梁琛

（國網(wǎng)冀北電力有限公司寬城縣供電分公司，河北 承德 067000）

在現(xiàn)代科技發(fā)展的支持下，嵌入式技術(shù)被廣泛應(yīng)用在科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、軍事技術(shù)甚至文藝商業(yè)等眾多領(lǐng)域，在這種廣泛應(yīng)用的發(fā)展模式下，相關(guān)領(lǐng)域?qū)η度胧较到y(tǒng)的應(yīng)用提出了更高要求。對(duì)此，從嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的角度出發(fā)，致力于開發(fā)一種能夠適用于各種場合的監(jiān)控程序，由此提升嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

1 嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)，要求避免在監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸與線路架設(shè)等方面，耗費(fèi)大量的人力與物力，對(duì)此提出了一種電力線載波通信與嵌入式相結(jié)合的全新技術(shù)，并被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)、管理、檢測等領(lǐng)域當(dāng)中。監(jiān)控子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用的是C/S模式，整體框架結(jié)構(gòu)由監(jiān)控服務(wù)器和監(jiān)控客戶端組成，其中，服務(wù)器部分設(shè)置固定的IP地址；服務(wù)器端與客戶端之間的連接，采用的是UDP通信協(xié)議，能夠有效完成監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與信息的傳輸。監(jiān)控服務(wù)器端主要由三個(gè)模塊構(gòu)成，分別是傳感器模塊、嵌入式處理器（CPU）模塊、電力線載波通信模塊；而客戶端的相關(guān)功能，通過PC機(jī)實(shí)現(xiàn)。

2 嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

嵌入式電力監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的服務(wù)器，多為工控機(jī)或商用PC機(jī)，本文所選為PC機(jī)。為保證監(jiān)控子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與傳輸，一般來說，系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)通信模塊的要求都較高。通信模塊的主要原理，就是利用系統(tǒng)中傳感器一端，將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給嵌入式CPU模塊，經(jīng)過處理器處理之后，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)將以統(tǒng)計(jì)報(bào)表等形式呈現(xiàn)在交互界面上；與此同時(shí)，CPU模塊還會(huì)根據(jù)所得的監(jiān)控參數(shù)，發(fā)布相應(yīng)的控制命令，以保證監(jiān)控子系統(tǒng)的閉合運(yùn)行。具體的硬件設(shè)計(jì)如下。

2.1 電力線載波通信模塊的硬件設(shè)計(jì)

明確嵌入式電力控制系統(tǒng)中的監(jiān)控子系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)之后，需要根據(jù)各模塊的運(yùn)行與功能實(shí)現(xiàn)需求，對(duì)相關(guān)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行有效優(yōu)化。上文中提到，本文在傳統(tǒng)嵌入式電力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，融合了電力線載波通信技術(shù)，因此，在嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，由電力線載波通信模塊來負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)主控模塊的相關(guān)控制數(shù)據(jù)的接收。為保證系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)效果能夠達(dá)到理想水平，采用了INT6400電力線調(diào)制控制芯片、INT1400模擬前端來構(gòu)建這一模塊，其中INT6400電力線調(diào)制控制芯片在設(shè)計(jì)過程中，集成了A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能，采用的通信協(xié)議，能夠達(dá)到200Mbps的通信速率，為多路數(shù)據(jù)的同步傳輸效果實(shí)現(xiàn)，提供了有力支持。

2.2 嵌入式CPU模塊的硬件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)，必然要考慮監(jiān)控子系統(tǒng)本身的嵌入式處理器的設(shè)計(jì)效果，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)切實(shí)考慮整個(gè)系統(tǒng)服務(wù)器的功能要求，即負(fù)責(zé)原始監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)傳輸。為保證各項(xiàng)功能的有效實(shí)現(xiàn)，建議采用S5PV210嵌入式ARM Cortex TM-A8處理器，最高可達(dá)1GHz的處理器主頻，能夠支持多種數(shù)據(jù)輸出格式。

3 嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

嵌入式電力控制系統(tǒng)中的監(jiān)控子系統(tǒng)，其軟件部分的設(shè)計(jì)效果，對(duì)系統(tǒng)監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)，能夠產(chǎn)生重要影響，具體的軟件設(shè)計(jì)如下。

3.1 數(shù)據(jù)字典的建立

在設(shè)計(jì)嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的過程中，數(shù)據(jù)字典的設(shè)計(jì)能夠?yàn)閿?shù)據(jù)庫的構(gòu)建與使用，提供必要的結(jié)構(gòu)，為讀取數(shù)據(jù)庫中的信息，提供有效途徑。一般來說，數(shù)據(jù)字典組件都是通過表格的形式，來對(duì)子站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)操作，包括讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫、顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫中的信息、完成對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫的查詢。

總體來說，數(shù)據(jù)字典的建立相對(duì)較為簡單，先通過系統(tǒng)主窗口界面打開子實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)字典界面，窗口會(huì)顯示RTDataView發(fā)送的消息；與此同時(shí)，啟動(dòng)一個(gè)時(shí)鐘，并第一次發(fā)出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)請(qǐng)求。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)請(qǐng)求的接收端為服務(wù)代理組件，該組件會(huì)以變量在緩存中的實(shí)際情況為依據(jù)，在了解需要的基礎(chǔ)上并返回?cái)?shù)據(jù)；此后，時(shí)鐘將作為整個(gè)流程的重復(fù)觸發(fā)點(diǎn)，但不再需要反復(fù)定閱，可以直接從代理組件的緩存中獲得，并返回監(jiān)控界面，由此完成系統(tǒng)運(yùn)行過程中，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的刷新顯示和操作。

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫的主要功能，就是存儲(chǔ)經(jīng)過服務(wù)器處理的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)過程中，一般會(huì)按照一定的規(guī)則將其進(jìn)行分類與排序，為后續(xù)數(shù)據(jù)讀取、維護(hù)等操作提供便利，提高數(shù)據(jù)庫響應(yīng)速率。在嵌入式電力系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)切實(shí)考慮數(shù)據(jù)庫為其監(jiān)控與運(yùn)行控制提供正確依據(jù)的核心作用，建議實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫采用PI，歷史數(shù)據(jù)庫采用oracle，以實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。采用此種數(shù)據(jù)庫，具有功能強(qiáng)大、靈活多變、應(yīng)用編程接口豐富等特點(diǎn)，能夠?yàn)榍度胧诫娏刂葡到y(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，提供可靠保障。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蛄私獾?，MySQL、SQL Server等系列的數(shù)據(jù)庫相對(duì)較小，若系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)規(guī)模不大，也能夠適用。

本文所述嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，主要考慮的是對(duì)輸入模擬量、輸出模擬量、輸入開關(guān)量、輸出開關(guān)量、控制信息等的存儲(chǔ)與處理。在設(shè)計(jì)過程中，為避免在實(shí)際使用過程中，數(shù)據(jù)庫的過量存儲(chǔ)會(huì)導(dǎo)致加重系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)載，降低數(shù)據(jù)庫響應(yīng)速度，所以對(duì)歷史數(shù)據(jù)設(shè)置了刪除操作程序，當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到一定時(shí)間之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行刪除。由此，在不需要人工干預(yù)的前提下，能夠有效保證磁盤空間的充足性以及歷史數(shù)據(jù)的有效性。

3.3 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集

根據(jù)不同的使用需求，嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)會(huì)布置不同的傳感器類型，進(jìn)而采集用戶所需監(jiān)控信息。以視頻監(jiān)控為例，監(jiān)控系統(tǒng)需要采集原始視頻圖像數(shù)據(jù)。在本文所述系統(tǒng)構(gòu)架當(dāng)中，相關(guān)功能可通過嵌入式ARM處理模塊與USB接口，來對(duì)視頻傳感器的圖像信息進(jìn)行有效讀取。本文的嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，采用Linux嵌入式系統(tǒng)為操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)本身包含視頻驅(qū)動(dòng)功能；可采用V4L2內(nèi)核驅(qū)動(dòng)，來為視頻圖像數(shù)據(jù)的采集提供有效的通用接口，由此通過通用結(jié)構(gòu)操作函數(shù)，就能完善對(duì)視頻傳感器中原始圖像信息的全面采集。

4 嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)測試

將本文的嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，作用于某嵌入式電力控制系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控子系統(tǒng)中，經(jīng)驗(yàn)證，視頻傳輸像素能夠達(dá)到320×240；系統(tǒng)當(dāng)中的接收播放客戶端為PC端，播放幀率能夠達(dá)到30fps。本文在設(shè)計(jì)監(jiān)控子系統(tǒng)的過程中，引入了電力線載波通信技術(shù)，可利用電力線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)測試工具，對(duì)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的視頻通信速率進(jìn)行檢測，設(shè)置測試距離分別為5、10、20、30、40 m，所得通信速率逐漸降低，其中最大值為175 Mbps、最小值為85 Mbps。由此可見，本文嵌入式電力監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠達(dá)到圖像清晰、數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)小、通信速率高的設(shè)計(jì)要求，對(duì)于多路視頻同時(shí)傳輸效果的提升，能夠提供可靠的技術(shù)支持。

5 結(jié)語

綜上所述，探究嵌入式電力控制系統(tǒng)中監(jiān)控子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，對(duì)促進(jìn)嵌入式電力控制系統(tǒng)整體應(yīng)用價(jià)值的提升，具有重要意義。通過相關(guān)分析，從軟硬件設(shè)計(jì)的角度分別著手，切合系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需求，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷地改進(jìn)與完善，才能保證系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，能夠最大程度滿足用戶對(duì)嵌入式控制系統(tǒng)自動(dòng)化應(yīng)用水平的多樣化要求。