專利名稱:基于嵌入式處理器的電力遠(yuǎn)程自動抄表終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及一種電力遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)中的終端裝置,尤其是指一種基于嵌入式處理器的終端裝置。
背景技術(shù):
快捷、準(zhǔn)確、高效率的遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)是緩解我國電力需求日趨緊張,實現(xiàn)電力行業(yè)優(yōu)化管理,走向市場的技術(shù)保障,自動抄表系統(tǒng)不僅節(jié)約了大量的人力和時間,快捷、準(zhǔn)確地傳遞了信息,減少了人工抄表誤差,提高了工作效率,而且也是全面實現(xiàn)發(fā)、輸、配電網(wǎng)用戶電能量的自動采集、分析與計費功能的有效手段。
隨著計算機網(wǎng)絡(luò)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展,原先通訊方式和采用計算機作為采集終端,日益成為抄表系統(tǒng)的瓶頸。
嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心,以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),軟件硬件可剪裁,適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)其核心部件是各種類型的嵌入式處理器。隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,嵌入式Linux操作系統(tǒng)也越來越受到重視,嵌入式Linux操作系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)小巧、實時性強、穩(wěn)定性高等特點,其開放的源代碼、強大的技術(shù)支持、良好的可擴展性及對眾多硬件的支持為許多應(yīng)用提供了良好的解決方案。
電力遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)中,一個電能表抄表終端裝置一般都掛接多路電能表,實現(xiàn)對它們的輪流電量數(shù)據(jù)采集,任務(wù)繁重。傳統(tǒng)的終端裝置一般由單片機技術(shù)實現(xiàn),存在處理速率偏低、抄表時間長、處理任務(wù)單一、存儲空間過小等缺點,已無法滿足日益發(fā)展的電力系統(tǒng)自動化發(fā)展的要求。采用嵌入式操作系統(tǒng),結(jié)合高性能的嵌入式處理器和嵌入式Linux的多任務(wù)操作系統(tǒng)機制,可以實現(xiàn)對多個電表的同時數(shù)據(jù)采集,極大地提高了處理速度;同時嵌入式處理器可連接大容量的SDRAM和FLASH,提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲空間。因此采用嵌入式操作系統(tǒng)能適應(yīng)電力系統(tǒng)的迫切需要。
目前電力系統(tǒng)自動抄表系統(tǒng)的通訊電路主要可以分為有線通訊和無線通訊兩種方式。有線方式主要有電力線載波(DLC)、公用電話網(wǎng)等;無線方式主要有微波通信、GSM通信等。電力線載波通訊在控制系統(tǒng)與自動抄表部有較長的應(yīng)用經(jīng)驗,但電力載波系統(tǒng)在配電線上的傳輸可能會遇到諸多困難,在經(jīng)常變化的配電線上非常難以預(yù)料和控制;公用電話網(wǎng)方式進行數(shù)據(jù)傳輸時傳輸?shù)乃俾实停ㄓ嵭什荒鼙WC,且鋪設(shè)成本高,維護困難;GSM短消息通訊方式的可靠性并沒有收到網(wǎng)絡(luò)的保證,特別是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)繁忙的時候短消息更加容易丟失;微波通訊費用相對其他通訊方式偏高。
在GSM無線系統(tǒng)中,無線信道資源非常寶貴。如采用電路交換,通信需要建立端到端的連接,在通信過程中要獨占信道,每條GSM信道只能提供9.6kb/s或14.4kb/s傳輸速率,在成本、效率上缺乏可行性。而采用分組交換的GPRS則可靈活運用無線信道,每一個用戶可以有多個無線信道,而同一信道又可以由幾個用戶共享,從而極大地提高了無線資源的利用率。在理論上,GPRS可以給用戶提供高達171.2kb/s的帶寬,保證了更大數(shù)據(jù)的傳輸,更快的因特網(wǎng)接入。GPRS用戶以數(shù)據(jù)流量計費,而不考慮通信時長,同時GPRS最大的特點就是“永遠(yuǎn)在線”,可以隨時獲得即時的更新結(jié)果,是一種理想的數(shù)據(jù)傳輸方法。
終端系統(tǒng)的應(yīng)用軟件需隨著電力系統(tǒng)的要求進行更新,一般由采用電話撥號通訊的方式和GSM短消息的方式,但電話撥號方式需要增設(shè)專線,GSM短消息易丟包(軟件需分包發(fā)送)且速度慢,都使版本更新變得低效。而基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的終端采用TCP/IP協(xié)議進行版本更新,既提高了速度又保證了可靠性。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種高效可靠、通訊費用低的遠(yuǎn)程自動抄表終端裝置,該終端采用GPRS網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸,基于嵌入式處理器的終端應(yīng)用軟件內(nèi)嵌表計通訊協(xié)議和主站—終端數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,并且支持網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程更新終端軟件版本。
本實用新型采用以下設(shè)計方案終端的硬件以高性能的ARM7系列嵌入式處理器EP7312為核心,外接程序存儲器FLASH,用于存放內(nèi)核、應(yīng)用程序代碼及參變量等;外接數(shù)據(jù)存儲器SDRAM,用于存放臨時數(shù)據(jù)和運行程序;外擴GPRS通訊模塊,與主站進行基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的TCP/IP的SOCKET通訊;外擴RS485串口通訊模塊,與多個表計通信,進行參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)采集;外擴紅外通訊模塊,與現(xiàn)場手持終端設(shè)備(如PDA)通訊;外擴以太網(wǎng)通訊模塊和RS232串口通訊模塊,用于程序調(diào)試和維護,也可用于功能擴展;外擴實時時鐘,保證數(shù)據(jù)的唯一性。
軟件上采用嵌入式Linux操作系統(tǒng),并使用相應(yīng)處理器的交叉編譯器開發(fā)應(yīng)用程序。在嵌入式操作系統(tǒng)上開發(fā)了終端與表計通訊的協(xié)議棧,終端與主站通訊的協(xié)議棧。因此GPRS網(wǎng)絡(luò)通訊僅僅使單純的通訊平臺,數(shù)據(jù)處理的協(xié)議包含在終端應(yīng)用軟件中,應(yīng)用更加靈活,功能更加強大。
終端與表計的通訊協(xié)議??梢灾С侄喾N表計通訊協(xié)議,同時該協(xié)議棧具有良好的擴展性,支持各種表計規(guī)約的動態(tài)加載,比如威勝表規(guī)約、臺州表規(guī)約、華隆表規(guī)約。
終端與主站的通訊協(xié)議棧可以自定義一套協(xié)議,可以使用統(tǒng)一的接口來進行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。終端通過GPRS網(wǎng)絡(luò)獲得一個GPRS內(nèi)部IP,然后通過GGSN網(wǎng)關(guān)與處于公網(wǎng)上的主站進行TCP/IP協(xié)議通訊。
終端裝置的軟件版本遠(yuǎn)程自動更新通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸版本文件來實現(xiàn),主站將新的終端版本文件按固定大小分包,并加上校驗碼打包,通過與終端建立的TCP/IP Socket連接傳輸給終端,終端接收到所有的數(shù)據(jù)包后重組,核對校驗碼正確后,自動覆蓋原有文件并重啟運行新的版本文件。采用TCP/IP協(xié)議的Socket通訊進行終端版本軟件更新,具有速度快、可靠性高等特點,同時GPRS網(wǎng)絡(luò)按流量計費,版本更新的費用也不高。
圖1為本實用新型的硬件框圖;圖2為本實用新型的一個實施例示意圖;圖3為終端與電能表數(shù)據(jù)采集通訊流程圖;圖4為終端與電能表參數(shù)設(shè)置通訊流程圖;圖5為終端與主站的通訊流程圖;圖6為終端版本軟件自動更新的流程圖。
其中,1為電能表,2為終端,3為GPRS網(wǎng)絡(luò),4為Internet網(wǎng)絡(luò),5為主站,6為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
具體實施方式
如圖1所示,一種基于嵌入式處理器的電力遠(yuǎn)程自動抄表終端,以嵌入式處理器EP7312為核心,外接有保存臨時數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲器SDRAM和存儲系統(tǒng)內(nèi)核及程序的程序存儲器FLASH,外擴RS485串口通信模塊、RS232串口通訊模塊、系統(tǒng)復(fù)位模塊、實時時鐘、以太網(wǎng)通訊模塊以及通過雙通道UART模塊外擴的GPRS通訊模塊和紅外通訊模塊,模塊上設(shè)有相應(yīng)的通訊接口,終端通過GPRS通訊模塊與主站進行通訊,通過RS485通訊接口與下掛的表計進行通訊。
由于連接了大容量的非易失性存儲器FLASH,用戶可以開發(fā)嵌入式數(shù)據(jù)庫(比如dbm,berkeleydb等)存儲必要的數(shù)據(jù),終端抄得的數(shù)據(jù)可以存儲在本地數(shù)據(jù)庫中,進行數(shù)據(jù)備份,方便主站的補抄和歷史數(shù)據(jù)查詢。
紅外通訊模塊用于實現(xiàn)終端與現(xiàn)場用戶的手持設(shè)備進行通訊。
以太網(wǎng)通訊模塊和RS232串口通訊模塊用于系統(tǒng)的維護和調(diào)試。
實時時鐘一方面保證了數(shù)據(jù)的時間唯一性,也可以用于終端的定時抄表任務(wù)。讀取系統(tǒng)的RTC時間,根據(jù)主站設(shè)置的定時抄表參數(shù),完成定時抄表任務(wù)。同時終端系統(tǒng)也提供巡檢功能,通過此功能主站能在第一時間掌握終端和電表的非正常狀態(tài),以便快速做出相應(yīng)的處理。終端每隔固定一段時間,通過RS485串口通訊模塊獲取電表狀態(tài)信息,檢測電表目前的運行狀態(tài)是否正常,一旦電表出現(xiàn)異常,終端系統(tǒng)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)主動向主站發(fā)送異常事件。在收到異常時,主站即可將收到的異常事件存入異常事件數(shù)據(jù)庫,以便事故得到及時的處理。
圖2所示為本實用新型的一個實施例,終端2位于電力遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng),通過RS485串口通訊接口下掛多個電能表1,同時通過GPRS網(wǎng)絡(luò)3與位于公網(wǎng)Internet網(wǎng)4的主站5進行通訊,主站5接收到的終端2的采集數(shù)據(jù),保存到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器6上。
終端2通過GPRS網(wǎng)絡(luò)3與主站5進行通訊時,由終端2嵌入式操作系統(tǒng)下的應(yīng)用程序進行協(xié)議解析,GPRS網(wǎng)絡(luò)3僅作為一個通訊平臺,協(xié)議解析模塊基于嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā),靈活性和獨立性比較強。
該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流的走向終端2可以通過GPRS網(wǎng)絡(luò)3接收到主站5的數(shù)據(jù)采集命令或參數(shù)設(shè)置命令,利用終端2應(yīng)用程序中采用的主站—終端通訊協(xié)議進行命令解析進行相應(yīng)操作;終端2根據(jù)主站5命令采集電能表1數(shù)據(jù),并按照主站—終端通訊協(xié)議進行數(shù)據(jù)包組合,數(shù)據(jù)包(包含校驗碼),傳輸給GPRS網(wǎng)絡(luò)3,由GPRS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)發(fā)送到Internet網(wǎng)絡(luò)4,最后發(fā)送給具有公網(wǎng)IP的主站5。
圖3、4所示為終端與電能表的通訊流程,終端與電能表之間的通訊可以分為兩類數(shù)據(jù)采集與參數(shù)設(shè)置。終端根據(jù)電能表的通訊協(xié)議類型動態(tài)地加載表計通訊協(xié)議庫,終端下掛的每個電能表都有各自相應(yīng)的表計地址和表計編碼,用于終端和多個電能表通訊識別用,終端在與電能表進行通訊時,數(shù)據(jù)采集和參數(shù)設(shè)置的命令具有多種命令碼。電能表接收到終端的數(shù)據(jù)包后,經(jīng)過協(xié)議解析后得到命令碼,通過命令碼進行相應(yīng)的操作。
如圖3所示,終端在與電能表進行數(shù)據(jù)采集通訊時,把表計地址和數(shù)據(jù)采集命令碼按照表計通訊協(xié)議類型的幀格式打包,然后通過RS485串口通訊模塊發(fā)送給電能表,電能表接收到后判斷表計地址正確,且判斷命令碼正確后進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集操作,操作完成后通過RS485串口通訊模塊上送抄得的電量數(shù)據(jù)給終端;若接收的表計地址不符則不予響應(yīng),若接收的命令不正確則回送錯誤識別碼給終端。
如圖4所示,終端在與電能表進行參數(shù)設(shè)置通訊時,把表計地址和參數(shù)設(shè)置命令碼以及參數(shù)數(shù)據(jù)按照表計通訊協(xié)議類型的幀格式打包,然后通過RS485串口發(fā)送給電能表,電能表接收到后判斷表計地址正確,且判斷命令碼正確后進行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置操作,操作完成后通過RS485串口通訊模塊上送設(shè)置應(yīng)答碼給終端。若接收的表計地址不符則不予響應(yīng),若接收的命令不正確則回送錯誤識別碼給終端。
圖5所示為終端與主站的通訊流程,如圖所示,由于終端通過GPRS模塊上網(wǎng),在GPRS網(wǎng)絡(luò)上只能申請到內(nèi)部IP,所以公網(wǎng)上的主站不能直接向終端連接,只能終端先主動跟主站連接。每個終端都有一個唯一的終端編碼,用于跟主站通訊。終端上電后會首先發(fā)送連接請求給主站,主站正確接收后,建立可靠的Socket通訊連接,同時記錄終端的IP及終端編碼。
終端與主站的通訊符合一套自定義的協(xié)議,通訊數(shù)據(jù)包按協(xié)議打包,協(xié)議中定義了操作類型,不同的操作類型對應(yīng)各種抄表命令;同時協(xié)議中還定義了校驗方式,保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
終端一旦與主站建立Socket連接后,主站就可以對終端進行標(biāo)時、即時抄表、補抄、參數(shù)設(shè)置、事件觸發(fā)(換CT、換表計)、終端版本更新等一系列操作。終端根據(jù)協(xié)議定義解析主站發(fā)送的數(shù)據(jù)包,得到相應(yīng)的操作類型碼,進行相應(yīng)的操作。如果需觸發(fā)抄表命令的,則終端對電能表進行通訊,抄表得到電量數(shù)據(jù),根據(jù)主站—終端協(xié)議定義數(shù)據(jù)打包上送給主站;若終端執(zhí)行抄表以外的主站命令,則根據(jù)主站—終端協(xié)議定義發(fā)送應(yīng)答數(shù)據(jù)包給主站。
圖6所示為本發(fā)明終端軟件版本自動更新的流程,主站—終端通訊協(xié)議中定義了3個操作類型碼來完成終端版本更新,分別表示開始更新、正式文件更新、以及更新結(jié)束。首先主站以“開始更新”命令提醒終端開始接收新版本文件數(shù)據(jù)包,終端回應(yīng)主站后表示自己已經(jīng)做好準(zhǔn)備開始接收。終端等待接收主站帶有“正式文件更新”操作碼的文件數(shù)據(jù)包,解析數(shù)據(jù)包得到正式文件數(shù)據(jù)暫存,直到接收到主站發(fā)出的“更新結(jié)束”命令碼,終端把接收到的所有文件數(shù)據(jù)重組并寫文件,得到新的版本文件,覆蓋原終端版本文件,并重啟運行新的版本軟件,完成一次終端版本軟件更新。在終端每次收到主站數(shù)據(jù)包后,都會進行校驗,若出現(xiàn)錯誤則提醒主站并結(jié)束這次更新。
實現(xiàn)終端的軟件版本更新需要用接收到的正確的新版本軟件覆蓋原終端軟件,嵌入式Linux操作系統(tǒng)提供了等同于硬盤方式的文件讀寫操作方式,同時為了系統(tǒng)運行的安全性,進行了軟件的備份,出現(xiàn)版本更新失敗時可以恢復(fù)原有版本。
權(quán)利要求1.一種基于嵌入式處理器的電力遠(yuǎn)程自動抄表終端,位于電力遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng),通過串口下掛多個電能表,同時通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與位于Internet網(wǎng)絡(luò)的主站進行通訊,其特征在于所述的終端以嵌入式處理器為核心,外接程序存儲器FLASH和數(shù)據(jù)存儲器SDRAM,外擴GPRS通訊模塊和RS485串口通訊模塊,模塊上設(shè)有相應(yīng)的通訊接口。
2.如權(quán)利要求1所述的基于嵌入式處理器的電力遠(yuǎn)程自動抄表終端,其特征在于所述終端的嵌入式處理器還外擴有紅外通訊模塊、以太網(wǎng)通訊模塊、RS232串口通訊模塊、系統(tǒng)復(fù)位模塊和實時時鐘。
專利摘要本實用新型公開了一種基于嵌入式處理器的電力遠(yuǎn)程自動抄表終端,位于電力遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng),通過串口下掛多個電能表,同時通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與位于Internet網(wǎng)絡(luò)的主站進行通訊,終端以嵌入式處理器為核心,外接程序存儲器FLASH和數(shù)據(jù)存儲器SDRAM,外擴GPRS通訊模塊和RS485串口通訊模塊,模塊上設(shè)有相應(yīng)的通訊接口;終端采用嵌入式Linux操作系統(tǒng);終端還可實現(xiàn)新版本軟件的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程自動更新。本實用新型高效可靠、通訊費用低,適應(yīng)電力系統(tǒng)的迫切需要。
文檔編號G01R11/00GK2906782SQ20052001320
公開日2007年5月30日 申請日期2005年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月13日
發(fā)明者陳耀武 申請人:浙江大學(xué)