow 如它名字一樣是工作流的意思,它是一款 iOS 平臺的神級自動化流程應用。簡單的說就...

      發表于 2018-10-17 17:25 ? 598次閱讀
      如何用iPhone遠程管理Linux服務器

      穿有不同外衣的Linux發布版無處不在

      Herbert.xu,兩年前來西郵興趣小組與大家有過面對面的交流,也就是在那次交流中,得知其14歲開...

      發表于 2018-10-17 14:23 ? 286次閱讀
      穿有不同外衣的Linux發布版無處不在

      Linux身份鑒別機制技術方案及原理

      在Linux系統中,系統設置了多個帳號和組來進行管理,每個帳號都具有不同的權限,例如超級用戶root...

      發表于 2018-10-17 14:17 ? 269次閱讀
      Linux身份鑒別機制技術方案及原理

      Python在實時嵌入式系統中扮演怎樣的角色?

      早年,雖然Python是一款比較容易上手的腳本語言,而且有強大的社區支持,一些非計算機專業領域的人都...

      發表于 2018-10-17 08:53 ? 745次閱讀
      Python在實時嵌入式系統中扮演怎樣的角色?

      華北工控利用嵌入式工控機助力高空WiFi,讓精彩...

      WiFi,雖然只有四個字母,卻包羅著無限的精彩。有了WiFi,誰都可以“秀才不出門,便知天下事”;有...

      發表于 2018-10-16 16:48 ? 227次閱讀
      華北工控利用嵌入式工控機助力高空WiFi,讓精彩...

      嵌入式的定義和舉例分析

      嵌入式應用工程師:編寫業務邏輯程序,調用驅動工程師提供的接口控制設備,軟件開發過程所涉內容范圍非常廣...

      發表于 2018-10-15 16:57 ? 389次閱讀
      嵌入式的定義和舉例分析

      若忘記了Linux系統的root密碼,該怎么辦?

      很多朋友經常會忘記Linux系統的root密碼,linux系統忘記root密碼的情況該怎么辦呢?

      發表于 2018-10-15 16:49 ? 264次閱讀
      若忘記了Linux系統的root密碼,該怎么辦?

      微軟宣布加入一個為保護Linux免于訴訟而設立的...

      事實上,Azure客戶廣泛使用Linux,微軟也在Windows之外,向Linux提供SQL Ser...

      發表于 2018-10-15 14:48 ? 804次閱讀
      微軟宣布加入一個為保護Linux免于訴訟而設立的...

      江波龍電子宣稱公司已完成股份制改造

      江波龍電子從1999年成立至今19年來,始終堅持聚焦存儲產業,連續多年居于國內存儲企業的領先位置。從...

      發表于 2018-10-15 14:21 ? 858次閱讀
      江波龍電子宣稱公司已完成股份制改造

      嵌入式Linux C的基本知識點詳解

      嵌入式系統專業是綜合了計算機硬件技術、計算機軟件技術以及電子電路技術的一門綜合學科,所涉及的內涵和知...

      發表于 2018-10-15 09:20 ? 686次閱讀
      嵌入式Linux C的基本知識點詳解

      資深linux運維工程師的工作經驗分享

      本人是linux運維工程師,對這方面有點心得,現在我說說要掌握哪方面的工具吧

      發表于 2018-10-15 09:20 ? 409次閱讀
      資深linux運維工程師的工作經驗分享

      Linux磁盤管理好壞或有什么影響

      df命令參數功能:檢查文件系統的磁盤空間占用情況。可以利用該命令來獲取硬盤被占用了多少空間,目前還剩...

      發表于 2018-10-14 09:52 ? 306次閱讀
      Linux磁盤管理好壞或有什么影響

      嵌入式視覺領域中MIPI CSI-2接口有何優勢

      相機接口在上述嵌入式視覺系統的設置中扮演著關鍵作用,因為它承擔著將相機模塊與主機連接在一起的重任。

      發表于 2018-10-14 09:23 ? 146次閱讀
      嵌入式視覺領域中MIPI CSI-2接口有何優勢

      Linux系統vi(vim)編輯器命令使用教程

      vi(vim)是上Linux非常常用的代碼編輯器,很多Linux發行版都默認安裝了vi(vim)。v...

      發表于 2018-10-12 16:53 ? 425次閱讀
      Linux系統vi(vim)編輯器命令使用教程

      MCU技術發展的五個階段

      早期的微控制器是將一個計算機集成到一個芯片中,實現嵌入式應用,故稱單片機。微處理器和單片機從上個世紀...

      發表于 2018-10-12 15:48 ? 295次閱讀
      MCU技術發展的五個階段

      小蜜蜂家族GW1NS系列產品被提名入圍Arm T...

      作為高云半導體首款FPGA-SoC器件,GW1NS-2C產品架構的獨特之處在于其基于共享資源技術。通...

      發表于 2018-10-12 11:13 ? 1553次閱讀
      小蜜蜂家族GW1NS系列產品被提名入圍Arm T...

      大數據的學習中你需要掌握的十二大技術

      大數據是對海量數據進行存儲、計算、統計、分析處理的一系列處理手段,處理的數據量通常是TB級,甚至是P...

      發表于 2018-10-11 17:46 ? 291次閱讀
      大數據的學習中你需要掌握的十二大技術

      你應該知道的27個Linux文檔編輯命令

      在許多UNIX說明文件里,都有RLF控制字符。當我們運用shell特殊字符">"和">>",把說明文...

      發表于 2018-10-11 16:43 ? 313次閱讀
      你應該知道的27個Linux文檔編輯命令

      《給555定時器的頌歌》

      我必須承認這首詩讓我笑了…它還讓我想起Evil Mad Scientist網站上銷售的The Thr...

      發表于 2018-10-11 10:50 ? 555次閱讀
      《給555定時器的頌歌》

      AM4377 AM437x ARM Cortex...

      TI AM437x 高性能處理器基于 ARM Cortex-A9 內核。 這些處理器通過 3D 圖形加速得到增強,可實現豐富的圖形用戶界面,還配備了協處理器,用于進行確定性實時處理(包括 EtherCAT、PROFIBUS、EnDat 等工業通信協議)。該器件支持高級操作系統 (HLOS)。 基于 Linux 的®可從 TI 免費獲取。其它 HLOS 可從 TI 的設計網絡和生態系統合作伙伴處獲取。 這些器件支持對采用較低性能 ARM 內核的系統升級,并提供更新外設,包括 QSPI-NOR 和 LPDDR2 等存儲器選項。 這些處理器包含功能方框圖中顯示的子系統,并且后跟相應的 “說明”中添加了更多信息 說明。 處理器子系統基于 ARM Cortex-A9 內核, PowerVR SGX™圖形加速器子系統提供 3D 圖形加速功能以支持顯示和高級用戶界面。 可編程實時單元子系統和工業通信子系統 (PRU-ICSS) 與 ARM 內核分離,允許單獨操作和計時,以實現更高的效率和靈活性。PRU-ICSS 支持更多外設接口和 EtherCAT、PROFINET、EtherNet/IP、PROFIBUS、E...

      發表于 2018-09-29 10:35 ? 0次閱讀
      AM4377 AM437x ARM Cortex...

      AM4382 AM438x ARM Cortex...

      與其它產品相比 AM438x   Arm MHz (Max.) Serial I/O Security Enabler Co-Processor(s) Graphics Acceleration EMAC USB 2.0 Industrial Protocols Camera Operating Temperature Range (C) DRAM   var link = "zh_CN_folder_p_quick_link_description_features_parametrics"; com.TI.Product.handleQuickLinks('parametric','參數變化','#parametrics',link); AM4382 AM4384 AM4388 300 600 1000     600 1000     600 1000   &...

      發表于 2018-09-25 16:06 ? 2次閱讀
      AM4382 AM438x ARM Cortex...

      AM4384 AM438x ARM Cortex...

      與其它產品相比 AM438x   Arm MHz (Max.) Serial I/O Security Enabler Co-Processor(s) Graphics Acceleration EMAC USB 2.0 Industrial Protocols Camera Operating Temperature Range (C) DRAM   var link = "zh_CN_folder_p_quick_link_description_features_parametrics"; com.TI.Product.handleQuickLinks('parametric','參數變化','#parametrics',link); AM4384 AM4382 AM4388 600 1000     300 600 1000     600 1000   &...

      發表于 2018-09-25 16:02 ? 2次閱讀
      AM4384 AM438x ARM Cortex...

      AM3352 Sitara ARM Cortex...

      AM335x 微處理器基于 ARM Cortex-A8 處理器,在圖像、圖形處理、外設以及 EtherCAT 和 PROFIBUS 等工業接口選項方面得到了增強。 該器件支持高級操作系統 (HLOS)。 Linux®和 Android™可從德州儀器 (TI) 免費獲取。 AM335x 微處理器 包含 功能框圖 中顯示的子系統和以下 簡要 說明: 微處理器單元 (MPU) 子系統基于 ARM Cortex-A8 處理器, PowerVR SGX™圖形加速器子系統提供 3D 圖形加速功能以支持顯示和游戲特效。 可編程實時單元子系統和工業通信子系統 (PRU-ICSS) 與 ARM 內核彼此獨立,允許單獨操作和計時,以實現更高的效率和靈活性。PRU-ICSS 支持更多外設接口和 EtherCAT、PROFINET、EtherNet/IP、PROFIBUS、Ethernet Powerlink、Sercos 等實時協議。此外,憑借 PRU-ICSS 的可編程特性及其對引腳、事件和所有片上系統 (SoC) 資源的訪問權限,該子系統可以靈活地實現快速實時響應、專用數據處理操作以及自定義外設接口,并減輕 SoC 其他處理器內核的任務負載。 特性 ...

      發表于 2018-09-25 15:44 ? 8次閱讀
      AM3352 Sitara ARM Cortex...

      AM4379 AM437x ARM Cortex...

      TI AM437x高性能處理器基于ARM Cortex-A9內核。 這些處理器通過3D圖形加速得到增強,可實現豐富的圖形用戶界面,還配備了協處理器,用于進行確定性實時處理(包括EtherCAT,PROFIBUS,EnDat等工業通信協議)。該器件支持高級操作系統(HLOS)。基于Linux的® 可從TI免費獲取。其它HLOS可從TI的設計網絡和生態系統合作伙伴處獲取。 這些器件支持對采用較低性能ARM內核的系統升級,并提供更新外設,包括QSPI-NOR和LPDDR2等存儲器選項。 這些處理器包含功能方框圖中顯示的子系統,并且后跟相應的“說明”中添加了更多信息說明。 處理器子系統基于ARM Cortex-A9內核,PowerVR SGX™圖形加速器子系統提供3D圖形加速功能以支持顯示和高級用戶界面。 可編程實時單元子系統和工業通信子系統(PRU-ICSS與ARM內核分離,允許單獨操作和計時,以實現更高的效率和靈活性.PRU-ICSS支持更多外設接口和EtherCAT,PROFINET,EtherNet /IP,PROFIBUS,以太網Powerlink,Sercos,EnDat等...

      發表于 2018-09-25 11:51 ? 22次閱讀
      AM4379 AM437x ARM Cortex...

      TMP451-Q1 遠程和本地溫度傳感器

      TMP451-Q1器件是一款高精度,低功耗遠程溫度傳感器監視器,內置有一個本地溫度傳感器。遠程溫度傳感器通常是低成本離散式NPN或PNP晶體管,或者基板熱晶體管或二極管,這些器件是微處理器,微控制器或FPGA的組成部件。對于本地和遠程傳感器,此溫度表示方式為12位數字編碼,分辨率為0.0625°C。對于本地和遠程溫度傳感器,在典型運行范圍內,溫度精度為±1°C(最大值)。此兩線制串口接受SMBus通信協議。 諸如串聯電阻抵消,可編程非線性因子(η因子),可編程偏移,可編程溫度限制和一個可編程數字濾波器等的高級特性被組合在一起以提供一個具有更佳準確度和抗擾度的穩健耐用熱量監控解決方案。 TMP451-Q1器件是在各種汽車子系統中進行多位置高精度溫度測量的理想選擇。此器件的額定運行源電壓范圍為1.7V至3.6V,額定工作溫度范圍為-40°C至125℃。 特性 符合汽車應用要求 具有符合AEC-Q100的下列結果: 器件溫度1級別:-40°C至125°C的環境運行溫度范圍 器件人體模型(HB...

      發表于 2018-09-17 15:49 ? 5次閱讀
      TMP451-Q1 遠程和本地溫度傳感器
      上海快3开奖走势图
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