文章编号：１００８－０５７０（２００７）０６…１
数采与监测
中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００７年第２３卷第６—１期
０１１２
０３
基于嵌入式ＬＩＮＵＸ的电能量数据采集终端的开发研究
ＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｍｅａｓｕｒｅｄｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｕＮＵｘ
ｏｎ
ｅｍｂｅｄｄｅｄ
（河北农业大学）卢中南任振辉李东明刘扬
ＬＵＺＨＯＮＧＮＡＮ
ＲＥＮＺＨＥＮＨＵｌＬｌＤＯＮＧＭＩＮＧ
ＬＩＵＹＡＮＧ
摘要：远程电能量数据终端（ＥＲＴＵ）是电能量计量计费自动化系统中的重要组成部分。拥有自动化程度高、运行可靠、维护方便的电能量计量计费系统已经成为电力系统自动化改造中的一个重要环节。本文以远程电量数据终端的设计为背景，将实时嵌入式系统的概念引入传统的电能量采集系统．提出了基于实时操作系统Ｌｉｎｕｘ的远程电量数据终端的设计实现方案。关键词：远程电能量数据终端；嵌入式Ｌｉｎｕｘ；ＧＰＳ；ＧＰＲＳ中图分类号：ＴＰ３６８．１；ＴＭ９３３
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＥｎｅｒｇｙ
ｔａｎｔ
ｐａｒｔ
文献标识码：Ａ
ＲｅｍｏｔｅＴｅｒｍｉｎａｌＵｎｉｔｉＳｔｌｌｅ
ｐｏｗｅｒ
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ｎｅｃｅｓｓａｒｙ
ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆ
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Ｔｅｒｍｉｎａｌ
Ｕｎｉｔｉｓ
ｐｒｏｐｏｓｅｄ
１引言
随着计算机技术、网络技术和大规模集成电路的高速发展，
动态信号分析系统出现了向着网络化方向发展的趋势。以计算机技术、芯片技术和以软件为核心的嵌入式系统（ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓ—ｔｅｍ）再度成为当前研究和应用的热点。相对于通用计算机系统，嵌入式系统最大的特点是目的性和针对性强，即每一套嵌入式
四部分组成，涉及到电子、计算机、通信、网络、电力系统等多方
面的专业知识。
随着电力市场的建立和信息技术的发展，电能量采集系统的发展出现了新的特点：（１）网络化程度更高，远程电能数据采集
终端（ＥＲＴＵ）除了具备多种接１３和内置Ｍｏｄｅｍ，还应具有网络功
能，具有网络接口，遵从ＴＣＰ／ＩＰ标准协议；数据传输安全可靠，具备面向用户的信息查询功能以及辅助信息发布功能；（２）电能
表自动抄表ＡＲＭ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＲｅａｄｉｎｇＭｅｔｅｒ）是供电部门将安装在用户处的电能表所记录的用电量，通过遥测、传输和计算机系
系统的开发设计都有其特殊的应用场合和特定功能，且通常具有实时性高、功耗低、体积小、集成度高、成本低等特点。
远程电能量数据采集终端（ＥＲＴＵ）在电能量计费系统中是
介于计量主站与费率装置（电能表）之间的中间设备，主要完成
电能量数据采集、处理、存储及转发等功能。嵌入式技术在电力系统中的应用有着悠久的历史，早在几年前国内就已经开始引进嵌入式实时操作系统（Ｒｅａｌ
ＴｉｍｅＯｐｅｒａｔｉｏｎ
统汇总到营业部门，代替人工抄表及一系列后续工作。
ＡＲＭ的实现将克服人工抄表费时、费力、容易出错及入户抄表的困难，有利于提高配电自动化水平；（３）在远程电能数据采集终端（ＥＲＴＵ）采用嵌入式ＣＰＵ和嵌入式实时多任务ＲＴＯＳ构成完整的嵌入式系统，在ＲＴＯＳ的基础上结合嵌入式Ｗｅｂ服务器技术，可实现实时、动态的交互查询功能，为用电管理人员的决策分析提供了强有力的支持。ＥＲＴＵ采用定时或者实时启动抄表任务，通过Ｒｓ＿４８５总线读取智能电能表内的电量信息和事件信息，支持标准的ＲＳ一４８５串口数据输出。每一个ＥＲＴＵ装置都可以接多路ＲＳ一４８５总线，这样就可以同时采集多路的电表信息。根据以上所述电能量采集系统的发展，在系统的研
究中开发出了一种新型的电能量采集终端，其硬件采用流行的
Ｓｙｓｔｅｍ—ＲＴＯＳ）为
核心的电网监控系统。随着近年来电力系统自动化程度的不断
提高及嵌入式技术的迅速发展，嵌入式技术越来越广泛应用于数据采集、状态监控、自动装置、微机保护、集散控制等各个领域，其中电能计量系统由于其自身的用电用户分散性和管理网络化的需要，应用嵌入式技术将大大提高系统性能。
２嵌入式电能量采集系统概述
电能量采集系统作为电力营销和未来电网商业化运营的统、厂站端电量采集器、多功能电子式电量表和信息通信网络
卢中南：硕士
基金项目：河北省科技攻关计划项目（０４２１３５２８）一１１２—３６０元，年邮局订阅号：８２．９４６
ＰＣＩ０４为主的ＣＰＵ，可保证高速和高可靠性运行，总线式设计，可较为方便的对接１３进行扩充，以电子盘为存储介质，可确保掉电后数据的不丢失；其控制平台采用实时嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统，多进程／线程设计，各程序模块并发运行，可极大地提高
万方数据
数采与监测
系统效率。各电能量计量点对应的智能电表对电能量进行测量，数据采集系统对电能表进行巡回采集并存储下来，通过专线方式即移动公司的ＧＰＲＳ网络将采集的数据传输到主站系统，通过ＧＰＲＳ网络与控制中心进行远程通信。数据采集系统在设计上采用功能模块插件式结构，主要由接口模块、ＲＳ一４８５采
带有ＰＣＩ０４接口的４通道多串口卡，用多串口扩展出８个串口用以连接本地电能表，系统还采用了以下用户接口设备：一块兼容标准液晶显示接口的单色液晶显示屏，显示分辨率３２０×２４０；用Ｐｃ—ＡＴ键盘接口连接的输入键盘，用作用户输入设备。
由上可见，主要Ｐｃ外围设备都被集中到了一块体积比较小的主板上，这其中包括：ＣＰＵ、内存、总线控制器、标准串行通信口、标准并行通信口、标准ＩＤＥ磁盘驱动器接口、标准ＶＧＡ
集模块、主控模块、远程通信模块（Ｍｏｄｅｍ）等组成，各模块之间
通过主控模块进行连接和管理。采集装置采用定时启动抄表任务的方式，也可使用远程控制方式，通过ＲＳ一４８５总线读取智能
型电表内存储的电能量信息，分时段存储在采集装置内的事件
信息。数据采集系统具有对不同电能表规约转换的能力，针对不同的电能表，编写相应的采集程序，建立了一个程序库。
驱动芯片、液晶显示接口、鼠标／键盘接口、Ｗｍｃｈｄｏｇ监控芯片。用一块主板加上电源、显示和存储设备，组成了一套功能强
大，结构紧凑的工业级的Ｐｃ。
３．２系统校时模块
数据采集单元的时间是通过ＧＰＳ标准模块输出的同步时间信号校定，ＧＰＳ模块通过ＲＳ一２３２接口与数据采集单元通信，
３嵌入式电能量采集系统的主要功能
开发的新型电能量采集系统集数据抄收、存储、处理、无线上传等功能于一身，系统可采集３２／６４路脉冲输入信号，脉冲扫描周期为１０ｍｓ，采样分辨率不小于４０ｍｓ，具有硬件滤波，同时软件根据电能表类型和脉宽进行滤波处理。利用电能量采集系
从电能表采集到的电能数据加上时间信息，存储到电子盘中，
然后上传给主站带时标的电能数据。
３．３系统ＧＰＲＳ模块
ＧＰＲＳ是一种移动数据通信业务，在用户和数据网络之间提供一种连接，给用户提供端到端的、广域的无线ＩＰ连接。电
统提供４路ＲＳ－４８５接口，每个ＲＳ一４８５接口可接入３２只多功
能电子式电能表，还可以扩展。抄收间隔由主站远方设定，也可
在采集系统方设定，每个从电能表读取的数据加入时间信息存储为带有时标的数据，电量采集系统的时间信息是通过系统中
的ＧＰＳ模块进行精确授时，采集系统通过ＧＰＳ时钟完成校时并可以对多功能电子式电能表进行广播方式的校时，该嵌入式
能量采集系统采集完的数据通过ＧＰＲＳ网络上传给主站计算机，主站端的ＧＰＲＳ的Ｍｏｄｅｍ接收发送过来的数据。
如图２所示电能量数据采集部分的硬件结构图。
电能量采集系统既可以同脉冲式与脉冲式电表终端通信，也可以同数字接口全电子式电能表终端通信，同时提供了一个
ＧＰＲＳ接口，支持ＴＣＰ３Ｐ协议，通过ＧＰＲＳ网络上传给主站服务器。系统的功能结构图如图１所示。
图２电能量数据采集单元的结构图
３．４数据采集单元的软件设计
嵌入式Ｌｎｕｘ系统是以核心为基础的、完全内存保护、支持多任务多进程，支持广泛硬件，包括Ｘ８６、ＡＲＭ、ＮＥＣ、ＭＯＴＯＲＯ—
ＬＡ等现有大部分芯片，且价格低廉，开发资料丰富，可定制内核。Ｌｉｎｕｘ程序源码全部公开，包括系统内核，任何人可以修改
并在（ＧＮＵ
图１电能采集系统的功能结构模型
ＧｅｎｅｒａｌＰｕｂｌｉｃ
Ｌｉｃｅｎｓｅ）下发行，这样开发人员可以对
操作系统进行定制和修改。
根据开发的嵌入式电能数据采集系统所完成的功能，软件
４系统实现
３．１数据采集单元的硬件结构
设计分为５个模块：上行通信、下行通信、核心处理、用户接口、系统服务。电能量采集系统的设备驱动以模块化方式被动态的
扩展到Ｌｉｎｕｘ内核中，驱动模块包括对时钟芯片、串口控制器、液晶显示器以及外围设备的驱动，同时还包括对ＰＣＩ０４自带的标准网络口、标准ＲＳ一２３２串行口及标准１０４键盘接口等的驱动，Ｌｎｕｘ系统在安装时就自动完成了对ＰＣＩ０４标准设备的驱动，采集终端所需要的扩展串口板等外围设备的驱动纳入到
Ｌｎｕｘ内核中。
系统的硬件核心用标准ＰＣＩ０４“夹层总线”方式和嵌入式
操作系统提供应用程序的运行平台，提高软硬件设计的标准化程度和系统的复用性，微处理器采用了ＩｎｔｅＭ８６处理器平台，其速度为１００ＭＨｚ，且可用程序改变；它包含一个以太网接口，支持ＴＣＰ３Ｐ协议，存储器分为两部分：５１２ｋＢ的ＦＬＡＳＨＥＰＲＯＭ
佣于运行程序及各个中间变量的存放）；一块６４ＭＢ的ＤｉｓｋＯｎＣｈｉｐ的电子盘佣于存放抄收的电能量数据，最多可扩展到１Ｇ）。
系统软件总体结构如图３所示。
万方数据
＠黜两邮局订㈣８２舢３６０元ｍ
１１３—
数采与监测
中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００７年第２３卷第６—１期
（上接第７６页）
（０５００４３河北省石家庄铁道学院电气工程分院）陈东阳刘建华余志强石彦辉
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＲａｉｌｗａｙ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ）ＣｈｅｎＤｏｎｇＹｕＺｌｌｉＱｉａｎｇＳｈｉＹａｎＨＩｌｉ
Ｙａｎｇ
Ｌｉｕ
ＪｉａｎＨｕａ
通讯地址：（０５００４３河北省石家庄市北二环东路１７号石家庄铁道学院电气工程分院）陈东阳
（收稿日期：２００７．４，１３）（修稿日期：２００７．５．１５）
（上接第１０８页）
图３
数据采集系统软件的总体结构
ＳＣＳＩ控制软件流程如图３所示。首先初始化设备，然后建立同步传输协议，检测硬盘。硬盘准备好后就可以进行数
５结论
针对计算机技术和数据采集技术发展现状，研究并开发出一个新型的基于嵌入式网络技术的电能量采集系统，该系统以高速发展的嵌入式网络技术为核心进行设计，把无线互连技术和嵌入式，Ｌｉｎｕｘ结合起来，可以真正为用户提供一个无线互连平台，使得采集完的电能数据通过无线网络准确无误的上传给主站系统，利用采集系统中ＧＰＳ模块的授时可保证采集电能数据时间的确定性。
现开发出这一基于嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统的新型电能量采集系统具有很好的实时性、可靠性和可扩展性，性能价格比高，能够满足电力市场对电能采集和传输可靠性高、速度快、维护方便、稳定性及扩展性的需求。
本文作者创新点：根据现有的电能量采集系统提出了基于实时操作系统Ｌｉｎｕｘ的远程电量数据终端的设计实现方案。参考文献
［１】谭曼．电能量采集计量系统【Ｊ】．云南电力技术．２０００，２８（４）：
６２－６４
据传输。
５结束语
本文介绍了一种光接口的专用高速数据记录器的设计。它脱离了微机平台，用ＤＳＰ微处理器做控制，用专门的ＳＣＳＩ总线控制器处理ＳＣＳＩ总线信号，并建立了一个高速ＤＭＡ通道，将数据高速持续的存储到ＳＣＳＩ磁盘阵列中。设计速度高，容量大，可移植性好，可以灵活应用到各种系统中。
本文作者创新点：１．专用型记录器的设计思路，避免了总线带宽限制，可以达到更高的传输速度。２．用ＤＳＰ做为本地ＣＰＵ，控制整个系统，脱离了微机系统，实现了模块化设计。３．用高度集成的ＦＰＧＡ取代了多个分立元件（ＦＩＦＯ，串并转换，ＤＭＡ控制器）。４．源端数据采用光接口传输，可靠性高，速度快。参考文献：
【１】姜风山，雷宏．一种基于ＦＡＳ４６６的合成孔径雷达高速数据记录器的设计．电子技术应用，２００４．６。
【２】何苏勤，王忠勇．ＴＭＳ３２０Ｃ２０００系列ＤＳＰ原理及实用技术．北京：电子工业出版社．２００３．９。［３］Ｑｌｏｇｉｃ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．ＦＡＳ６６０
ｆａｓｔ
ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ
【２】钟章队，蒋文恰，李红君等著．ＧＰＲＳ通用分组无线业务【Ｍ】．人民邮电出版社
【３】王学龙著．嵌入式ＬＩＮＵＸ系统设计与应用［Ｍ】．清华大学出版社
【４】董昕，王林，杨继勋．电能量采集及计费自动化系统设计（Ｊ】．电力系统自动化，２００４，２４（７）：５５—５７．
［５］白小明，邱桃荣．基于Ｌｉｎｕｘ的嵌入式实时操作系统的研究【Ｊ】微计算机信息，２００６，２（２）：７８—７９．
【６】韩小桃，谢剑锋，李启炎等．嵌入式及其在电能计量中的应用［Ｊ】．电测与仪表，２００５，４２（８）：４６—５０
作者简介：卢中南（１９７８一），男，汉族，硕士，研究方向为人工智能任振辉（１９６８一），男，汉族，副教授，硕士生导师，专门从事计算机应用（人工智ｆｉｇ）的研究
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：Ｌｕｓｅａｒｃｈｏｆ
ＳＣＳＩｐｒｏｃｅｓｓｏｒ
ｔｅｃｈｎｉｃａｌｍａｎｕａｌ，２００２．７。
［４］ＱｌｏｇｉｃＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ。ＦＡＳ６６０
Ｄｅｓｉｇｎｅｒ’Ｇｕｉｄｅ，２００３．１。
ＦａｓｔＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＳＣＳＩＰｒｏｃｅｓｓｏｒ
［５】吴志祥，汪波，基于ＩＳＣＳＩ的存储系统实现方法．【Ｊ】微计算机信息，２００６，３－３。
作者简介：齐亚军（１９８１一）：男（汉），中国科学院电子学研究硕士
研究生。研究方向：通信与信息系统，高速数据存储。赵凤军（１９６３一）：男（、汉），中国科学院电子学研究所研究员，硕士生导师。
研究方向：雷达系统、射频微波技术。
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＱｉＹａｊｕｎ：
Ｐｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅ
ｏｆｉｎ
ｍａｌｅ，Ｈａｎ
ｏｆ
ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｙ，
Ｂｏｒｎｉｎ１９８１．
ｏｆ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ
Ａｃａｄｅｍｙ
ＺｈｏｎｇＮａｎ（１９７８一），ｍａｌｅ，ｈａｎ，ｍａｓｔｅｒ，ｔｈｅ
Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，ｍａｊｏｒ
ｒｅ—
ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ
ｄａｔａｓｔｏｒａｇｅ．ＺｈａｏＦｅｎｇｊｕｎ，ｍａｌｅ，
ｉｎ
１９６３，Ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ
ｏｆ
ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ；ＲｅｎＺｈｅｎＨｕｉ（１９６８－），ｍａｌｅ，ｈａｎ，
Ｈａｎ
ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｙ，
Ｂｏｒｎ
ａｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒｏｆｍａｓｔｅｒ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｃｏｍｐｕｔ・
ｅｒ
ｐｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅ，ｗｏｒｋｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙ
ｏｆ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ）．
Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，ｍａｊｏｒ
ｉｎ
ｒａｄａｒｓｙｓｔｅｍ，ＲＦｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．
（０７１００１河北保定河北农业大学机电工程学院）卢中南任振辉李东明刘扬
通讯地址：（０７１００１河北河北农业大学机电工程学院２∞４级研究生）卢中南
（收稿日期：２００７．４．１３）（修稿日期：２００７．５．１５）
（１０００８０北京中国科学院电子学研究所）齐亚军赵风军（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ，１０００８０）ＱｉＹａＪａｎ院电子所六室）齐亚军
（收稿日期：２００７．４．１３）（修稿日期：２００７．５．１５）
Ｚｈａｏ
ＦｅｎｇＪｕｎ
通讯地址：（１０００８０北京北京市海淀区北四环西路１９号中科
一１１４—３６０．７Ｌ，牟邮局订阅号：８２－９４６
万方数据
基于嵌入式LINUX的电能量数据采集终端的开发研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
卢中南， 任振辉， 李东明， 刘扬， LU ZHONGNAN， REN ZHENHUI， LI DONGMING， LIU YANG
071001,河北保定,河北农业大学机电工程学院微计算机信息
CONTROL & AUTOMATION2007,23(16)3次
参考文献(6条)
1. 谭旻 电能量采集计量系统 2000(04)
2. 钟章队;蒋文怡;李红君 GPRS通用分组无线业务3. 王学龙 嵌入式LINUX系统设计与应用
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本文读者也读过(9条)
1. 吴健 基于PC/104平台嵌入式Linux研制[学位论文]2006
2. 王旭. 高立新. WANG Xu. GAO Li-xin 基于共振解调的嵌入式数据采集分析仪的研究[期刊论文]-机械设计与制造2010(9)
3. 沙泉. SHA Quan 基于嵌入式LINUX的异步事件驱动数据采集模型[期刊论文]-微电子学与计算机2007,24(12)4. 贺广武 基于嵌入式Linux远动数据采集系统的研究与设计[学位论文]20065. 赵亦湘. 李来伟 电能计量装置的进展与未来[会议论文]-2005
6. 史书平. 耿宗亮. 于复生. SHI Shu-Ping. GENG Zong-Liang. YU Fu-Sheng LabVIEW Express 7.0与ARM的串行数据通讯程序设计[期刊论文]-机电产品开发与创新2007,20(3)
7. 孙寿龙 基于嵌入式Linux的机车质量参数监测记录系统[学位论文]2006
8. 屈百达. 陈旎璐. 张林俊. 刘康 实时分段三相负荷计量装置研制[期刊论文]-自动化仪表2009,30(5)
9. 黄灿泉. 孟文. 张朋涛. HUANG Can-Quan. MENG Wen. ZHANG Peng-Tao LabVIEW与ARM微控制器的串口通信[期刊论文]-机电产品开发与创新2005,18(5)
引证文献(3条)
1. 郑佳春 基于嵌入式LINUX的航标遥测遥控终端的开发[期刊论文]-计算机应用与软件 2009(10)2. 黄悦华. 柳碧文. 孔庆竹 嵌入式多串口通信在电能质量监控的应用[期刊论文]-微计算机信息 2007(35)3. 王先春. 樊希平. 彭建英. 乔闹生 基于ARM的嵌入式电能计量系统设计[期刊论文]-微计算机信息 2009(17)
本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_wjsjxx200716047.aspx
文章编号：１００８－０５７０（２００７）０６…１
数采与监测
中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００７年第２３卷第６—１期
０１１２
０３
基于嵌入式ＬＩＮＵＸ的电能量数据采集终端的开发研究
ＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｍｅａｓｕｒｅｄｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｕＮＵｘ
ｏｎ
ｅｍｂｅｄｄｅｄ
（河北农业大学）卢中南任振辉李东明刘扬
ＬＵＺＨＯＮＧＮＡＮ
ＲＥＮＺＨＥＮＨＵｌＬｌＤＯＮＧＭＩＮＧ
ＬＩＵＹＡＮＧ
摘要：远程电能量数据终端（ＥＲＴＵ）是电能量计量计费自动化系统中的重要组成部分。拥有自动化程度高、运行可靠、维护方便的电能量计量计费系统已经成为电力系统自动化改造中的一个重要环节。本文以远程电量数据终端的设计为背景，将实时嵌入式系统的概念引入传统的电能量采集系统．提出了基于实时操作系统Ｌｉｎｕｘ的远程电量数据终端的设计实现方案。关键词：远程电能量数据终端；嵌入式Ｌｉｎｕｘ；ＧＰＳ；ＧＰＲＳ中图分类号：ＴＰ３６８．１；ＴＭ９３３
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＥｎｅｒｇｙ
ｔａｎｔ
ｐａｒｔ
文献标识码：Ａ
ＲｅｍｏｔｅＴｅｒｍｉｎａｌＵｎｉｔｉＳｔｌｌｅ
ｐｏｗｅｒ
ｏｎ
ｎｅｃｅｓｓａｒｙ
ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆ
ｔｈｅ
ｔｈｅｅｎｅｒｇｙｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．
Ｉｔｈａｓｂｅｅｎ
ａｎ
ｉｍｐｏｒ—
ｏｆｔｈｅａｌｔｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅ
ｔｈｅｓｉｓｉＳｂａｓｅｄ
ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ．Ｔｈｉｓｔｅｍｉｓ
ｅｎｅｒｇｙｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆａｕｔｏｍａｔｅｄ，ｒｅｌｉａｂｌｅ，ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ
ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｆｏｒＥｎｅｒｇｙＲｅｍｏｔｅＴｅｒｍｉｎａｌＵｎｉｔ．Ｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ．ｔｈｅｉｄｅａｏｆｔｅａｌ—ｔｉｍｅｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓ—
ａｕｔｏｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ
ｗｉｔｈ
ａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｅｎｅｒｇｙｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．ＡｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＥｎｅｒｇｙＲｅｍｏｔｅ
ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐｒｏｉｅｃｔ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＲｅａｌ—ｔｉｍｅＯｐｅｒａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＬＩＵＮＸＫｅｙｗｏｒｄ：ＴｈｅＥｎｅｒｇｙＲｅｍｏｔｅＴｅｒｍｉｎａｌＵｎｉｔ；ＴｈｅＥｍｂｅｄｄｅｄＬｉｎｕｘ；ＧＰＳ：ＧＰＲＳ；
Ｔｅｒｍｉｎａｌ
Ｕｎｉｔｉｓ
ｐｒｏｐｏｓｅｄ
１引言
随着计算机技术、网络技术和大规模集成电路的高速发展，
动态信号分析系统出现了向着网络化方向发展的趋势。以计算机技术、芯片技术和以软件为核心的嵌入式系统（ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓ—ｔｅｍ）再度成为当前研究和应用的热点。相对于通用计算机系统，嵌入式系统最大的特点是目的性和针对性强，即每一套嵌入式
四部分组成，涉及到电子、计算机、通信、网络、电力系统等多方
面的专业知识。
随着电力市场的建立和信息技术的发展，电能量采集系统的发展出现了新的特点：（１）网络化程度更高，远程电能数据采集
终端（ＥＲＴＵ）除了具备多种接１３和内置Ｍｏｄｅｍ，还应具有网络功
能，具有网络接口，遵从ＴＣＰ／ＩＰ标准协议；数据传输安全可靠，具备面向用户的信息查询功能以及辅助信息发布功能；（２）电能
表自动抄表ＡＲＭ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＲｅａｄｉｎｇＭｅｔｅｒ）是供电部门将安装在用户处的电能表所记录的用电量，通过遥测、传输和计算机系
系统的开发设计都有其特殊的应用场合和特定功能，且通常具有实时性高、功耗低、体积小、集成度高、成本低等特点。
远程电能量数据采集终端（ＥＲＴＵ）在电能量计费系统中是
介于计量主站与费率装置（电能表）之间的中间设备，主要完成
电能量数据采集、处理、存储及转发等功能。嵌入式技术在电力系统中的应用有着悠久的历史，早在几年前国内就已经开始引进嵌入式实时操作系统（Ｒｅａｌ
ＴｉｍｅＯｐｅｒａｔｉｏｎ
统汇总到营业部门，代替人工抄表及一系列后续工作。
ＡＲＭ的实现将克服人工抄表费时、费力、容易出错及入户抄表的困难，有利于提高配电自动化水平；（３）在远程电能数据采集终端（ＥＲＴＵ）采用嵌入式ＣＰＵ和嵌入式实时多任务ＲＴＯＳ构成完整的嵌入式系统，在ＲＴＯＳ的基础上结合嵌入式Ｗｅｂ服务器技术，可实现实时、动态的交互查询功能，为用电管理人员的决策分析提供了强有力的支持。ＥＲＴＵ采用定时或者实时启动抄表任务，通过Ｒｓ＿４８５总线读取智能电能表内的电量信息和事件信息，支持标准的ＲＳ一４８５串口数据输出。每一个ＥＲＴＵ装置都可以接多路ＲＳ一４８５总线，这样就可以同时采集多路的电表信息。根据以上所述电能量采集系统的发展，在系统的研
究中开发出了一种新型的电能量采集终端，其硬件采用流行的
Ｓｙｓｔｅｍ—ＲＴＯＳ）为
核心的电网监控系统。随着近年来电力系统自动化程度的不断
提高及嵌入式技术的迅速发展，嵌入式技术越来越广泛应用于数据采集、状态监控、自动装置、微机保护、集散控制等各个领域，其中电能计量系统由于其自身的用电用户分散性和管理网络化的需要，应用嵌入式技术将大大提高系统性能。
２嵌入式电能量采集系统概述
电能量采集系统作为电力营销和未来电网商业化运营的统、厂站端电量采集器、多功能电子式电量表和信息通信网络
卢中南：硕士
基金项目：河北省科技攻关计划项目（０４２１３５２８）一１１２—３６０元，年邮局订阅号：８２．９４６
ＰＣＩ０４为主的ＣＰＵ，可保证高速和高可靠性运行，总线式设计，可较为方便的对接１３进行扩充，以电子盘为存储介质，可确保掉电后数据的不丢失；其控制平台采用实时嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统，多进程／线程设计，各程序模块并发运行，可极大地提高
万方数据
数采与监测
系统效率。各电能量计量点对应的智能电表对电能量进行测量，数据采集系统对电能表进行巡回采集并存储下来，通过专线方式即移动公司的ＧＰＲＳ网络将采集的数据传输到主站系统，通过ＧＰＲＳ网络与控制中心进行远程通信。数据采集系统在设计上采用功能模块插件式结构，主要由接口模块、ＲＳ一４８５采
带有ＰＣＩ０４接口的４通道多串口卡，用多串口扩展出８个串口用以连接本地电能表，系统还采用了以下用户接口设备：一块兼容标准液晶显示接口的单色液晶显示屏，显示分辨率３２０×２４０；用Ｐｃ—ＡＴ键盘接口连接的输入键盘，用作用户输入设备。
由上可见，主要Ｐｃ外围设备都被集中到了一块体积比较小的主板上，这其中包括：ＣＰＵ、内存、总线控制器、标准串行通信口、标准并行通信口、标准ＩＤＥ磁盘驱动器接口、标准ＶＧＡ
集模块、主控模块、远程通信模块（Ｍｏｄｅｍ）等组成，各模块之间
通过主控模块进行连接和管理。采集装置采用定时启动抄表任务的方式，也可使用远程控制方式，通过ＲＳ一４８５总线读取智能
型电表内存储的电能量信息，分时段存储在采集装置内的事件
信息。数据采集系统具有对不同电能表规约转换的能力，针对不同的电能表，编写相应的采集程序，建立了一个程序库。
驱动芯片、液晶显示接口、鼠标／键盘接口、Ｗｍｃｈｄｏｇ监控芯片。用一块主板加上电源、显示和存储设备，组成了一套功能强
大，结构紧凑的工业级的Ｐｃ。
３．２系统校时模块
数据采集单元的时间是通过ＧＰＳ标准模块输出的同步时间信号校定，ＧＰＳ模块通过ＲＳ一２３２接口与数据采集单元通信，
３嵌入式电能量采集系统的主要功能
开发的新型电能量采集系统集数据抄收、存储、处理、无线上传等功能于一身，系统可采集３２／６４路脉冲输入信号，脉冲扫描周期为１０ｍｓ，采样分辨率不小于４０ｍｓ，具有硬件滤波，同时软件根据电能表类型和脉宽进行滤波处理。利用电能量采集系
从电能表采集到的电能数据加上时间信息，存储到电子盘中，
然后上传给主站带时标的电能数据。
３．３系统ＧＰＲＳ模块
ＧＰＲＳ是一种移动数据通信业务，在用户和数据网络之间提供一种连接，给用户提供端到端的、广域的无线ＩＰ连接。电
统提供４路ＲＳ－４８５接口，每个ＲＳ一４８５接口可接入３２只多功
能电子式电能表，还可以扩展。抄收间隔由主站远方设定，也可
在采集系统方设定，每个从电能表读取的数据加入时间信息存储为带有时标的数据，电量采集系统的时间信息是通过系统中
的ＧＰＳ模块进行精确授时，采集系统通过ＧＰＳ时钟完成校时并可以对多功能电子式电能表进行广播方式的校时，该嵌入式
能量采集系统采集完的数据通过ＧＰＲＳ网络上传给主站计算机，主站端的ＧＰＲＳ的Ｍｏｄｅｍ接收发送过来的数据。
如图２所示电能量数据采集部分的硬件结构图。
电能量采集系统既可以同脉冲式与脉冲式电表终端通信，也可以同数字接口全电子式电能表终端通信，同时提供了一个
ＧＰＲＳ接口，支持ＴＣＰ３Ｐ协议，通过ＧＰＲＳ网络上传给主站服务器。系统的功能结构图如图１所示。
图２电能量数据采集单元的结构图
３．４数据采集单元的软件设计
嵌入式Ｌｎｕｘ系统是以核心为基础的、完全内存保护、支持多任务多进程，支持广泛硬件，包括Ｘ８６、ＡＲＭ、ＮＥＣ、ＭＯＴＯＲＯ—
ＬＡ等现有大部分芯片，且价格低廉，开发资料丰富，可定制内核。Ｌｉｎｕｘ程序源码全部公开，包括系统内核，任何人可以修改
并在（ＧＮＵ
图１电能采集系统的功能结构模型
ＧｅｎｅｒａｌＰｕｂｌｉｃ
Ｌｉｃｅｎｓｅ）下发行，这样开发人员可以对
操作系统进行定制和修改。
根据开发的嵌入式电能数据采集系统所完成的功能，软件
４系统实现
３．１数据采集单元的硬件结构
设计分为５个模块：上行通信、下行通信、核心处理、用户接口、系统服务。电能量采集系统的设备驱动以模块化方式被动态的
扩展到Ｌｉｎｕｘ内核中，驱动模块包括对时钟芯片、串口控制器、液晶显示器以及外围设备的驱动，同时还包括对ＰＣＩ０４自带的标准网络口、标准ＲＳ一２３２串行口及标准１０４键盘接口等的驱动，Ｌｎｕｘ系统在安装时就自动完成了对ＰＣＩ０４标准设备的驱动，采集终端所需要的扩展串口板等外围设备的驱动纳入到
Ｌｎｕｘ内核中。
系统的硬件核心用标准ＰＣＩ０４“夹层总线”方式和嵌入式
操作系统提供应用程序的运行平台，提高软硬件设计的标准化程度和系统的复用性，微处理器采用了ＩｎｔｅＭ８６处理器平台，其速度为１００ＭＨｚ，且可用程序改变；它包含一个以太网接口，支持ＴＣＰ３Ｐ协议，存储器分为两部分：５１２ｋＢ的ＦＬＡＳＨＥＰＲＯＭ
佣于运行程序及各个中间变量的存放）；一块６４ＭＢ的ＤｉｓｋＯｎＣｈｉｐ的电子盘佣于存放抄收的电能量数据，最多可扩展到１Ｇ）。
系统软件总体结构如图３所示。
万方数据
＠黜两邮局订㈣８２舢３６０元ｍ
１１３—
数采与监测
中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００７年第２３卷第６—１期
（上接第７６页）
（０５００４３河北省石家庄铁道学院电气工程分院）陈东阳刘建华余志强石彦辉
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＲａｉｌｗａｙ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ）ＣｈｅｎＤｏｎｇＹｕＺｌｌｉＱｉａｎｇＳｈｉＹａｎＨＩｌｉ
Ｙａｎｇ
Ｌｉｕ
ＪｉａｎＨｕａ
通讯地址：（０５００４３河北省石家庄市北二环东路１７号石家庄铁道学院电气工程分院）陈东阳
（收稿日期：２００７．４，１３）（修稿日期：２００７．５．１５）
（上接第１０８页）
图３
数据采集系统软件的总体结构
ＳＣＳＩ控制软件流程如图３所示。首先初始化设备，然后建立同步传输协议，检测硬盘。硬盘准备好后就可以进行数
５结论
针对计算机技术和数据采集技术发展现状，研究并开发出一个新型的基于嵌入式网络技术的电能量采集系统，该系统以高速发展的嵌入式网络技术为核心进行设计，把无线互连技术和嵌入式，Ｌｉｎｕｘ结合起来，可以真正为用户提供一个无线互连平台，使得采集完的电能数据通过无线网络准确无误的上传给主站系统，利用采集系统中ＧＰＳ模块的授时可保证采集电能数据时间的确定性。
现开发出这一基于嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统的新型电能量采集系统具有很好的实时性、可靠性和可扩展性，性能价格比高，能够满足电力市场对电能采集和传输可靠性高、速度快、维护方便、稳定性及扩展性的需求。
本文作者创新点：根据现有的电能量采集系统提出了基于实时操作系统Ｌｉｎｕｘ的远程电量数据终端的设计实现方案。参考文献
［１】谭曼．电能量采集计量系统【Ｊ】．云南电力技术．２０００，２８（４）：
６２－６４
据传输。
５结束语
本文介绍了一种光接口的专用高速数据记录器的设计。它脱离了微机平台，用ＤＳＰ微处理器做控制，用专门的ＳＣＳＩ总线控制器处理ＳＣＳＩ总线信号，并建立了一个高速ＤＭＡ通道，将数据高速持续的存储到ＳＣＳＩ磁盘阵列中。设计速度高，容量大，可移植性好，可以灵活应用到各种系统中。
本文作者创新点：１．专用型记录器的设计思路，避免了总线带宽限制，可以达到更高的传输速度。２．用ＤＳＰ做为本地ＣＰＵ，控制整个系统，脱离了微机系统，实现了模块化设计。３．用高度集成的ＦＰＧＡ取代了多个分立元件（ＦＩＦＯ，串并转换，ＤＭＡ控制器）。４．源端数据采用光接口传输，可靠性高，速度快。参考文献：
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Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．ＦＡＳ６６０
ｆａｓｔ
ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ
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作者简介：卢中南（１９７８一），男，汉族，硕士，研究方向为人工智能任振辉（１９６８一），男，汉族，副教授，硕士生导师，专门从事计算机应用（人工智ｆｉｇ）的研究
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：Ｌｕｓｅａｒｃｈｏｆ
ＳＣＳＩｐｒｏｃｅｓｓｏｒ
ｔｅｃｈｎｉｃａｌｍａｎｕａｌ，２００２．７。
［４］ＱｌｏｇｉｃＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ。ＦＡＳ６６０
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ＦａｓｔＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＳＣＳＩＰｒｏｃｅｓｓｏｒ
［５】吴志祥，汪波，基于ＩＳＣＳＩ的存储系统实现方法．【Ｊ】微计算机信息，２００６，３－３。
作者简介：齐亚军（１９８１一）：男（汉），中国科学院电子学研究硕士
研究生。研究方向：通信与信息系统，高速数据存储。赵凤军（１９６３一）：男（、汉），中国科学院电子学研究所研究员，硕士生导师。
研究方向：雷达系统、射频微波技术。
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＱｉＹａｊｕｎ：
Ｐｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅ
ｏｆｉｎ
ｍａｌｅ，Ｈａｎ
ｏｆ
ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｙ，
Ｂｏｒｎｉｎ１９８１．
ｏｆ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ
Ａｃａｄｅｍｙ
ＺｈｏｎｇＮａｎ（１９７８一），ｍａｌｅ，ｈａｎ，ｍａｓｔｅｒ，ｔｈｅ
Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，ｍａｊｏｒ
ｒｅ—
ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ
ｄａｔａｓｔｏｒａｇｅ．ＺｈａｏＦｅｎｇｊｕｎ，ｍａｌｅ，
ｉｎ
１９６３，Ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ
ｏｆ
ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ；ＲｅｎＺｈｅｎＨｕｉ（１９６８－），ｍａｌｅ，ｈａｎ，
Ｈａｎ
ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｙ，
Ｂｏｒｎ
ａｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒｏｆｍａｓｔｅｒ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｃｏｍｐｕｔ・
ｅｒ
ｐｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅ，ｗｏｒｋｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙ
ｏｆ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ）．
Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，ｍａｊｏｒ
ｉｎ
ｒａｄａｒｓｙｓｔｅｍ，ＲＦｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．
（０７１００１河北保定河北农业大学机电工程学院）卢中南任振辉李东明刘扬
通讯地址：（０７１００１河北河北农业大学机电工程学院２∞４级研究生）卢中南
（收稿日期：２００７．４．１３）（修稿日期：２００７．５．１５）
（１０００８０北京中国科学院电子学研究所）齐亚军赵风军（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ，１０００８０）ＱｉＹａＪａｎ院电子所六室）齐亚军
（收稿日期：２００７．４．１３）（修稿日期：２００７．５．１５）
Ｚｈａｏ
ＦｅｎｇＪｕｎ
通讯地址：（１０００８０北京北京市海淀区北四环西路１９号中科
一１１４—３６０．７Ｌ，牟邮局订阅号：８２－９４６
万方数据
基于嵌入式LINUX的电能量数据采集终端的开发研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
卢中南， 任振辉， 李东明， 刘扬， LU ZHONGNAN， REN ZHENHUI， LI DONGMING， LIU YANG
071001,河北保定,河北农业大学机电工程学院微计算机信息
CONTROL & AUTOMATION2007,23(16)3次
参考文献(6条)
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9. 黄灿泉. 孟文. 张朋涛. HUANG Can-Quan. MENG Wen. ZHANG Peng-Tao LabVIEW与ARM微控制器的串口通信[期刊论文]-机电产品开发与创新2005,18(5)
引证文献(3条)
1. 郑佳春 基于嵌入式LINUX的航标遥测遥控终端的开发[期刊论文]-计算机应用与软件 2009(10)2. 黄悦华. 柳碧文. 孔庆竹 嵌入式多串口通信在电能质量监控的应用[期刊论文]-微计算机信息 2007(35)3. 王先春. 樊希平. 彭建英. 乔闹生 基于ARM的嵌入式电能计量系统设计[期刊论文]-微计算机信息 2009(17)
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