基于ARM9的電力負控終端系統(tǒng)的設計

摘要 介紹了采用高端嵌入式單片機ARM9和嵌入式Linux操作系統(tǒng)構(gòu)成的電力負荷終端系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)的整體設計方案。終端利用嵌入式Linux操作系統(tǒng)為應用軟件提供強大、穩(wěn)定的資源環(huán)境，根據(jù)Q／GDW 374．1-2009《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范：專變采集終端技術(shù)規(guī)范》的要求，將智能電網(wǎng)管理終端多個任務劃分為應用軟件下執(zhí)行任務多個線程，使得系統(tǒng)完成多任務的能力更強、穩(wěn)定性更高。
關鍵詞 電力負荷終端；ARM9；GPRS；Linux

隨著客戶對電能質(zhì)量要求的逐步提高，傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡難以滿足發(fā)展要求。為此，提出發(fā)展“全覆蓋、全采集、全預付費”智能電網(wǎng)的設想，以實現(xiàn)傳統(tǒng)電網(wǎng)的升級。電力用戶用電信息采集系統(tǒng)——智能電網(wǎng)管理終端，是一種集計算機、通信、用電及計量技術(shù)于一體的智能抄表設備，它具有抄收速度快、計算精度高、抄表實時性好、集成度高、可靠性好、結(jié)構(gòu)簡潔、安裝使用方便等突出的優(yōu)點，可直接與營業(yè)計算機聯(lián)網(wǎng)，對電力用戶進行數(shù)據(jù)采集計算及控制管理。電能計量自動抄表系統(tǒng)實現(xiàn)了從電能數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)教幚淼淖詣踊捎米詣映砜梢跃徑獬砣藛T的勞動強度，降低人為因素造成的抄表誤差，并能迅速統(tǒng)計低壓時線損，降低用電成本，同時對加強用電管理，防止國家電力資源流失，對推進電能管理現(xiàn)代化具有積極意義。

1 系統(tǒng)組成及工作原理
基于GPRS的負荷控制管理系統(tǒng)，以公共GPRS移動通信網(wǎng)絡為載體，輔以現(xiàn)場RS485總線等通訊方式，將變電站、大用戶、公用配變、居民戶等為主要控制管理對象，實現(xiàn)從變電站到供電線路再到電力用戶的綜合供用電監(jiān)測、控制和管理。其工作流程如圖1所示。

1．1 電力負荷管理終端系統(tǒng)組成
終端主要由5部分組成：電源單元、處理單元、通信單元和GPRS單元，其系統(tǒng)組成原理框圖如圖2所示。

1．2 系統(tǒng)設計方案
采用美國Atmel公司生產(chǎn)的AT91SAM9260CUARM9 CPU芯片為核心硬件架構(gòu)搭建系統(tǒng)硬件電路。
傳統(tǒng)的低端嵌入式單片機或多片單片機聯(lián)合控制(MCU)作為核心控制器件，實現(xiàn)對智能化、多任務的管理終端控制已不能滿足需要。特別在實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、電表數(shù)據(jù)抄錄、GPRS通信控制、485通信控制、負載控制、大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲等多任務并行方面，傳統(tǒng)的單片機已不適用。原因是：(1)采用低端嵌入式單片機ARM7為采集終端的核心控制器件，可以實現(xiàn)程序的實時性，但其資源相對有限，在數(shù)據(jù)存儲和管理、實現(xiàn)USB控制和以太網(wǎng)控制等方面不理想。(2)采用多片單片機聯(lián)合形式實現(xiàn)如上要求的控制，其性能比采用低端嵌入式計算機ARM7還差，僅將多個任務分解，每單個任務由相應的一塊單片機完成，這給每塊單片機間的協(xié)調(diào)性帶來壓力，處理不好時程序運行很不穩(wěn)定，難以實現(xiàn)程序的實時性。
ARM9系列微處理器在高性能和低功耗方面提供最佳性能。具有以下特點：(1)5級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。(2)提供1.1MIPS／M Hz 的哈弗結(jié)構(gòu)。(3)支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。(4)支持32位的高速AMBA總線接口。(5)全性能的MMU，支持WindowsCE、Lin ux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。(6)MPU支持實時操作系統(tǒng)。(7)支持數(shù)據(jù)Csche，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。
采用美國Enfora公司的ENFORA0306-GPRS模塊作為數(shù)據(jù)上傳核心部件，完成主站軟件的各項操作。與傳統(tǒng)通信方式相比，基于GPRS的無線數(shù)據(jù)傳輸有如下優(yōu)點：(1)成本低廉。(2)建設工程周期短。(3)適應性強。(4)擴展性好。(5)設備維護方便。采用與GSM同樣的無線調(diào)制標準、同樣的頻帶以及同樣的TDMA(時分多址)幀結(jié)構(gòu)。因此，現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)可以提供全面的GPRS覆蓋。GPRS引入的分組交換傳輸模式，使原來采用電路交換模式的GSM傳輸數(shù)據(jù)方式發(fā)生了根本變化，這在無線資源稀缺的情況下顯得尤為重要。按電路交換模式而言，在整個連接期內(nèi)，用戶無論是否傳送數(shù)據(jù)都將獨占無線信道。而對分組交換模式，用戶只有在發(fā)送或接收期內(nèi)才占用資源，這意味著多個用戶可以高效共享同一無線信道，提高了資源利用率。GPRS用戶計費以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，其連接時間可能長達數(shù)小時，卻只需支付相對低廉的連接費用，從而提供一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務。因此這種數(shù)據(jù)傳輸方式特別適用于簡短的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾大量的數(shù)據(jù)傳輸方式。