远程通信电能信息采集系统及嵌入式技术的应用研究

陈庆旭

（南京国电南自软件工程有限公司，江苏 南京 210000）

0 引 言

随着能源管理控制工作的全面发展，电能管理工作质量受到了更多的关注，要建立基于嵌入式电能信息采集终端的控制模式，实现电能数据的合理化采集管理，并打造远程通信输送平台，更好地提高数据的准确性和可靠性，为电能集约化管理提供保障。

1 远程通信电能信息采集系统总体设计方案

结合功能需求搭建如图1所示的远程通信电能信息采集系统，落实相应模块的协同控制要求，满足整体管理需求的同时，更好地实现数据的远程管理。

图1 远程通信电能信息采集系统结构

1.1 远程通信方案

在远程通信网络体系中，要完成主站数据中心和信息采集终端之间的数据交互管理，配合通信距离要求完成数据的采集汇总，从而满足稳定性和可靠性传输管理。本文选取通用无线分组业务（General Packet Radio Service，GPRS）数据传输模式，技术较为成熟且编程资源较为丰富，加之GPRS模块价格适中，系统整体开发成本较低，针对数据流较小的传输模式具有较为突出的优势[1]。本系统中系统采集的电能信息传输本身具有连续性不足、突发性较强等特点，利用对应的通信网络控制体系就能打造更加科学的传输协议，以维持完整的数据管理控制。

1.2 系统信息采集终端单元方案

第一，建立主微控制单元（Micro Controller Unit，MCU）和外围辅助电路控制模式。选取性价比较高且稳定性较好的单片机作为主MCU，配合时钟电路就能打造完整的应用约束体系，并实现多路发光二极管（Light Emitting Diode，LED）协同指示系统工作状态的目标，满足多接头在线调试。

第二，完成MCU和RS485总线电路的电能数据采集工作后，从属MCU能满足并行通信的具体需求，具有工作效率高且读写速度快的特点。利用RS485总线电路芯片能实现大批量电表数据采集的目标，配合高效性的电能数据分析平台，最大程度上实现资源协同管理的目标[2]。

第三，远程通信。借助主MCU和GPRS模块实现信息交互管理，配合主站数据中心的链路体系完成数据的实时性传输和控制，更好地维持终端信息交互结构的平衡。

第四，数据存储。主MCU主要是负责信息的接收和传输，将相关数据直接发送到数据中心，但是一旦数据中心接收无效，就要利用存储模块将相应的数据内容直接放置在存储器中，以保证再次发送时数据的完整性和准确性。选取MicroSD卡，满足数据暂存的基本需求[3]。

第五，参数设备。利用RS232C电路和上位机完成实时性信息交互，建立通信管理平台，匹配参数设定操作控制模块的同时，更好地利用电路将系统的运行情况直接显示在上位机软件中。

2 远程通信电能信息采集系统具体设计内容

结合远程通信电能信息采集系统的应用要求和规范，要整合具体的应用内容，建构完整的系统控制平台，从而满足综合化管理的具体控制需求，实现多元化管理，并更好地维持电能信息采集效率。

2.1 硬件设计

基于远程通信电能信息采集系统的应用需求，在进行如图2所示的硬件系统设计环节中，要保证时钟、驱动、调试接口等环节衔接合理，共同建构完整的主MCU和从MCU控制平台，确保后续电能信息采集和汇总管理工作都能顺利展开，减少资源损耗和经济损失[4]。

图2 硬件设计

在MCU功能电路设计环节中，借助嵌入式技术完成相应设计流程，打造综合化管控体系和运行平台[5]。

2.1.1 主MCU电路

主MCU电路是整个嵌入式系统的核心组成部分，选取的MCU需要满足客户的实际需求并且产品开发较为成熟，具有通用型接口。最终选取的是AT91SAM7X256单片机，不仅存储空间大，而且利用32位ARM核精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC）处理器，具备较为丰富的外设接口和I/O口线，能起到中心调度的作用。借助串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）处理模块将整个系统与MCU连接，建立完整的通信体系，能实时获取对应电能表的数据信息。与此同时，单片机和GPRS模块进行连接，配合实际应用环境，就能借助无线处理方式完成数据传输管控，将其直接传输到数据中心，更好地减少数据丢失造成的影响。一旦出现通信失效等问题，AT91SAM7X256单片还支持模块内数据的暂存管理，等待网络运行正常后再次发送[6]。

2.1.2 外围辅助电路

应用时钟电路、联合测试工作组（Joint Test Action Group，JTAG）调试接口电路以及LED指示灯电路等建立可控化管理体系，整合相关运行模式，满足在振荡电路应用管理的基本需求。例如，在JTAG调试接口电路选择时，要具备接口支持模式，实现前期系统开发程序调试，有效搜索错误程序，更好地保证设计方案的准确性和规范性[7]。标准的JTAG要具备相应的引脚，具体信息见表1。

表1 引脚信息

2.2 软件设计

在如图3所示的软件设计环节，要结合信息采集系统软件和上位机参数设定内容完成相关工作，确保具体的设计内容符合综合监管的需求，整合资源结构共同维持管理效率，配合总体设计和电能数据采集程序设计、电能信息数据帧格式以及数据暂存程序设计打造完整的控制体系，共同优化管理模式的运行质量。

图3 软件设计

一方面，总体软件基于终端处理要求落实具体工作，在系统进入正式信息处理环节后，利用初始化设置就能维持各个系统模块运行管理的规范性。设置SPI串行通信接口等，满足自动调整后发送开机码的基本要求，并且能实时性读取Flash系统设置的数据帧，以保证系统运行工作的连续性[8]。

另一方面，软件支持程序中的主MCU运行效率得以优化升级，利用中断服务模式就能完成系统的阶段性控制，配合串行通信中断程序有效建构完整的GPRS模块，实现上位机软件通信体系的建立和管控目标。例如，定时器中断程序中，定时器0会每间隔0.5 s就完成一次中断，借助系统中LED灯的闪烁控制完成信号传递。相应的，定时器1会每间隔1 s进行一次中断处理，判定主MCU是否能借助SPI串行通信接口完成数据管理，评估数据是否存在超时溢出等问题[9]。

3 基于嵌入式技术的远程通信电能信息采集系统测试

3.1 嵌入式系统电源

利用工业12 V直流稳压进行供电，点亮所有LED指示灯，并且将系统模式调控为定时器1的模式，系统RS485总线采取的是电能数据模块和GPRS模块，满足相应控制要求后进行测试处理。

结合测试条件进行主MCU和从MCU的功耗测试程序编写，利用直流稳压电源完成系统供电测试，有效评估直流供电环境下系统的实际功耗参数。为确保测试的准确性，将万用表直接串联在电路中，以实现无数据发送状态下和有数据发送状态下的测试对比，更好地判定功耗参数，并绘制曲线。最终测试结果表明，为更好地减少系统运行功耗，结合嵌入式系统运行要求，直流电压数值要选取8～13 V，系统采取229 V交流市电供电，转12 V电源变压器能有效优化功耗效果。

3.2 GPRS远程通信

主要是借助传输控制协议/用户数据报协议（Transport Control Protocol/User Data Protocol，TCP/UDP） Socket调试软件进行测试，配合嵌入式处理模式，能建立GPRS模块和数据中心之间的通信连接体系，更好地满足实际应用的设计要求，并配合串行通信接口调试软件和仿真器实现数据暂存管理[10]。

4 结 论

总而言之，基于嵌入式技术建立远程通信电能信息采集系统具有重要的研究意义，能在提升系统运行效率的同时，打造更加可控化的数据监督管理模式，减少数据传输中功耗情况，维持良好的数据运维管理效能，整合硬件设计和软件设计内容，共同打造完整的信息管理体系，为远程通信电能信息采集系统的可持续健康发展奠定坚实基础。