嵌入式技术在电子通信节能中的应用研究

陈德池

（江苏省淮海技师学院，江苏宿迁，223800）

0 引言

二十世纪七十年代，微处理器的出现使微型机可以嵌入到一个对象体系中，从而实现对对象体系的智能化控制，这种就是最初的嵌入式控制系统。嵌入式技术作为一种以应用为中心、以计算机为基础的软硬件结合起来的技术，在人们生活中有着广泛的应用。尤其是伴随着微电子的飞速发展，使得嵌入式技术的内涵和外延都发生了极大变化，以微处理器为核心的嵌入式系统被广泛地应用于电子通信领域中，可以很好地解决人们对节能的要求。但在传统的嵌入式电子通信控制系统中，主要存在系统维护成本高、系统传输端未利用芯片对数据进行监控与分析、节能效果并不显著等诸多问题，因此，为进一步提高电子通信设备的节能效果，也为了能更好解决上述问题，文章提出了一种基于SN65LB芯片控制的嵌入式电子通信节能控制系统，对传统嵌入式电子通信控制系统进行优化与改进。

1 嵌入式技术概述

以嵌入式计算机为核心的嵌入式系统，是继IT网络技术之后发展起来的一种新的技术。嵌入式系统主要由处理器内核、传感器和执行结构、用户界面、应用程序特定入口、软件、存储器、仿真和诊断等部分组成。它最大的优势便在于其强大而灵活的可应用性、可拓展性、多功能性，且同时具有软件和硬件可裁剪的特点，能够更好地满足消费群体的多样化需求，并能以最低的成本获取最大化的经济利润和效果。近年来在人工智能的加持下，使得低功耗电子通信设备受到人们的重视。基于嵌入式系统的低功耗设计依然是当前设计者广泛关注的问题，究其原因是嵌入式系统在一些便携式、移动式的产品中的运用，既能减少设备的功耗，也能满足人们对电子通信设备多方面的功能需求。

2 基于嵌入式技术的电子通信节能控制系统设计

2.1 系统整体架构设计

图1为本文设计的嵌入式电子通信节能控制系统整体架构图，主要包括传输端、控制端、终端和应用端四个部分。其中，传输端的构成主体是芯片，是嵌入式电子通信节能控制系统的关键部分，其主要功能是负责对应用端数据和网关服务器根据传输控制协议接/发数据进行传输；控制端的构成主体是设备控制器，其功能是利用嵌入式系统实现对电子通信系统的节能控制；终端是由无线通信设备和网关服务器两个部分构成，其功能是对系统数据进行通信与分析；应用端是由线路监控、设备监控、环境监控和处理器四个部分组成，其功能是对电子通信设备的运行状态进行监控与分析。

图1 嵌入式电子通信节能控制系统整体架构图

2.2 系统传输端的设计

当应用端获取电子通信设备的相关数据后，将利用处理器处理后的数据传输给终端，终端通过TCP/IP协议接收数据，然后通过与控制端相连的RS488总线串口传输到控制端，接着利用SN65LB芯片对控制端所接收的数据进行分析（如图2）。

图2 传输端芯片的RS488总线传输串口图

在此过程中，由于SN65LB芯片能够同时实现125个系统数据的并行传输，所以，具有较强的传输效率，能在一定程度上减少电子通信系统的能源消耗。

2.3 系统控制端的设计

节能控制系统是控制端的核心组成，该电路系统主要由单片机、继电器和单相稳定继电器等元器件构成，其中，继电器能够起到对单片机和单相稳定继电器的保护作用，单相稳定继电器能够对整个电路的电压和电流起到控制作用（如图3）。

图3 系统控制端的设计

2.4 系统通信模块的设计

通信模块电路是电子通信节能控制系统的关键构成，在本文的终端设计中，采用的是无线通信模块，如图4所示。在嵌入式电子通信节能控制系统中所有的节点通信都是利用该模块来实现。而通信模块中的终端、路由器和调节器的功能则是通过编写软件程序来实现。

图4 无线通信模块

2.5 系统软件的设计

嵌入式电子通信节能控制系统利用软件实现对节能控制器的控制，并通过网页操作界面发出指令。该指令操作界面主要由四部分组成：

(1)用户登录、用户注册、系统退出。主要用于用户的登录和注册等操作。

(2)房间、用户信息、使用说明。主要用于用户查询通信设备所在的房间及相关的设备信息、操作说明。

(3)嵌入式设备、设备信息查询。主要用于浏览所有嵌入式设备的相关信息。

(4)节能控制方案、节能控制结果。主要用于展示系统中的所有节能控制方案，便于用户选择，在执行方案后，通过操作节能控制结果按钮，就能直观、及时地了解方案执行的节能效果。

3 基于嵌入式技术的电子通信控制系统节能效果分析

3.1 系统节能效果分析

为了检验本文所提出的嵌入式电子通信控制系统的实际节能成效，笔者选取了三台电子通信设备（一、二、三）作为实验对象，然后分别将分布式管理节能控制系统、基于通信协议的节能控制系统的节能成效和本文所设计的嵌入式电子通信节能控制系统的成效进行对比分析，令三台电子通信设备正常工作36小时，并记录系统在改造前后的实际能耗情况。实验结果如表1、表2所示。

表1 三台电子通信设备在未改造前的能耗对比分析

表2 三台电子通信设备节能改造后的能耗对比分析

通过表1和表2可以看出，经过基于SN65LB芯片的嵌入式电子通信控制系统控制后，三台电子设备的能耗明显有所下降，且节能效果比分布式管理节能控制系统和基于通信协议的节能控制效果要好。

3.2 系统性能测试分析

为了分析嵌入式电子通信控制节能控制系统的性能，将该系统与传统组合式补偿系统在不同负载电流情况下的输出电压进行对比分析，结果发现，当负载电流的从0A、1.3A、2A、3A、4A不断增强时，该系统的输出电压始终保持在220V，而传统组合式补偿系统的电压不断在发生变化，且没有规律，从220V、210V、215V、230V到223V，由此可见，本文设计的节能控制系统的输出电压比较稳定，而传统组合式补偿系统的输出电压不稳定。

当改变直流母线电压时，本文设计的节能控制系统的交流输出电压始终保持220V不变，而传统组合式补偿系统的交流输出电压则从227V逐渐的增加到261V。结果表明，在直流电压不稳定时，本文的系统能为实际应用提供安全保障，将其电压始终控制在220V，而传统组合式补偿系统则存在一定的安全隐患。

4 结论

本文设计了一种基于SN65LB芯片的嵌入式电子通信节能控制系统，在该系统中的设备控制器能够对电源温度的实时数据进行获取与分析，然后利用节能控制电路根据所获取的电源温度数据自动调控电源，从而达到节能的目的。系统性能测试结果表明，在节能控制前能耗为5.842/kW·h，在节能控制后的能耗为4.833/kW·h，两者相比该系统能够明显降低电子通信设备的能耗，且性能较为稳定。