基于嵌入式LINUX的電能量數據采集終端的開發研究

3.1數據采集單元的硬件結構

系統的硬件核心用標準PC104“夾層總線”方式和嵌入式操作系統提供應用程序的運行平臺，提高軟硬件設計的標準化程度和系統的復用性，微處理器采用了Intel486處理器平臺，其速度為100MHz，且可用程序改變；它包含一個以太網接口，支持TCP/IP協議，存儲器分為兩部分：512kB的FLASH EPROM（用于運行程序及各個中間變量的存放）；一塊64MB的Disk On Chip的電子盤（用于存放抄收的電能量數據,最多可擴展到1G）。帶有PC104接口的4通道多串口卡，用多串口擴展出8個串口用以連接本地電能表，系統還采用了以下用戶接口設備：一塊兼容標準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，用作用戶輸入設備。

由上可見，主要PC外圍設備都被集中到了一塊體積比較小的主板上，這其中包括：CPU、內存、總線控制器、標準串行通信口、標準并行通信口、標準IDE磁盤驅動器接口、標準VGA驅動芯片、液晶顯示接口、鼠標/鍵盤接口、Watchdog監控芯片。用一塊主板加上電源、顯示和存儲設備，組成了一套功能強大，結構緊湊的工業級的PC。

3.2系統校時模塊

數據采集單元的時間是通過GPS標準模塊輸出的同步時間信號校定，GPS模塊通過RS-232接口與數據采集單元通信，從電能表采集到的電能數據加上時間信息，存儲到電子盤中，然后上傳給主站帶時標的電能數據。

3.3系統GPRS模塊

GPRS是一種移動數據通信業務，在用戶和數據網絡之間提供一種連接，給用戶提供端到端的、廣域的無線IP連接。電能量采集系統采集完的數據通過GPRS網絡上傳給主站計算機，主站端的GPRS的Modem接收發送過來的數據。

如圖2所示電能量數據采集部分的硬件結構圖。

3.4數據采集單元的軟件設計

嵌入式Linux系統是以核心為基礎的、完全內存保護、支持多任務多進程，支持廣泛硬件，包括X86、ARM、NEC、MOTOROLA等現有大部分芯片，且價格低廉，開發資料豐富，可定制內核。Linux程序源碼全部公開，包括系統內核，任何人可以修改并在(GNU General Public License)下發行，這樣開發人員可以對操作系統進行定制和修改。

根據開發的嵌入式電能數據采集系統所完成的功能，軟件設計分為5個模塊：上行通信、下行通信、核心處理、用戶接口、系統服務。電能量采集系統的設備驅動以模塊化方式被動態的擴展到Linux內核中，驅動模塊包括對時鐘芯片、串口控制器、液晶顯示器以及外圍設備的驅動，同時還包括對PC104自帶的標準網絡口、標準RS-232串行口及標準104鍵盤接口等的驅動,Linux系統在安裝時就自動完成了對PC104標準設備的驅動，采集終端所需要的擴展串口板等外圍設備的驅動納入到Linux內核中。

系統軟件總體結構如圖3所示。

5 結論

針對計算機技術和數據采集技術發展現狀，研究并開發出一個新型的基于嵌入式網絡技術的電能量采集系統，該系統以高速發展的嵌入式網絡技術為核心進行設計，把無線互連技術和嵌入式Linux結合起來，可以真正為用戶提供一個無線互連平臺，使得采集完的電能數據通過無線網絡準確無誤的上傳給主站系統，利用采集系統中GPS模塊的授時可保證采集電能數據時間的確定性。

現開發出這一基于嵌入式Linux操作系統的新型電能量采集系統具有很好的實時性、可靠性和可擴展性，性能價格比高，能夠滿足電力市場對電能采集和傳輸可靠性高、速度快、維護方便、穩定性及擴展性的需求。