浅谈嵌入式电力控制系统中监控子系统的设计与实现

梁琛

（国网冀北电力有限公司宽城县供电分公司，河北 承德 067000）

在现代科技发展的支持下，嵌入式技术被广泛应用在科学研究、工程设计、军事技术甚至文艺商业等众多领域，在这种广泛应用的发展模式下，相关领域对嵌入式系统的应用提出了更高要求。对此，从嵌入式电力控制系统中监控子系统的角度出发，致力于开发一种能够适用于各种场合的监控程序，由此提升嵌入式系统的应用效果。

1 嵌入式电力控制系统中监控子系统框架结构

现代电力控制系统中监控子系统的有效设计，要求避免在监控数据传输与线路架设等方面，耗费大量的人力与物力，对此提出了一种电力线载波通信与嵌入式相结合的全新技术，并被广泛应用在生产、管理、检测等领域当中。监控子系统的设计，采用的是C/S模式，整体框架结构由监控服务器和监控客户端组成，其中，服务器部分设置固定的IP地址；服务器端与客户端之间的连接，采用的是UDP通信协议，能够有效完成监控数据与信息的传输。监控服务器端主要由三个模块构成，分别是传感器模块、嵌入式处理器（CPU）模块、电力线载波通信模块；而客户端的相关功能，通过PC机实现。

2 嵌入式电力控制系统中监控子系统的硬件设计

嵌入式电力监控系统中监控子系统的服务器，多为工控机或商用PC机，本文所选为PC机。为保证监控子系统能够实现对大量现场数据的采集与传输，一般来说，系统设计对通信模块的要求都较高。通信模块的主要原理，就是利用系统中传感器一端，将采集到的数据实时传输给嵌入式CPU模块，经过处理器处理之后，监控数据将以统计报表等形式呈现在交互界面上；与此同时，CPU模块还会根据所得的监控参数，发布相应的控制命令，以保证监控子系统的闭合运行。具体的硬件设计如下。

2.1 电力线载波通信模块的硬件设计

明确嵌入式电力控制系统中的监控子系统框架结构之后，需要根据各模块的运行与功能实现需求，对相关硬件设计进行有效优化。上文中提到，本文在传统嵌入式电力控制系统的设计基础上，融合了电力线载波通信技术，因此，在嵌入式电力控制系统中监控子系统硬件设计中，由电力线载波通信模块来负责对系统主控模块的相关控制数据的接收。为保证系统硬件设计效果能够达到理想水平，采用了INT6400电力线调制控制芯片、INT1400模拟前端来构建这一模块，其中INT6400电力线调制控制芯片在设计过程中，集成了A/D和D/A转换功能，采用的通信协议，能够达到200Mbps的通信速率，为多路数据的同步传输效果实现，提供了有力支持。

2.2 嵌入式CPU模块的硬件设计

设计嵌入式电力控制系统中监控子系统，必然要考虑监控子系统本身的嵌入式处理器的设计效果，在实际设计过程中，应切实考虑整个系统服务器的功能要求，即负责原始监控数据的采集、数据处理与数据传输。为保证各项功能的有效实现，建议采用S5PV210嵌入式ARM Cortex TM-A8处理器，最高可达1GHz的处理器主频，能够支持多种数据输出格式。

3 嵌入式电力控制系统中监控子系统的软件设计

嵌入式电力控制系统中的监控子系统，其软件部分的设计效果，对系统监控功能的实现，能够产生重要影响，具体的软件设计如下。

3.1 数据字典的建立

在设计嵌入式电力控制系统中监控子系统的过程中，数据字典的设计能够为数据库的构建与使用，提供必要的结构，为读取数据库中的信息，提供有效途径。一般来说，数据字典组件都是通过表格的形式，来对子站的实时数据与历史数据进行相关操作，包括读取实时数据库与历史数据库、显示实时数据库与历史数据库中的信息、完成对实时数据库与历史数据库的查询。

总体来说，数据字典的建立相对较为简单，先通过系统主窗口界面打开子实时数据字典界面，窗口会显示RTDataView发送的消息；与此同时，启动一个时钟，并第一次发出实时数据请求。实时数据请求的接收端为服务代理组件，该组件会以变量在缓存中的实际情况为依据，在了解需要的基础上并返回数据；此后，时钟将作为整个流程的重复触发点，但不再需要反复定阅，可以直接从代理组件的缓存中获得，并返回监控界面，由此完成系统运行过程中，对实时数据的刷新显示和操作。

3.2 数据库设计

数据库的主要功能，就是存储经过服务器处理的数据，存储过程中，一般会按照一定的规则将其进行分类与排序，为后续数据读取、维护等操作提供便利，提高数据库响应速率。在嵌入式电力系统中监控子系统的设计过程中，应切实考虑数据库为其监控与运行控制提供正确依据的核心作用，建议实时数据库采用PI，历史数据库采用oracle，以实现对相关数据进行管理。采用此种数据库，具有功能强大、灵活多变、应用编程接口丰富等特点，能够为嵌入式电力控制系统中监控子系统的大规模数据存储，提供可靠保障。根据相关设计经验能够了解到，MySQL、SQL Server等系列的数据库相对较小，若系统的监控数据规模不大，也能够适用。

本文所述嵌入式电力控制系统中监控子系统的数据库设计，主要考虑的是对输入模拟量、输出模拟量、输入开关量、输出开关量、控制信息等的存储与处理。在设计过程中，为避免在实际使用过程中，数据库的过量存储会导致加重系统的运行负载，降低数据库响应速度，所以对历史数据设置了删除操作程序，当数据存储到一定时间之后，系统会自动对其进行删除。由此，在不需要人工干预的前提下，能够有效保证磁盘空间的充足性以及历史数据的有效性。

3.3 监控数据采集

根据不同的使用需求，嵌入式电力控制系统中监控子系统会布置不同的传感器类型，进而采集用户所需监控信息。以视频监控为例，监控系统需要采集原始视频图像数据。在本文所述系统构架当中，相关功能可通过嵌入式ARM处理模块与USB接口，来对视频传感器的图像信息进行有效读取。本文的嵌入式电力控制系统中监控子系统的软件设计，采用Linux嵌入式系统为操作系统，操作系统本身包含视频驱动功能；可采用V4L2内核驱动，来为视频图像数据的采集提供有效的通用接口，由此通过通用结构操作函数，就能完善对视频传感器中原始图像信息的全面采集。

4 嵌入式电力控制系统中监控子系统测试

将本文的嵌入式电力控制系统中监控子系统的设计方案，作用于某嵌入式电力控制系统中的视频监控子系统中，经验证，视频传输像素能够达到320×240；系统当中的接收播放客户端为PC端，播放帧率能够达到30fps。本文在设计监控子系统的过程中，引入了电力线载波通信技术，可利用电力线网络数据测试工具，对视频监控子系统的视频通信速率进行检测，设置测试距离分别为5、10、20、30、40 m，所得通信速率逐渐降低，其中最大值为175 Mbps、最小值为85 Mbps。由此可见，本文嵌入式电力监控系统中监控子系统的设计，能够达到图像清晰、数据传输延时小、通信速率高的设计要求，对于多路视频同时传输效果的提升，能够提供可靠的技术支持。

5 结语

综上所述，探究嵌入式电力控制系统中监控子系统的设计与实现，对促进嵌入式电力控制系统整体应用价值的提升，具有重要意义。通过相关分析，从软硬件设计的角度分别着手，切合系统的实际应用需求，对设计方案进行不断地改进与完善，才能保证系统的实现，能够最大程度满足用户对嵌入式控制系统自动化应用水平的多样化要求。