基于ARM9的嵌入式電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
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1 系統(tǒng)組成及原理
1.1 數(shù)據采集端
如圖1所示，整個系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)控終端、GSM網絡、數(shù)據交換中心，監(jiān)控中心、移動接收終端五部分組成。
一般情況下，由本地監(jiān)測系統(tǒng)采用SM業(yè)務發(fā)送變電所的工況數(shù)據。當變電所出現(xiàn)故障時，變電所本地監(jiān)測系統(tǒng)主動呼叫遠程監(jiān)測計算機并建立數(shù)據連接，發(fā)送報警信息;根據實際生產中的需要，生產管理人員可以決定何時建立GSM數(shù)據電路連接，進行實時監(jiān)測。
本系統(tǒng)的發(fā)送端如圖2所示。其中，控制單元的芯片選用S3C2410嵌入式處理器，該處理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T處理器核、采用0.18 μm制造工藝的32位微控制器。該處理器基本特性:獨立的16 KB指令Cache和16 KB數(shù)據Cache、MMU、支持TFT的LCD控制器、NAND閃存控制器、3路UART、4路DMA、4路帶PWM的Timer、I/O口、RTC、8路10位ADC、Touch Screen接口、I2C-BUS 接口、I2S-BUS接口、2個USB主機、1個USB設備、SD主機、MMC接口及2路SPI。S3C2410處理器最高可運行在203 MHz頻率下。
GPRS模塊采用SIMCOM公司出品的工業(yè)級模塊SIM300C，該模塊支持GPRS與內嵌TCP協(xié)議。它是一個完整的手機模塊,屬于移動設備端,負責與GSM、GPRS 網絡進行信令交換。通過串口可以實現(xiàn)對它的控制并進行數(shù)據傳輸,包括短信息和GPRS等。該模塊需要一張開通GPRS 業(yè)務的SIM卡與其配套使用。
1.2 服務器端
鑒于電力系統(tǒng)的特殊性,其監(jiān)控中心不允許直接接入Internet，所以需要一個數(shù)據交換中心來進行數(shù)據處理轉發(fā)。信息采集點的控制器定時或根據監(jiān)控中心的指令把數(shù)據由GSM/GPRS模塊經過GSM網絡傳送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心對數(shù)據進行儲存處理。
1.3 數(shù)據發(fā)布端
監(jiān)控中心一旦接收到新的數(shù)據，馬上通過短消息形式發(fā)送到值班人員手機（MT）上。而值班人員也可通過手機向監(jiān)控中心發(fā)出查詢請求，監(jiān)控中心通過認證其權限大小向其發(fā)送數(shù)據。如圖3所示。
2 操作系統(tǒng)定制
設計中嵌入式操作系統(tǒng)選用Linux。Linux是一套免費使用和自由傳播的類Unix操作系統(tǒng)，它充分利用了X86 CPU的任務切換機制，實現(xiàn)了真正多任務、多用戶環(huán)境，允許多個用戶同時執(zhí)行不同的程序，并且可以給緊急任務以較高的優(yōu)先級，特別適用于嵌入式系統(tǒng)。應用程序開發(fā)工具則采用ADS1.2(ARM Developer Suite)[2]。
2.1構建交叉編譯環(huán)境
由于嵌入式硬件上無法安裝所需要的編譯器，所以只能借助于PC機,而PC機和嵌入式硬件基于兩種不同的處理器類型，因此需要在PC機上生成能夠在ARM上運行的軟件，這就要求構建交叉編譯環(huán)境。本設計選用開源Crosstool來構建交叉編譯工具鏈[2]。
2.2 移植Bootloader
Bootloader類似于PC機上的Bios，是系統(tǒng)啟動時運行的第一個程序，主要作用就是在操作系統(tǒng)內核運行之前，初始化硬件設備，屏蔽中斷，設置啟動參數(shù)等，為操作系統(tǒng)創(chuàng)造一個良好的環(huán)境，然后加載操作系統(tǒng)。本設計同樣使用開源項目U-boot。
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